数字电视发射机中功率放大器的设计
浅析德芯1kW数字电视发射机原理、维护要点及检修方法
76 视听 •SHI TING 2018年 第 4 期技术维护1 引言随着中央广播电视节目无线数字化覆盖工程的实施，广西各市县区的广播电视发射台站均已成功播出地面数字电视节目。
地面数字电视具有节目丰富、画面清晰、抗干扰性强等优点，受到了广大人民群众的热烈欢迎。
目前我区各市县区广播电视发射台站较多使用成都德芯生产的地面数字电视1kW 或300W 发射机。
本文简单分析了德芯1kW 地面数字电视发射机的原理、维护要点、常见故障及检修方法，对其它品牌型号数字电视发射设备的维护也有一定的参考意义。
2 发射机构造及工作原理德芯DUT-8313（1kW）地面数字电视广播发射机由主、备地面数字电视广播激励器；主、备前级推动单元；三路功率分配器、3个400W 功率放大器、三路功率合成器、输出滤波器、供电电源组、防雷保护、监控显示单元和散热系统等组成。
发射机系统原理框图如图1所示。
数字广播电视节目码流（TS 流），经信号线传输至激励器的ASI1和ASI2接口。
激励器将输入的TS 流经过信道编码与调制单元处理后，输出的数字IQ 信号送入D/A 芯片（AD9789）进行D/A 变换，并将D/A 转换信号送入上变频处理成射频信号后，由可变增益放大器（ADL5330ACPZ）对射频信号功率进行控制，通过模拟滤波后，输出到前级推动单元。
前级推动单元内的步进衰减器和AGC 电路对输入射频信号的功率进行控制后，送到前置放大器对信号进行前置放大，再经过20W 推动放大器，输出约20W的射频信号到射频切换单元。
射频切换单元的主要功能是切换主、备激励器和主、备前级推动单元。
射频切换单元工作在自动切换模式时，当主路激励器和主路前级推动单元出现故障，射频切换单元可自动切换至备路激励器和备路前级推动单元工作，保证广播电视节目正常播出。
经过射频切换单元选择的射频信号，经三路功率分配器分配到3个400W 功率放大器分别进行放大，再经三路功率合成器完成整机功率的合成，进入输出滤波器后通过天馈线系统发射，实现地面数字电视信号的无线覆盖。
关于地面无线数字电视发射机的故障总结分析
关于地面无线数字电视发射机的故障总结分析随着数字技术的快速发展，近年来地面无线数字电视得以加速普及。
本文对1KW地面无线数字电视发射机在运行中出现的故障进行了技术分析。
标签：BLF888；显示屏；切换；信号源1KW地面无线数字电视发射机由激励器、前级放大器、分配器、切换器、功率放大器、功率合成器和定向耦合器及控制显示单元构成。
来自前端的TS流由激励器调制变频后输出RF射频信号。
控制显示单元通过切换器来选擇主或备激励器，将其中1路选择信号送入前置放大器放大后经分配器作为功率放大器的激励信号，4个功率放大器将RF信号放大后通过合成器将信号输送至定向耦合器和滤波器经天线发射出去。
一、发射机显示输出功率偏低或无输出1、功率放大器存在故障。
功率放大器内包含3个120W功放模块，3分配器和3合成器及控制板。
每个120W功放模块采用1只LDMOS超高频射频功率晶体管BLF888和外围器件组成，该晶体管为双晶体管，模块的输入输出采用Doherty电路匹配，直流驱动电压50V，标称阻抗50欧姆，工作于甲乙类，共源推挽式放大。
3分配器和3合成器由威尔金森电路设计。
常见的故障现象是发射机的输出功率突然下降，输出功率降至约600～700W右，反射功率无明显变化，显示屏显示故障功率放大器明显低于300W，此外单个功放的直流电流也下降，约7～8A（正常在15A左右），查阅发射机控制监测数据面板可以看到一只功放电流明显偏低。
通常是功率晶体管的一半损坏，另一半还可以正常工作。
但工作一段时间后也会损坏。
打开功率放大器的上盖，采用电阻测量法判断损坏的LDMOS晶体管。
将3用表拨到电阻档，测量LDMOS晶体管BLF888的栅源对地阻值，栅极正常阻值一般约3kΩ，源级输出阻值无穷大，根据该条件判断管子是否损坏。
