导语

中短波(AM/SW)广播发射机历经百年发展，近年来在固态化浪潮、数字广播标准普及以及运维成本压力的三重驱动下，迎来了一轮深刻的技术变革。本文以Nautel、Ampegon、GatesAir 和 Thomson Broadcast 四家主要制造商为研究对象，系统梳理其在 2021—2026 年间(必要时追溯更早的技术源流)于发射机架构设计、功率器件、调制与信号处理算法、节能控制方法，以及运维管理流程等领域引入的关键新技术。文章在各技术专题中对不同厂商的技术路线进行横向比较，评析各自的优势与局限，以期为行业研究者和工程师提供有参考价值的技术视图。

引言：驱动技术变革的三重压力

中短波广播曾是二十世纪最重要的远程通信手段。进入二十一世纪后，尽管互联网的崛起使其受众有所分流，但中波(MW，通称 AM)广播在众多发展中国家和广域覆盖场景下仍发挥着不可替代的作用；短波(SW)广播则因其绕射传播特性，在国际广播、应急通信和偏远地区覆盖中持续保持战略价值。值得注意的是，全球地缘政治不稳定性的上升近年来明显刺激了对短波发射机的新需求——不依赖互联网、可跨国直接接收的短波广播，在信息管控压力加剧的背景下重新获得各方重视。

在此背景下，发射机技术进步的驱动力主要来自三个方向：

一，运营成本压力。 一台功率为 500 kW 的中波发射机，其年耗电费用可能高达数百万美元。在能源价格持续上涨的背景下，将发射机整机效率从 70% 提升至 90%，意味着每年可节省数十万至数百万美元的电费开支，这是推动整个行业追求高效率架构的最直接动力。

二，数字广播标准的普及。 以 DRM(Digital Radio Mondiale)和HD Radio 为代表的数字广播标准，要求发射机具备远超模拟时代的信号线性度——任何幅度和相位失真都会导致数字符号解调错误。这对功率放大器架构和预校正算法提出了根本性的新要求，也倒逼制造商将信号处理技术推向新的深度。

三，运维模式转型。 随着广播机构削减现场维护人员，并将站点整合至区域性无人值守运营模式，发射机的远程监控能力、自诊断能力和故障自愈能力已从附加特性上升为核心竞争要素。

正是在这三重压力的共同作用下，过去五年间，几家主要制造商在中短波发射机领域涌现出一批值得深入研究的技术成果。

三重驱动力框架图：运营成本压力、数字广播标准普及、运维模式转型共同推动技术变革

从真空管到全固态：架构演进的历史脉络

在深入当代技术之前，有必要厘清中短波发射机架构演进的历史轨迹，以便准确理解当代创新的来龙去脉。

1.1 真空管时代的遗产(1920—1990年代)

早期中短波发射机清一色使用真空管(电子管)作为功率输出器件，以三极管或四极管构成 B 类或 C 类放大器。这类发射机的典型整机效率约为 50%~70%，大功率(>100 kW)系统的维护复杂度极高——换管周期往往只有数千小时，且更换过程需要专业工程师长时间停机操作。

尽管如此，真空管在超大功率密度上仍具有不可忽视的优势。Ampegon 迄今仍维护其超大功率电子管短波发射机产品线(如 TSW 2300D 等 300 kW 以上型号)，正是基于这一技术现实——在极端大功率(>500 kW)场合，单机固态方案的实现成本和复杂度仍不具备压倒性优势。

1.2 固态化的起点(1970—2000年代)

固态中波发射机的商业化起点，普遍认为是1973 年 GatesAir 的前身Harris Broadcast推出的业界首台全固态 AM 发射机。这一历史事件标志着双极型晶体管(BJT)正式走上广播发射机的舞台。

真正推动固态化加速的，是LDMOS(横向扩散金属氧化物半导体)晶体管的成熟。进入 1990 年代，以飞利浦(后被 NXP 收购)、摩托罗拉为代表的半导体厂商推出了面向射频功率放大器的 LDMOS 器件，其在 1~30 MHz 频段(恰好覆盖中波和短波)表现出优异的增益、线性度和可靠性组合。到 2000 年代，LDMOS 已成为中波固态发射机的主流选择。截至 2024 年，LDMOS 在射频功率半导体市场的占有率约为 36%，仍是 AM 广播发射机最主流的器件选择。

1.3 当代架构的基本格局

进入 2020 年代，中短波发射机的架构格局已基本稳定在以下范式上：全固态模块化架构 + 数字信号处理(DSP)调制 + 先进功率管理。具体而言：

•功率模块：以 LDMOS、IGBT 或新兴宽禁带半导体(SiC、GaN)为核心器件，采用 Class-D 或 Class-E 开关模式放大器，实现接近理论极限的转换效率

•调制链路：从模拟调制完全转向数字调制，激励信号由 DSP/FPGA 直接生成，消除了模拟电路的漂移和非线性

•系统管理：基于嵌入式计算机和网络协议的智能控制系统，实现参数可视化、远程运维和自适应控制

中短波发射机固态化技术演进时间轴(1920年代至2026年)

功率放大器架构：效率革命的核心战场

2.1 Class-D 架构：Nautel的工程艺术

功率放大器的工作类别(Class)直接决定效率上限。传统 Class-AB 放大器效率理论上限约为 78%(实际约 50~65%)，而 Class-D开关模式放大器的理论效率可逼近 100%——因为其功率晶体管在非饱和区的线性放大时间趋近于零，损耗主要来自开关过渡期间的短暂导通重叠。

