電視發(fā)射機(jī)功率放大器的組成及設(shè)計(jì)方案研究

陶　然

摘要：對(duì)于電視發(fā)射機(jī)的研發(fā)而言，數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的研制重點(diǎn)在于發(fā)射機(jī)中功率放大器的設(shè)計(jì)。在明確電視發(fā)射機(jī)對(duì)功率放大器要求的基礎(chǔ)上，分析了功率放大器的技術(shù)指標(biāo)及主要組成，并進(jìn)一步研究了電視發(fā)射機(jī)功率放大器的設(shè)計(jì)方案，為我國(guó)電視發(fā)射系統(tǒng)的發(fā)展提供一定的研究?jī)r(jià)值。

關(guān)鍵詞：電視發(fā)射機(jī)；功率放大器；組成及設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-3198(2009)13-0286-02

1引言

我國(guó)的各大電視臺(tái)發(fā)射機(jī)至今仍基本處于模擬階段，數(shù)字發(fā)射機(jī)的研制工作也剛剛起步。在數(shù)字發(fā)射機(jī)中，通常情況下，數(shù)字電視信號(hào)經(jīng)COFDM方式調(diào)制后輸出中頻模擬信號(hào)，通過上變頻送入放大部分。該調(diào)制方式包括IF-FT(8K)和IFFT(2K)兩種模式，分別由6817和1705個(gè)載波組成，每個(gè)載波之間頻率間隔非常近，所以交調(diào)信號(hào)很容易落在帶內(nèi)，引起交調(diào)失真，線性較差的放大器將會(huì)嚴(yán)重影響數(shù)字發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵指標(biāo)MER(調(diào)制誤差率)和Shoulder(帶肩)。因此，要求放大部分應(yīng)工作于線性狀態(tài)，以免影響信號(hào)質(zhì)量。本文的內(nèi)容是根據(jù)問題產(chǎn)生，研究電視發(fā)射機(jī)中功率放大器的基本模塊以及設(shè)計(jì)的相應(yīng)方案。

2電視發(fā)射機(jī)的功率放大器概述

2.1電視發(fā)射機(jī)功率放大器的基本要求

電視廣播對(duì)發(fā)射機(jī)的最基本要求是功率放大器應(yīng)有足夠高的功率增益。功率放大器是寬帶放大器，能覆蓋整個(gè)UHF波段，在發(fā)射的頻道改變時(shí)無須進(jìn)行逐個(gè)頻道的調(diào)整，各級(jí)功率放大器模塊采用最先進(jìn)的進(jìn)口全固態(tài)放大管?；镜囊笫牵悍糯笃骶哂懈呔€性、寬動(dòng)態(tài)范圍，即數(shù)字調(diào)制信號(hào)在動(dòng)態(tài)峰值范圍內(nèi)時(shí)發(fā)射機(jī)仍有良好的線性；即使在有模塊缺損的狀態(tài)下，發(fā)射機(jī)仍舊能播出；發(fā)射機(jī)應(yīng)有足夠高的頻率精度和頻率穩(wěn)定度、低的相位噪聲，以保證被傳輸信號(hào)具有盡可能低的誤碼率和信雜比。

2.2電視發(fā)射機(jī)功率放大器的技術(shù)指標(biāo)

DVB_T地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)中功率放大器的具體常規(guī)指標(biāo)主要如下：

頻率范圍：470MHz到860MHz；放大方式：甲乙類線性放大；輸入阻抗：50Ω；輸出阻抗：50Ω；反射損耗：≥15dB；輸入功率：1W(額定)；輸出功率：1000W(最大)；電源輸入：120VDC±15％；功率消耗：1800W(最大)；射頻輸入接口：N頭(陰頭)；射頻輸出接口：DIN7/16頭；保護(hù)：射頻反射功率過大(≥50W)、過流、過熱；冷卻方式：強(qiáng)迫風(fēng)冷；環(huán)境溫度：－5℃到45℃；海拔高度：最高3000m；重量：大約15kg。

2.3電視發(fā)射機(jī)功率放大器的構(gòu)成

DVB_T地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)中主要有500(W)和1000(W)，其中500(W)有兩個(gè)功放模塊，1000(w)有4個(gè)功放模塊。功放單元大體包括以下九個(gè)功能模塊：射頻控制模塊；100W功放模塊(射頻驅(qū)動(dòng)級(jí))；四路功率分配器；270W功放模塊(射頻放大級(jí))；四路功率合成器；電源軟啟動(dòng)；3.5kw DC/DC開關(guān)電源；控制和顯示模塊；冷卻系統(tǒng)。

