電視發射機功率放大器的組成及設計方案研究

陶　然

摘要：對于電視發射機的研發而言，數字電視發射機的研制重點在于發射機中功率放大器的設計。在明確電視發射機對功率放大器要求的基礎上，分析了功率放大器的技術指標及主要組成，并進一步研究了電視發射機功率放大器的設計方案，為我國電視發射系統的發展提供一定的研究價值。

關鍵詞：電視發射機；功率放大器；組成及設計

中圖分類號：TP1

文獻標識碼：A

文章編號：1672-3198(2009)13-0286-02

1引言

我國的各大電視臺發射機至今仍基本處于模擬階段，數字發射機的研制工作也剛剛起步。在數字發射機中，通常情況下，數字電視信號經COFDM方式調制后輸出中頻模擬信號，通過上變頻送入放大部分。該調制方式包括IF-FT(8K)和IFFT(2K)兩種模式，分別由6817和1705個載波組成，每個載波之間頻率間隔非常近，所以交調信號很容易落在帶內，引起交調失真，線性較差的放大器將會嚴重影響數字發射機的關鍵指標MER(調制誤差率)和Shoulder(帶肩)。因此，要求放大部分應工作于線性狀態，以免影響信號質量。本文的內容是根據問題產生，研究電視發射機中功率放大器的基本模塊以及設計的相應方案。

2電視發射機的功率放大器概述

2.1電視發射機功率放大器的基本要求

電視廣播對發射機的最基本要求是功率放大器應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UHF波段，在發射的頻道改變時無須進行逐個頻道的調整，各級功率放大器模塊采用最先進的進口全固態放大管。基本的要求是：放大器具有高線性、寬動態范圍，即數字調制信號在動態峰值范圍內時發射機仍有良好的線性；即使在有模塊缺損的狀態下，發射機仍舊能播出；發射機應有足夠高的頻率精度和頻率穩定度、低的相位噪聲，以保證被傳輸信號具有盡可能低的誤碼率和信雜比。

2.2電視發射機功率放大器的技術指標

DVB_T地面數字電視發射機中功率放大器的具體常規指標主要如下：

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：射頻反射功率過大(≥50W)、過流、過熱；冷卻方式：強迫風冷；環境溫度：－5℃到45℃；海拔高度：最高3000m；重量：大約15kg。

2.3電視發射機功率放大器的構成

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

3電視發射機功率放大器的設計方案

3.1射頻控制模塊

輸入功放的射頻信號先送到本模塊，經過處理后，再放大，然后送到100W功放模塊(射頻驅動級)。具體處理過程，按先后排列如下：

(1)增益控制電路。調節功放前面面板上的增益調整電位器，通過功放的控制模塊，產生增益控制命令。該命令送到本模塊。調節射頻信號的增益。調節范圍：+1-3 dB。

(2)相位調整電路。調節功放前面面板上的相位調整電位器，通過功放的控制模塊，產生相位調整命令。該命令送到本模塊，通過MB藕合器來調節射頻信號的相位。調節范圍：+35-35度。

(3)放大電路。射頻信號經3dB耦合器后，分為2路，由MRF6522-10放大，再經3dB耦合器合成。其中包括：輸入射頻信號功率測量，射頻預驅信號功率測量以及偏置控制等。

3.2270W(末級)功放模塊

由于數字發射機的信號是寬帶信號，所以要求功放模塊具有很好的線性度和內均勻的增益。功放模塊由兩塊AB類BLF861 LDMOS、偏置電路和匹配網等構成，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，進行處理，產生控制功放源模塊的命令；將功放的狀態通過顯示板，顯示在功放單元的前面板上；接受來自控制器的命令，同時將功放的工作狀態送到控制去。

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現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，分配到四個270W功放模塊的輸入端，作為功放模塊的激勵信號。由于考慮到各個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，設計了多段1/4的阻抗變換電路。

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

3.5開關電源系統

開關電源系統，將來自電源的+140VDC，通過開關變換的方法，轉變為功放模塊所需的+32VDC。同時，把電流和輸入輸出電壓的采樣信號送給控制板，根據控制板的命令，提供過流保護和過壓保護。開關電源系統框圖如圖2所示：

4結語

隨著數字電視的進一步推廣和普及，地面數字電視發射機的需求將越來越大。目前的國內的數字電視發射機大部分的部件還采用國外進口，功率放大器是發射機中的核心部件，因此功率放大器的國產化將極大的降低成本。本文主要內容是在地面數字電視發射機功率研發項目中，完成了電視發射機功率放大器的分析及方案設計，并順利的達到放大器的相關指標，與國外同類產品相比不相上下。盡管如此，仍然還存在不足以及在穩定性和可靠性方面需要提高的地方。而且，以上的研發僅停留在實驗時的階段。能否在大規模的生產中，仍然能保證質量以及能滿足相應的指標，還需要一段過程，需要在生產中摸索并總結。