Nautel NX 系列是中波广播发射机中 Class-D 架构的最成熟工程实践。其核心技术参数如下：

单模块功率与效率： NX 系列的基本功率单元为一个集成 RF 放大器/调制器模块，额定载波功率2,500 W(2.5 kW)，单模块 Class-D 放大器效率>98%。这一数字代表了当前商用广播发射机在器件级别可实现的最高效率之一。

热插拔与模块化： 每个模块通过标准机械接口从前面板插入，无需工具即可热替换(运行中在线更换)，不影响发射机其余模块的正常运行。单模块故障时，系统自动以略低功率维持播出，待备用模块插入后功率无缝恢复。

晶体管可维护性： 每个 Class-D 模块内置四只功率 MOSFET，仅需一字螺丝刀即可完成更换，无需焊接或专用工具。

系统可扩展性： 模块化 Class-D 架构使 NX 系列可从 3 kW 无缝扩展至 2 MW，且效率曲线基本保持一致。一台 1 MW 配置的 NX 发射机由 400 个模块组成；即使同时有数十个模块失效，系统仍可维持绝大部分输出功率，冗余度远超任何传统真空管方案。

NX 系列的整机效率(含调制损耗、电源转换和辅助负荷)通常 ≥90%，是目前中波发射机中可查证的最高整机效率水平之一。

此外，Nautel 还提供面向小功率复杂定向天线阵应用的 XR 系列(XR3：3 kW；XR6：6 kW)，典型整机效率 83%，配备超线性扩展带宽滤波器(包络带宽 40 kHz)，专门针对 HD Radio 数字广播的高线性度需求进行优化，并配置双 DDS 激励器自动切换冗余。

2.2 Class-E 架构：Ampegon对短波的极致追求

Class-E 放大器由 Nathan Sokal 于 1975 年提出，其工作原理是利用谐振电路精确整形晶体管的电压/电流波形，使两者的交叠降至最低——理论转换效率同样趋近于100%。Class-E 相比 Class-D 的关键差异在于其谐振特性，使其在短波频段(1.5~30 MHz)的高频工作条件下更容易实现高效率，因为 Class-D 在较高频率下的开关损耗会增大，而 Class-E 的谐振网络能有效抑制这一问题。

Ampegon 在其全固态短波发射机 TSW-SSA 系列(1.5 kW–25 kW)中全面采用 Class-E 推挽架构，采用推挽进出相位法(in-and-out phasing method)：

•射频部分和调制部分均基于 Class-E 快速开关模式放大器技术

•整个射频/调制段采用强制风冷，无需液冷系统

•冗余等权全固态模块，任一模块失效不影响整体输出

•频率覆盖 3~30 MHz 全短波 HF 频段，完整 DRM 兼容

2.3 PSM 脉冲步进调制 + IGBT：Ampegon 大功率短波的独特路线

对于百千瓦级以上的大功率短波发射机，Ampegon 采用了与 Class-E 不同的技术路线——PSM(Pulse Step Modulation，脉冲步进调制)配合末级固定增益 RF 放大器。

PSM 的工作原理是将直流母线电压用 IGBT 开关切分为多个离散的功率台阶，通过精确控制各台阶的开关时序，合成出与 AM 调幅信号匹配的动态供电波形，从而为末级射频放大器提供随信号包络变化的”跟踪电源”。其中 IGBT(绝缘栅双极型晶体管)是关键器件选择：

•PSM 的调制频率远低于射频频率(音频带宽约 10 kHz)，IGBT 在此频率范围的导通电阻和开关损耗组合优于 MOSFET

•IGBT 具有更高的电压和电流能力，适合为大功率 RF PA 供电

PSM9 的技术规格： 48 个 IGBT 功率模块，设计为 24 个双模块，每模块含集成软起动系统、短路保护与 IGBT 监控，调制器效率 >97%，提供强制风冷版和水冷版两种冷却选项(水冷版专为腐蚀、盐雾、高粉尘环境设计)。

2.4 Doherty 架构与50V LDMOS：Thomson 的效率方程

Doherty 放大器(由 William H. Doherty 于 1936 年发明)近年来在广播发射机领域重获重视，其核心思想是通过载波放大器 + 峰值放大器的组合，在信号功率回退时仍能维持接近峰值的效率，显著改善 AM 信号(平均功率远低于峰值功率)下的工作效率。

Thomson Broadcast 在其产品线中将 Doherty 架构与 50V LDMOS 晶体管相结合：

•50V LDMOS vs 传统 28/32V LDMOS： 供电电压从 28V 提升至 50V，在相同输出功率下工作电流减半，铜损大幅降低；同时器件的功率密度更高，实现相同输出功率所需的器件并联数量减少

•S7HP Neo 更进一步： 旗舰中波产品采用 SiC 晶体管(详见第四节)，整机效率(含冷却)达 93%，是目前中波大功率发射机中可查的最高系统效率值

2.5 直接数字驱动(3D)：GatesAir 的架构简化之路

GatesAir Flexiva 3DX 系列的 Direct Digital Drive(直接数字驱动，简称 3D)技术代表了一种不同的架构简化哲学：

传统固态发射机的信号链路为：激励器 → RF 驱动放大器 → 末级功率放大器(PA)。Flexiva 3DX 通过数字直接驱动末级 PA，彻底消除了驱动放大器这一中间层，实现了： - 更短的信号路径，更少的失真来源 - 整机效率约88% - 更简化的硬件结构，减少故障点 - 更低的维护成本

2.6 四个厂家架构方案横向比较

四个主流厂商功率放大器架构横向对比：Nautel Class-D、Ampegon PSM、GatesAir 3D直驱、Thomson SiC+Doherty