電視發(fā)射機(jī)數(shù)字化中關(guān)于輸出濾波器的分析

徐法義

（山東廣播電視臺(tái)，山東 濟(jì)南 250014）

責(zé)任編輯:任健男

1 電視發(fā)射機(jī)數(shù)字化簡介

1.1 電視發(fā)射機(jī)數(shù)字化轉(zhuǎn)換的兩種方式

電視地面廣播由模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)換是一個(gè)大趨勢(shì)，在過渡過程中會(huì)在一個(gè)較長的時(shí)期內(nèi)同時(shí)存在著模擬發(fā)射和數(shù)字發(fā)射。由模擬向數(shù)字的轉(zhuǎn)換會(huì)有兩種方式：一是直接將模擬電視發(fā)射機(jī)淘汰，更換為全新的數(shù)字電視發(fā)射機(jī)；二是對(duì)現(xiàn)有的模擬電視發(fā)射機(jī)進(jìn)行升級(jí)改造，通過對(duì)部分單元進(jìn)行更換或調(diào)整，最大限度地保留可以利用的部分，使之成為一部數(shù)字電視發(fā)射機(jī)。顯然，在資金投入上，后一種方式更加節(jié)省。要將一部模擬電視發(fā)射機(jī)改造為數(shù)字電視發(fā)射機(jī)，需要對(duì)激勵(lì)器、控制系統(tǒng)、射頻通道等各個(gè)部分進(jìn)行更換或調(diào)整，其中電視發(fā)射機(jī)輸出濾波器是一個(gè)必須要考慮的方面。

1.2 數(shù)字電視發(fā)射機(jī)與模擬電視發(fā)射機(jī)中輸出濾波器的異同

無論是模擬電視發(fā)射機(jī)還是數(shù)字電視發(fā)射機(jī)，輸出濾波器都是一個(gè)重要部件，它的主要作用就是讓有用的電視射頻信號(hào)通過，而抑制掉無用的干擾頻率，這是相同點(diǎn)。然而由于模擬電視射頻信號(hào)與數(shù)字電視射頻信號(hào)頻譜分布規(guī)律存在很大的不同，對(duì)輸出濾波器的頻率響應(yīng)特性、功率容量等要求也是不同的，因此將模擬電視發(fā)射機(jī)改造為數(shù)字電視發(fā)射機(jī)必須要對(duì)濾波器進(jìn)行更換或調(diào)整，以滿足數(shù)字電視發(fā)射機(jī)對(duì)它的要求。

2 電視發(fā)射機(jī)輸出濾波器的類型與技術(shù)指標(biāo)

2.1 電視發(fā)射機(jī)輸出濾波器的類型

根據(jù)濾波器的衰減特性可分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器4大類。這4種類型的濾波器在電視發(fā)射系統(tǒng)中都有應(yīng)用，電視發(fā)射機(jī)輸出濾波器常用的有帶通濾波器、低通濾波器、帶阻濾波器（常用的窄帶帶阻濾波器又稱為陷波器）。

根據(jù)濾波器使用的元件不同分為集總參數(shù)濾波器和分布參數(shù)濾波器。集總參數(shù)濾波器主要應(yīng)用在小功率、低頻段的電視發(fā)射機(jī)中，調(diào)整方便、維護(hù)簡單。而應(yīng)用最多的是分布參數(shù)濾波器。

分布參數(shù)濾波器根據(jù)其不同實(shí)現(xiàn)方式又有微帶線、傳輸線、波導(dǎo)等多種形式。其中微帶線濾波器主要用在小功率發(fā)射機(jī)中。

濾波器根據(jù)其所選逼近函數(shù)的不同又分為巴特沃夫、切比雪夫、橢圓函數(shù)等類型。其中橢圓函數(shù)濾波器的特性最為理想。

2.2 電視發(fā)射機(jī)輸出濾波器的技術(shù)指標(biāo)

電視發(fā)射機(jī)輸出濾波器的主要技術(shù)指標(biāo)有：

1）功率容量，是指濾波器能夠承受的發(fā)射機(jī)輸出的功率。對(duì)于模擬電視發(fā)射機(jī)來說以其同步頂功率計(jì)算，對(duì)數(shù)字電視發(fā)射機(jī)則以平均功率計(jì)算。

2）輸入匹配，是指濾波器輸出接標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載時(shí)輸入端測量的電壓駐波比或反射系數(shù)（分貝值）。