3電視發(fā)射機(jī)功率放大器的設(shè)計(jì)方案

3.1射頻控制模塊

輸入功放的射頻信號(hào)先送到本模塊，經(jīng)過處理后，再放大，然后送到100W功放模塊(射頻驅(qū)動(dòng)級(jí))。具體處理過程，按先后排列如下：

(1)增益控制電路。調(diào)節(jié)功放前面面板上的增益調(diào)整電位器，通過功放的控制模塊，產(chǎn)生增益控制命令。該命令送到本模塊。調(diào)節(jié)射頻信號(hào)的增益。調(diào)節(jié)范圍：+1-3 dB。

(2)相位調(diào)整電路。調(diào)節(jié)功放前面面板上的相位調(diào)整電位器，通過功放的控制模塊，產(chǎn)生相位調(diào)整命令。該命令送到本模塊，通過MB藕合器來調(diào)節(jié)射頻信號(hào)的相位。調(diào)節(jié)范圍：+35-35度。

(3)放大電路。射頻信號(hào)經(jīng)3dB耦合器后，分為2路，由MRF6522-10放大，再經(jīng)3dB耦合器合成。其中包括：輸入射頻信號(hào)功率測(cè)量，射頻預(yù)驅(qū)信號(hào)功率測(cè)量以及偏置控制等。

3.2270W(末級(jí))功放模塊

由于數(shù)字發(fā)射機(jī)的信號(hào)是寬帶信號(hào)，所以要求功放模塊具有很好的線性度和內(nèi)均勻的增益。功放模塊由兩塊AB類BLF861 LDMOS、偏置電路和匹配網(wǎng)等構(gòu)成，使用3dB定向耦合器作為二等分功率分配器和功率合成器。270W功能模塊電路框圖如圖1所示：

3.3控制模塊

控制模塊的作用：采集來自射頻模塊的采樣信號(hào)，進(jìn)行處理，產(chǎn)生控制功放源模塊的命令；將功放的狀態(tài)通過顯示板，顯示在功放單元的前面板上；接受來自控制器的命令，同時(shí)將功放的工作狀態(tài)送到控制去。

3.4四路分配器和四路合成器

四路分配器和四路合成器都利用微帶線實(shí)現(xiàn)功率分配或功率合成。四路分配器將100W功放模塊放大后輸出的射頻信號(hào)，分配到四個(gè)270W功放模塊的輸入端，作為功放模塊的激勵(lì)信號(hào)。由于考慮到各個(gè)端日之間的隔離度以及反射功率的吸收，安裝了平衡電阻。為了減小的反射功率，設(shè)計(jì)了多段1/4的阻抗變換電路。

四路合成器將4個(gè)270W功放模塊放大后輸出的射頻信號(hào)，進(jìn)行合成。為了減小的反射功率，同樣設(shè)計(jì)了阻抗變換電路。四路合成器的輸入通過L29接頭，送往功率合成器。

3.5開關(guān)電源系統(tǒng)

開關(guān)電源系統(tǒng)，將來自電源的+140VDC，通過開關(guān)變換的方法，轉(zhuǎn)變?yōu)楣Ψ拍K所需的+32VDC。同時(shí)，把電流和輸入輸出電壓的采樣信號(hào)送給控制板，根據(jù)控制板的命令，提供過流保護(hù)和過壓保護(hù)。開關(guān)電源系統(tǒng)框圖如圖2所示：

4結(jié)語

隨著數(shù)字電視的進(jìn)一步推廣和普及，地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的需求將越來越大。目前的國(guó)內(nèi)的數(shù)字電視發(fā)射機(jī)大部分的部件還采用國(guó)外進(jìn)口，功率放大器是發(fā)射機(jī)中的核心部件，因此功率放大器的國(guó)產(chǎn)化將極大的降低成本。本文主要內(nèi)容是在地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)功率研發(fā)項(xiàng)目中，完成了電視發(fā)射機(jī)功率放大器的分析及方案設(shè)計(jì)，并順利的達(dá)到放大器的相關(guān)指標(biāo)，與國(guó)外同類產(chǎn)品相比不相上下。盡管如此，仍然還存在不足以及在穩(wěn)定性和可靠性方面需要提高的地方。而且，以上的研發(fā)僅停留在實(shí)驗(yàn)時(shí)的階段。能否在大規(guī)模的生產(chǎn)中，仍然能保證質(zhì)量以及能滿足相應(yīng)的指標(biāo)，還需要一段過程，需要在生產(chǎn)中摸索并總結(jié)。