1KW国标地面数字电视发射机原理

公司1KW国标地面数字电视发射机为例，对1KW地面数字电视发射机原理做一个简单的介绍。

数字电视发射机结构

本设备为全固态风冷发射机，整机由激励器与切换单元、前级推放与末级功放单元、带通滤波器、监控单元、供电系统、冷却系统等六大部分组成。激励器输出的射频信号,经切换单元、前级推放、功率分配器分成四路后，再分别推动4个350W末级功放,末级功放放大输出后，经过功率合成器合成，再经定向耦合器和带通滤波器发送到天线发射播出。发射机的原理框图如下图1所示，发射机外形图如下图2所示。

发射机特点

1、性能优良：

采用进口激励器，具有先进的线性和非线性校正指标，以及完善的检测控制功能。结合高线性的功放单元，确保发射机运行时各项指标由于规定的标准，保证发射机的整体性能。

2、采用模块化机柜式结构，结构紧凑，可靠性高：

采用冗余设计理念，整机自动电平控制技术（ALC），使用稳定的大容量电源系统，以及完善的保护功能和预警机制，保证系统的可靠运行。

3、保护功能完善：

设有多种保护功能，具有缺相保护、过流、过温、过压、欠压、过功率、过反射保护功能和防雷措施。

4、操作简单、维护方便：

可靠的控制方式，全智能化监控,控制整机的每个单元,对整机的输出功率、反射功率、温度以及激励器、功放、电源工作状态等100多个参数进行动态监测,具有过温、驻波比保护功能。除了用监控单元进行智能化控制外，机器还备有应急开关作手动操作开关机。放大器、电源、推动器和负载可在快速更换和热切换，无需任何调谐。

5、支持GB20600-2006规定的全部工作模式，适用于MFN（多频网）和SFN（单频网）组网。

发射机工作原理

输入的的传输码流（TS 流）经过信道编码与调制单元，形成符合国标规定的中频信号，然后上变频至发射频道射频信号，经前级推动功放进行放大后经过功率分配器将射频信号分成4路，分别经过4路大功率功放进行最后放大后合路输出，再经定向耦合器耦合出入射、反射信号供监控单元，最后通过带通滤波器滤去带外信号至发射天线进行发射。

发射机组成单元介绍

1、激励器与切换单元

数字发射机和模拟发射机的最大不同之处在于激励器。为实现数字化传输，数字电视发射机激励器中必须包含信道编码和信道调制功能模块，该技术即国标GB20600-2006中规定的内容。数字激励器的主要功能是进行信道编码处理和调制，前者目的是增加抗干扰能力，保证接收端进行正确接收，后者的目的用于传输。

数字激励器是地面数字电视发射机的核心，数字激励器的技术指标直接影响地面数字电视发射机性能和地面数字电视网络覆盖效果。本机采用加拿大UBS公司型号为DVU5000的激励器，主要包括多标准调制板，变频板，还有前面板和键盘，电源模组，风扇等。该激励器性能优异，在国内使用广泛。数字电视发射机的绝大部分技术指标由激励器决定，调制误差率（MER）、带肩、相位噪声和频率稳定度是数字电视发射机的重要技术指标，采用优异的激励器保证了发射机输出有足够高的频率精度和频率稳定度、低的相位噪声，保证了被传输信号具有尽可能低的误码率和信杂比，提高收视质量。由于数字电视发射信号的峰均比远高于模拟电视发射信号的峰均比，为了保证发射机的非线性失真指标，激励器配备了一个幅度和相位非线性预校正器。该预校正器以数字方式优化发射机性能，从而扩大额定输出功率电平下的覆盖范围。该非线性预校正器还可以用作峰值限幅器来控制峰均比。此外，为保证发射机的性能，还配置了一个线性预校正器来补偿合成器、滤波器等的幅度和相位非线性。激励器前后面板见图3、图4。

切换器用于双激励器的自动切换，避免信号的中断，保证信号的正常发射输出。设有自动／人工切换两种工作方式。切换方式选择自动方式时，激励器输出射频电平下降大于等于3dB时或激励器因故障无输出时，激励器自动切换。切换方式选择人工手动时，通过按触切换开关即可选择激励器。切换器具有切换时间快、断电记忆等特点。

2、前级推放与末级功放单元

由前级推放、功率分配器、末级功放、功率合成器组成。

前级推动放大器将激励器送来的信号进行放大，以满足末级功放对输入电平的要求。其增益约为30dB～35dB。

功率分配器将前级推动放大器输出的信号进行分配，分成大小相等、相位相同的四路信号，然后供给四个350W的末级功率放大器进行最后的放大。

功率放大器是数字电视发射机中的重要组成部分，决定了发射机的功率输出能力。数字电视发射机中，OFDM信号的峰均比比较大，由于一般的功率放大器的动态范围都是有限的，所以峰均比比较大的信号极易进入功率放大器的非线性区域，导致信号产生非线性失真，信号输出频谱发生变化造成了明显的频谱扩展干扰以及带内信号畸变，导致整个系统性能严重下降。因此数字电视发射机较模拟电视发射机，对功率放大器在线性、稳定性、动态范围、功放余量等方面有更高的要求。目前大多部分数字电视发射机的末级功放采用AB类线性放大器，AB类放大器的效率高，但线性较差，因此一般采用中频预校正措施改善放大器的线性，目前大多采用前馈校正、折线校正、数字自适应校正技术，该电路含在激励器中，DVU5000激励器采用数字了自适应校正技术，极大地改善发射机性能，提高发射机效率。