3）插入損耗，定義為在中心頻率點(diǎn)f0點(diǎn)的插入損耗值。

4）帶內(nèi)不平度，是指在通帶范圍內(nèi)幅頻響應(yīng)曲線分貝值與中心頻率處相比上下最大變化值。

5）阻帶特性，指在截止頻率附近幅頻特性的變化率。

6）陷波深度，指陷波器在特定頻率點(diǎn)上的工作損耗。

3 數(shù)字電視發(fā)射機(jī)對(duì)輸出濾波器的要求及幾個(gè)濾波器實(shí)例

3.1 數(shù)字電視發(fā)射機(jī)對(duì)輸出濾波器的要求

模擬電視廣播射頻信號(hào)的主要能量集中在視頻載波、伴音載波和色度副載波這些離散頻率點(diǎn)及其附近，無用發(fā)射也主要集中在這3個(gè)頻率的線性組合處[1]。然而數(shù)字地面電視廣播射頻信號(hào)的頻譜特性與模擬電視不同，以中國的標(biāo)準(zhǔn)為例[2]，其成形濾波后基帶信號(hào)頻譜特性如圖1所示。射頻信號(hào)只是基帶信號(hào)的頻譜搬移，其曲線形狀不變。

由圖1可見，數(shù)字地面電視廣播其頻譜能量在帶內(nèi)是近似連續(xù)分布的，在帶外的無用發(fā)射也必定是近似連續(xù)的，而不是集中在幾個(gè)頻率點(diǎn)上。對(duì)模擬電視發(fā)射中的離散型的無用發(fā)射，一般采用多個(gè)陷波腔來濾除。在數(shù)字電視發(fā)射機(jī)中，要濾除近似連續(xù)的帶外無用發(fā)射則必須采用帶通濾波器。而且，為了抑制其對(duì)鄰頻道的干擾，還必須采用幅頻特性最為理想的橢圓函數(shù)帶通濾波器，以達(dá)到一定的ACPR性能。

總體上來說，數(shù)字電視發(fā)射機(jī)輸出濾波器應(yīng)當(dāng)是一個(gè)工作在要求的頻帶內(nèi)的帶通濾波器[3]，不但要有滿足要求的功率容量，盡可能小的插入損耗，符合要求的匹配阻抗（50 Ω），小的駐波比（一般都取VSWR≤1.22），還要滿足一定的帶寬要求，通帶內(nèi)頻率響應(yīng)曲線應(yīng)有盡量小的振幅波動(dòng)（在（f0±3.78）MHz內(nèi)，不平坦度應(yīng)該控制在±0.5 dB的范圍內(nèi)）和盡量小的時(shí)延，過渡帶盡量陡峭，阻帶要滿足特定的衰減量。按照國家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)選擇性的要求應(yīng)符合表1、表2、表3的要求。其中，Δf是相對(duì)于f0的值。值得注意的是，數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的輸出濾波器，其額定功率主要以發(fā)射機(jī)的平均輸出功率為依據(jù)來考慮，但是由于數(shù)字地面電視射頻信號(hào)的峰均比比模擬電視射頻信號(hào)的峰均比大，因此在同樣的額定功率下，數(shù)字電視發(fā)射機(jī)比模擬電視發(fā)射機(jī)要承受更高的峰值功率，對(duì)于接插件的選用和內(nèi)部打火距離要有足夠的冗余量，否則很有可能造成高頻拉弧。因此要將現(xiàn)有模擬電視發(fā)射機(jī)改造為數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的話要降功率使用。

表1 國標(biāo)不嚴(yán)格模板的轉(zhuǎn)折點(diǎn)

表2 國標(biāo)嚴(yán)格模板的轉(zhuǎn)折點(diǎn)

表3 多媒體發(fā)射機(jī)模板轉(zhuǎn)折點(diǎn)

3.2 輸出濾波器實(shí)例

3.2.1 四腔帶通并帶有2個(gè)陷波腔或組合式陷波濾波組合

某合放式電視發(fā)射機(jī)的輸出濾波器，具有超強(qiáng)的帶外抑制功能，在UHF和VHF（H）采用四腔帶通并帶有兩個(gè)陷波腔，還可以按需附加組合式陷波腔；在VHF（L）采用由14個(gè)同軸腔構(gòu)成的陷波濾波組合，均可在數(shù)字化升級(jí)時(shí)直接用于數(shù)模鄰頻同播。其技術(shù)指標(biāo)如表4、表5所示。

