淺談廣播電視發射系統中濾波器的設計

于恩龍

（吉林省廣播電影電視局331臺，吉林 永吉 132200）

1 濾波器簡介

射頻信號通過不一樣的頻率來區分彼此，而濾波器的工作原理也是利用頻率的差異將其分開，射頻濾波器會選擇可用信號，把其他信號拒之門外，因此通過的信號已經被篩選，濾波器在廣播電視的各種裝置中有很強大的作用，一般發射機以及天線中間安裝這種裝置，阻止發射器連帶的其他信號，進而有助于增強信號的內容規范性，濾波器的形式和種類都比較多，想將其分門別類也有很多形式，例如利用選頻的辦法，用此法可分成低通、高通、帶通以及帶阻和全通等幾種；按照濾波器函數近似方法又可以分為巴特沃斯濾波器、反切比雪夫濾波器以及切比雪夫濾波器和貝塞爾濾波器等幾種；而按照處理輸入模擬信號的方法又可以分為離散時間模擬及連續時間模擬兩種。設計濾波器時，需要掌握與濾波器有關的參數，確定諧振腔的多少，而規劃處理應當具備的形態之后，再通過電路結構的調整實現最終形態。

2 濾波器的典型結構

調頻的發射頻率為50MHZ，為VHF波段，而電視的發射頻率則為860MHZ，為UHF波段，二者的發射頻率均相對較高。如果濾波功能通過集中參數元件來實現，對器件有很大損傷，降低使用時間，裝置本身的功率被影響，無法正常發揮，難以產生穩定效用，因此平常狀態下，高頻濾波器的工作狀態的形成要利用電容的分配狀態以及電感的分配形成的，波導和問軸傳輸線是微波濾波器功能能夠展開的前提，根據頻率通帶的情況，濾波器可以分成四種，低通、高通以及帶通和帶阻，在廣電事業中，四種形式都會被使用，而帶通是使用最寬泛的一種。

2.1 低通和高通濾波器

低通濾波器一個非常典型的結構就是高低阻抗傳輸線的交替級聯所組成的糖葫蘆式濾波器，其電感是采用高阻抗線進行等效串聯的，而電容則是通過低阻抗線實現等效并聯的。通過對其高低阻抗值和長度的調整就能制造出性能好、結構簡單的低通濾波器。而高通濾波器的一般結構是幣IJ用同軸短路短截線進行電感的并聯，電容的串聯則是在內導體圃盤中鋪墊聚四氟乙烯來實現，最后構成梯形的高通濾波器。

2.2 帶通和帶阻濾波器

廣電發射裝置中對于帶阻濾波器的選擇是針對一些異常頻率，這種濾波器的組成元素為特殊的諧振器，對于內部短截線的波長的顯示，通常為1/4，這與諧振器中停頓波長值幾乎相等。帶通的使用范圍最大，遠高于其他幾種，也是廣播電視系統中最為基礎的應用內容，根據帶寬的實際情況來劃分，有寬與窄兩種情況，一般來說窄帶濾波在寬度上要小于1/5，而寬帶的值則會大于2/5，這是區分二者的關鍵，廣電系統更傾向于選擇窄帶，其代表有頻道濾波器，窄帶帶通濾波器最典型的結構就是級聯式耦合諧振腔結構。帶通濾波器里面一個非常重要的成分為諧振腔，在一定范圍內，它可以對電磁能量進行控制和約束。諧振腔的狀況優劣可直接影響濾波器的狀態好壞，對諧振腔功能的判斷可以通過兩種方法，一種稱為諧振頻率，另外一個是品質因數，諧振頻率的概念是說，在諧振剛路上電磁能量進行轉換的頻率，它的情況跟回路路線情況關聯很大，而諧振回路出現磨損和消耗等也會給品質因素，也就是Q值造成影響，它的內涵是說在諧振時廣播電視發射系統中所儲存的磁能或電能和一個周期內系統損耗能量比的二倍。諧振腔中的品質因數越高，表明其諧振響應曲線就越尖銳。通常來說，開路諧振腔或者同軸短路的典型無級品質因數大概為幾千，問軸諧振腔的品質因數要明顯小于波導的品質因數，而矩形波導的品質因數又低于圓波導的品質因數。通常圓波導典型無載品質因數大概在20000～40000之間，而矩形波導典型無載品質因數的值m0在10000～20000之間。

比較常用的諧振腔有波導和同軸諧振腔兩種，其中VHF，UHF以及FM頻段主要采用同軸諧振腔，常見的同軸諧振腔為一端短路，一端加載的同軸腔。同軸線的內外導體長度、同軸線的特性阻抗直接影響著腔內的諧振頻率，腔體的大小由功率容量來決定。而I波段及UHF高端等微波波段主要采用波導腔，波導腔又有網柱波導腔及矩形波導腔兩種，所謂的圓柱波導腔是一個封閉的圓柱金屬簡，其諧振頻率的高低由腔體實際物理尺寸的大小及腔內電磁場模式來決定。所謂的矩形波導腔是一個長方體金屬盒，同樣的，腔體實際物理尺寸的大小和腔內電磁場模式決定其諧振波的頻率大小。把數個諧振頻率一樣的諧振腔按照一定的輻合方式級進行聯接，就組成了傳統帶通濾波器，對其輸入輸出端和各諧振腔間的耦合做相應調整，就能滿足帶通濾波器的相關性能要求。諧振腔間的耦合方式要包括磁耦合、電耦合以及電耦合成磁耦合，輻合環的位置、大小以及方向，探針的位置，深淺程度以及是粗是細，加上耦合縫在什么方位，這些都是耦合兩發生變化的重要因素，級聯式耦合帶通濾波器其優點體現在技術穩定、可靠，在調試工作方便很簡單，至于腔體怎樣進行排列并無特別說明，而帶外的衰減曲線也相對平穩，不會大幅度起落。

3 輸入模擬信號的處理方式

3.1 離散時間模擬濾波器

離散時間模擬濾波器最典型的代表即為開關電容濾波器，時鐘頻率以及電容比例決定其濾波性能，其頻率精密度甚至可以達到1/1000，通過電容濾波器的開啟和管壁產生的信號并不產生量化，持續工作，不過，由于采樣工作范圍有所限制，因此，頻率采集工作要設置超過2倍的信號才不會出現混疊的情況。離散時間濾波器方法的效果想要達成，通常會選擇過采的方法，就是上文提到的將頻率值設置大于頻率最高值的2倍，這樣讓工作可靠性提高，所以，應選擇高帶寬的放大器，和速度很快的時鐘一起使用。

3.2 連續時間模擬濾波器

這種持續發送的模擬信號能夠選擇與其相適應的濾波器完成處理，不必提取進入信號的樣品，所以，不必再另外選擇平滑濾波器，則能很好控制頻率很快、狀態不穩的濾波，但是這種濾波器尚有缺點難以解決，一方面這種頻率受到電容商和電的流通量的限制，另一方面這些因素又會被更大的操作以及氣溫等的轉變所干擾，所以，對這種濾波器頻率掌握的精度控制在1/5或者3/10這個區間。

因此可以了解，如果濾波器要求在帶寬精度很高的地方使用，就必須有相關的校正辦法，不會導致兩種電波混淆或重疊，這當中調諧電容就是很好的一個方法，要適當找到電中，對其進行調整，叫濾波器就會發生頻率的變化，調整效果很好。

[1]張欣.廣播電視發射系統中濾波器的設計[J].硅谷，2008(2).

[2]王文謙，謝鵬飛.廣播電視發射系統中濾波器的設計[J].科技風，2008(23).