本机末级功放使用新一代的LDMOS功率管，平衡放大技术、以及自适应温度补偿技术，具有高线性、高效率、低杂散的特点。末级功放由四个功放模块组成，每个模块由若干高增益的LDMOS功放管组成，单模块的最大输出功率达350W，增益为35dB。每个功放模块具有单独的监测电路，并有监测输出端口，把电压、电流、输出功率、反射功率、温度及过温，过激励和驻波比过大等信号送到主机监控单元进行显示和保护。

功率合成器将四路350W功放输出的同相功率合成为一路功率输出。功率合成器的负载端接有匹配电阻。对功率合成器的要求是插入损耗小，阻抗匹配，八个输入端口的幅度必须相同相位。因此，从350W 功放的输出端口至功率合成器的输入端口之间所用的连接电缆长度是相同的，不能用长度不同的电缆来连接。

3、带通滤波器

末级功放合成输出的射频信号经定向耦合器后送到带通滤波器进行带外信号滤除。定向耦合器是用于发射机内部的监测、控制和保护。

输出滤波器决定发射机的无用发射性能。模拟电视发射机带外非所需辐射为离散谱，对离散型的无用发射，可采用多个陷波腔来滤除。数字电视发射机带外非所需辐射为近似连续谱，不能采用陷波器式的滤波器，必须采用带通滤波器，并要求过渡带尽量陡峭，阻带要满足特定的衰减量。带通滤波器由六腔组成，安装在机器顶部。其特性是两上升沿陡峭选择性好，带内的插入损耗仅0.6dB，谐波抑制≥40dB。其主要作用是对频带外的无用分量进行抑制，达到频谱模板要求。

4、监控单元

监控单元是发射机稳定工作的保证。通过液晶显示屏和监控面板按键（见图5）可进行开关机以及发射机参数查询及状态设置等功能。监控单元既能对整机输出功率，反射功率进行监测，又能对末级功率放大器的每一个350W 功放单元的输出功率、反射功率、电流、电压及温度进行监测。并可实现过温保护，以及驻波比保护。备有RS485通讯接口，可实现远程遥测、遥控。从提高可靠性出发，除了用监控单元进行智能化控制外，发射机内部还安装有应急开关进行手动操作开关机。

5、供电系统

整机三相电源是通过交流接触器盘按照先供风机，再供末级功放电源的次序进行分配的。图6中，三相电源从接线端子J2 送入交流接触器盘，分别送到交流接触器K1 和断相与相序保护器F1。当接线端子J2－3 接通+5V，交流接触器K1 的线包通过F1 的5、6 脚通电，K1 吸合，三相电源，经K1 的触点接到接线端子J3 的8、9、10 脚给风机供电。当接线端子J3－1接通+5V，经K1 的13、14 送到J3－4 输出，作智能化监控单元开关机用。发射机开机后，监控单元自动先开启离心风机，再开启功放电源供电，延时后再开启射频信号，整个过程约持续30 秒钟；关机时，监控单元自动先关闭射频信号，再关闭功放电源供电，延时后再关闭离心风机，整个过程约持续30 秒钟。

电源进线输入端安装有避雷器，以防止雷电通过输电线损坏设备。断相与相序保护器F1，在供电缺相或逆序或相序正常但相间电压差≥13%时其保护作用，此时均不能开启机器，避免了风机和末级功率放大器的功放管的损坏。

末级功放供电由4 个2500W 的开关电源模块组成。开关电源将三相交流输入380V变换为42V直流电压，输出后并联均流接入四个350W末级功放，其中一个电源模块损坏后，不会影响其他模块的正常工作。开关电源采用谐振软开关新技术,具有较高的可靠性和高转换效率。具有缺相、输入过/欠压，输出过流，过压保护，过温、短路保护功能及故障报警。电源工作和故障状态由面板相应的指示灯显示。

6、冷却系统

发射机采用内置强迫风冷散热方式。功放单元的冷却是通过安装在其底部的离心风机吹风散热实现的，从机器后门进风口的冷空气经离心风机加速后对功放模块散热器进行热交换后，由机顶的热风口排除热风。

数字电视的前景

在一个频道8MHz的带宽内只能传输1路模拟电视标清电视信号，采用数字电视技术后可传输4-8套标清电视节目或者1到2个高清电视节目，而且地面数字电视广播具有较强的抗干扰能力，可实现邻频道电视广播，从而提高频率资源的利用率，大幅度增加电视节目数量和明显改善电视图像质量。由于地面数字电视解决了多径接收问题，因此只要满足接收信号电平要求，就可收听收看到同等清晰度的广播电视。地面电视数字化，是广播电视技术体制的重大变革；地面数字电视将使得地面电视服务领域、服务方式和服务质量产生革命性的变化，大大地增强了广播电视的传播能力和影响力，提升了广播电视公共服务水平，更好地满足人民群众日益增长的精神文化需求；地面数字电视在全国的推广应用，必将促进广播电视大发展大繁荣，推动广播电视事业实现跨越式发展。