表4 帶通濾波器

表5 陷波濾波器

3.2.2 六同軸諧振腔式的數(shù)字帶通濾波器

某1 kW數(shù)字電視發(fā)射機(jī)配置六同軸諧振腔式的數(shù)字帶通濾波器，用于濾除數(shù)字電視發(fā)射頻道外的雜波，具有足夠的功率容量、較低的插入損耗和理想的幅頻特性。

3.2.3 六腔交叉耦合帶通濾波器

某模擬電視發(fā)射機(jī)配六腔交叉耦合帶通濾波器，在數(shù)字化改造時(shí)不用更換濾波器；同時(shí)該濾波器可以為模擬電視發(fā)射機(jī)提供更加優(yōu)越的帶外分量指標(biāo)，鄰頻道無用發(fā)射分量可以達(dá)到-46 dBc、鄰頻道外可以達(dá)到-70 dBc以上，20 kW發(fā)射機(jī)鄰頻道外無用分量低至2 mW。

4 電視發(fā)射機(jī)數(shù)字化改造中對(duì)輸出濾波器的處理

由于數(shù)字電視發(fā)射機(jī)和模擬電視發(fā)射機(jī)對(duì)輸出濾波器的要求不同，因此在對(duì)模擬電視發(fā)射機(jī)進(jìn)行數(shù)字化改造時(shí)必須對(duì)原輸出濾波器進(jìn)行相應(yīng)的處理。

4.1 對(duì)原有的輸出濾波器進(jìn)行更換

對(duì)于大多數(shù)的模擬電視發(fā)射機(jī)而言，其輸出濾波器的設(shè)計(jì)僅僅是考慮到滿足模擬電視射頻信號(hào)的要求，而并未為以后的數(shù)字化改造留下余地，這些濾波器由于結(jié)構(gòu)上的限制，無法通過調(diào)整來滿足數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的要求。因此只能將其淘汰，用全新的符合要求的輸出濾波器來代替。

4.2 對(duì)原有的輸出濾波器進(jìn)行調(diào)整

對(duì)于一部分模擬電視發(fā)射機(jī)，特別是較晚出現(xiàn)的模擬電視發(fā)射機(jī)，廠家在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到日后數(shù)字化升級(jí)的需要，因此在設(shè)計(jì)輸出濾波器時(shí)特別將數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的要求考慮在內(nèi)。如果模擬電視發(fā)射機(jī)的輸出濾波器也采用帶通濾波器，那就有可能直接用于數(shù)字電視發(fā)射機(jī)。

對(duì)于這種情況，在進(jìn)行數(shù)字化時(shí)，只需要對(duì)原輸出濾波器進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整就可達(dá)到數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的要求。

4.3 為滿足數(shù)字發(fā)射機(jī)要求對(duì)輸出濾波器采取的措施

1）冷卻裝置

大功率數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的輸出濾波器由于吸收的功率大，溫升大，為滿足正常的工作要求，可以采取冷卻措施，一般有水冷和風(fēng)冷方式。

2）采用帶通濾波器與低通濾波器相結(jié)合的方式

如果單純的帶通濾波器達(dá)不到要求，可附加一個(gè)低通濾波器，如糖葫蘆式低通濾波器。

5 小結(jié)

當(dāng)今頻率資源越來越緊張，發(fā)射機(jī)的頻道安排越來越密集，高的無用分量指標(biāo)可以減少一些互相干擾。數(shù)字電視信號(hào)與模擬電視信號(hào)具有不同的頻譜特性，對(duì)輸出濾波器的要求更高，良好的輸出濾波器不僅可以降低誤碼率，還可以減少對(duì)鄰頻道及其他頻道的干擾。通過對(duì)現(xiàn)有模擬發(fā)射機(jī)的輸出濾波器進(jìn)行改造或更換，可以滿足數(shù)字電視地面廣播的需要。

[1]劉軍.全固態(tài)電視發(fā)射機(jī)射頻通道的數(shù)字化改造[J].電視技術(shù)，2004，28（2）：79-78.

[2]GB/20600—2006，數(shù)字電視地面廣播傳輸系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)、信道編碼和調(diào)制[S].2006.

[3]湯旭光.對(duì)數(shù)字電視發(fā)射機(jī)輸出濾波器的討論[EB/OL].[2012-04-27].http://info.broadcast.hc360.com.