固態發射機功率的分配與合成

李廣順

遼寧省廣播電視傳輸發射中心（沈陽110000）

自2004年8月，遼寧省廣播電視傳輸發射中心在彩電塔試播無線數字電視發射以來，現在共有五個頻道發射數字電視節目，涵蓋數字標清電視、數字高清電視、數字手機電視、數字移動電視。為不同的終端用戶服務，滿足客戶需求。因此，需要對這些功放模塊的輸出功率進行功率合成，功率合成器在發射機中是無源器件之一。

利用多個功率放大電路同時對輸入信號進行放大，然后設法將各個功放的輸出信號相加，這樣得到的總輸出功率可以遠遠大于單個功放電路的輸出功率，這就是功率合成技術。

理想的功率合成器不但應具有功率合成的功能，還必須滿足下列條件：①功率相加條件；②相互無關條件；③功率相減條件。

圖1為采用7個功率增益為3dB，最大輸出功率為10 W的高頻功放，利用功率合成技術，可以獲得40W的功率輸出。

其中采用了三個一分為二的功率分配器和三個二合一的功率合成器。

實現理想功率合成的關鍵是魔 T型混合網絡。魔T型混合網絡有四個端點，分別是A端、B端、C端和D端，如圖2所示。它的作用是：①C端為同相功率合成端。當A、B兩端輸入等值同相功率時，C端負載RC上獲得兩輸入功率的合成，而D端負載RD上無功率輸出。②D端為反相功率合成端。當A、B兩端輸入等值反相功率時，D端負載RD上獲得兩輸入功率的合成，而C端負載RC上無功率輸出。③當C端和D端的負載RD、RC間滿足特定關系時，A、B兩輸入端彼此隔離。即任一端功率放大器的工作狀態變化或損壞時，不會影響另一端功率放大器的工作狀態，并維持其原輸出功率。④利用該網絡還可實現功率分配的功能。當 RA=RB時，加在D端的功率放大器將其輸出功率均等地分配給RA和RB，且它們之間是反相的，而C端無功率輸出；加到 C端的功率放大器將其輸出功率均等地分配給RA和RB且它們之間是同相的，而D端無功率輸出。

圖1 功率合成與分配電路

圖2 功率合成示意圖

1 魔T網絡

利用傳輸線變壓器可以組成各種類型的功率分配器和功率合成器，且具有頻帶寬、結構簡單、插入損耗小等優點，然后可進一步組成寬頻帶大功率高頻功放電路。

圖3所示的網絡具有上述特性，它既可以作功率分配，又作功率合成，因此稱為魔T網絡。

2 魔T網絡的結構特點

圖3所示，魔T網絡由4：1傳輸線變壓器和相應的 AO、BO、CO、DD四條臂組成，其中DD臂是平衡臂，臂的兩端均不接地。

傳輸線變壓器的特性阻抗和每條臂上的阻值（負載電阻或信號源內阻）滿足以下關系：

RA=RB=ZC=R RC=0.5R RD=2R

圖3 魔T網絡

3 魔T網絡的功能

3.1 功率合成

功率合成有兩個方面：反相功率合成、同相功率合成。

反相功率合成電路的優點是：輸出沒有偶次諧波，因此失真較小；輸入電阻比單邊工作時高，因而引線電感的影響減小。

在同相功率合成器中，由于偶次諧波在輸出端是相加的，因此輸出中有偶次諧波存在，這是不如反相功率合成電路的地方（反相功率合成電路中的偶次諧波在輸出端互相抵消）。

3.2 功率分配

功率分配同樣有兩個方面：同相分配和反向分配。

功率分配是指將某一高頻信號的功率均勻地分配給幾個獨立的負載，使每一個負載獲得大小相等，相位相同（或相反）的分信號。它的作用與功率合成剛好相反。為了使功率合成電路中每個放大器能獲得相同的激勵功率，必須要有功率分配電路。

功率合成和分配主要是由合成網絡和分配網絡來完成。其實，它們的結構形式是一樣的，只不過是信號源和負載的位置相互調換了而已。因此，通常把這種網絡總稱為混合網絡。在電視發機中，常用的高頻混合網絡是用傳輸線變壓器和帶狀線構成的，這種混合網絡具有頻帶寬、結構簡單、插入損耗小等優點，能滿足寬頻帶功率合成和分配的要求。

功率合成器或功率分配器在發射機工作中若發生故障，會使整機輸出功率下降，由于輸入輸出匹配被破壞，易使功放模塊損壞。發射機在播出過程中，功率下降或單元模塊顯示反射告警，應及時檢查功率合成器或功率分配器。

4 結 語

目前彩電塔使用的地面數字無線發射機，均是由晶體管作為放大器的基本單元，合成器與分配器在整機正常工作中尤為重要，分立的放大單元（功放模塊）與合成器、分配器之間連接必須可靠，以保證安全優質播出。