此外损坏的晶体管周边通常出现阻抗匹配SMD元器件烧糊或脱焊现象，这些器件也需要更换，当发现电路板的基材覆铜面烧毁现象，必须更换掉整个电路板，确保全部功放模块具有一致的幅频特性。
功率放大器的OTL及自举电路
功率放大器的OTL及自举电路现代电影技术功率放大器的OTL及自举电路吉林省广播电视技术中心台刘国刚电影扩音机的功率器电路多采用OTI电路或 OCL电路,而在OTL电路中经常加入与其相适应的自举电路.1,OTL电路的结构OTL电路是一种利用电容耦合而无输出变压器的甲乙类互补对称式推挽功率放大电路.它的电路特点是:采用单电源供电方式,输出端两只功放管的中点直流电位为电源电压的一半;输出端与负载之间采用大容量电容器耦合,负载(扬声器)一端接电容器的输出端,另一端接地.其电路如图1所示: 图1OTL电路结构图在电路中,输出端通过一个大容量电容器C与负载电阻R连接,对交流信号可视为短路,省掉了输出变压器.同时,电容器又将两功放管的中点直流电位与负载隔断.电路采用单电源E供电, 为了消除交越失真,由D,D.(或其他方式)构成 VT和VTz的基极偏置电路.虽然VT为NPN型管,而VT.为PNP型管,但由于两管的特性一致并对称,故静态时两管的集电极电流相等(即I一 Iz).调整基极偏置电阻R和R.,可使A点电位 (VT和VT.的发射极电位)为E/2,即中点电保养维护改造位.由于扬声器的直流电阻很小,并且静态时无电流,其两端直流电位相同(地电位),所以,输出电容C两端的电压也为E/2.静态时,输入端无输入信号,VT,VT.有较小的正向偏置,导通电流较小,中点电位为E/2, 输出电容C两端的电压也为E/2.输出电流无变化,所以无输出电压.当输入信号为正半周时,VT加正向信号电压而导通,对信号电流进行放大,VT.因加反向信号电压而截止,由于输出电容C容量较大,对交流信号而言视为通路,其信号电流如图1中实线方向: +E一VT集电极一VT发射极一电容C一扬声器一地;扬声器两端得到放大的正半周信号. 当输入信号为负半周时,VT加反向信号电压而截止,VT.加正向电压信号而导通,对信号进行放大,支持其导通的电源是输出电容器上的充电电压.其信号电流如图1中虚线方向:c正端一VT.发射极一VT.集电极一地一扬声器一c负端;扬声器两端得到放大的负半周信号. 通过VT和VT.的交替推挽工作,使两只功放管输出的两个半波信号在负载上合成为一个完整的信号.输出电容C在OTL电路中的作用主要有三个: 一是为VT.管在输入信号的负半周时提供电源;二是为交流信号提供通路;三是隔断直流(防止因负载的直流电阻很小对中点电位影响). 2,OTL电路中的自举电路在OTL电路工作时,当输入信号的正半周使 VT导通时,随着正半周信号的增大,VT的基极电位上升,使A点电位上升.当A点电位接近电源一55—现代电影技术No.12/2007ADVANCEDM0N尸J开ETECHNOLOGY电压Ec时,VT的基极电流受限而不能增加很多, 造成激励不足,甚至影响信号的正常放大.OTI电路中的自举电路就是解决输入信号正半周时的激励: 不足问题.OTI电路中的自举电路如图2所示图2OTI电路中的自举电路如图所示,在功放管的基极偏置电路中串入一个电阻R.,在R.与R的串联点上接入一个自举电容C,这样就构成了由C和R.组成自举电路.由于C的容量比较大,静态时,C两端充有U电压,由于R阻值比R小,所以U接近Ec/2. 当输入信号正半周时,大信号的输入会使A点电位上升,由于C和R的时间常数较大,电容C 两端的电压基本恒定,即不随输入信号的增大而改变.也就址说,靠C上的充电电压U激励VT 工作.由于c的自举作用,输入信号的正半周B 点电位随之升高,保证了VT管有足够的激励电流使VT充分导通.自举电路的思路就是使VT基极偏置中B点的电位能随A点电位升高而升高.由于OTL电路采用单电源供电,供电电压的大小受到一定制约,而且功放电路的负载电流又很大, 为保证足够大的输出功率,输出电容的容量选取的很大,一般都在几千微法.但大电容通常具有电感效应,在高频时容易产生相移,在低频时又影响放大(对低频信号的容抗大),而且大容量的电容不能采用集成电路制作.为解决这些问题,在大功率的电影扩音机中多采用无输出电容器的OCL电路. 3,自举电路在OCL 电路中的应用电路中去掉了大电容后将两只功放管的发射极直接与输出端的负载(扬声器)相连.由于扬声器阻值较小,必然会对VT和VT和的工作状态以保养维护改造.为保证中点电位的准确, 及中点电位A产生影响OCL电路通常采用双电源供电.用两组大小相等的正,负电源加在电路的两端,以两电源串联的中点电位A点作为零电位点.负载(扬声器)直接接在中点A与地之间,即用+E和一E分别对VT (NPN型)管和VT.(PNP型)管供电.在没有信号输入时,VT和VT的电压降都是E,因此中点A的直流电位是零,负载(扬声器)两端电位相同,没有电流流过.由于双电源供电的电压足够,通常情况下OCL 电路中不需要自举电路,但有些电路为了提高功率输出,增加功率管的激励,也有加入自举电路的. 例如,与井冈山牌2000型流动放映机配套的K2000 型扩音机的功率放大电路就加入了自举电路.其功率放大电路如图3所示:输出图3K2000型扩音机的功翠放大电路功率放大级采用5只晶体管组成甲乙类OCL互补推挽电路.VT,VT.,VT三管复合成NPN 型管作为推挽的上臂功放管;VT.,VH复合成 PNP型管作为推挽的下臂功放管.由于功放级采用38V的双电源对称供电,输出端与地的静态电位都为零电位.输出端与负载(扬声器)之间直接相连,所以电路属OC[电路. (下转第62页)56现代电影技术No.12/2007ADVANGIiiDMOTION尸lCn艉ETEG/'WOLOGYAutodesk为好莱坞业界巨头EFILM提供数字调色配光服务…………………………………… Autodesk和EF1LM达成专业服务协议…………… 中影首钢环球数码数字影院建设有限公司在京成立… 电影科研所成功安装我国第一套JPEG2000数字影院编解码系统等消息5则…………………… 电影器材技术分会举办首期影院放映技术骨干培训班…………………………………………… 现代多厅影院应用新技术讲座召开………………… 日本数字电影技术代表团来访中国电影科研所…… 电影器材技术分会一届理事会二次会议召开……… 第五届数字电影论坛召开在即重量级嘉宾座谈会先行论道………………………………………… 来自《NAB2007》的信息………………………… DOREMI的DCP一2000服务器进行FIPS140—2 第3级安全认证………………………………… AccessIT数字影院的主要进展…………………… 英国电影委员会制定扶持电影的基金计划………… 英国电影与电视艺术学院选用杜比数字影院播放系统……………………………………………… 欧洲第一个商业数字影院虚拟拷贝费协议签署…… BIRTV2007报道等8篇……………………………发行放映协会城市影院协会在京召开2007年度年中工作会议…………… 电影制片厂希望3D电影的复兴能够重振电影行业... 杜比3D数字影院技术.................................... 英国组织讨论欧洲电影业数字化急待解决的问题...... 派拉蒙向装备杜比3D的数字影院提供3D影片 (559)55963652007年总目录Autodesk推出新版视觉效果与剪辑完成系统…… 焦作在全市推广农村数字电影……………………… 以科学发展观统领电影技术工作——记2007'全国电影科技工作会议暨电影专业委员会七届四次会议……………… 亚洲博览会2007(CINEASIA2007)在澳门召开等7篇十一,其它《中国电影技术百年纪事》补正……………………… 武警部队影视工作管理信息化初探………………… 强化实践教学培养高技能的影视技术兵………… 从书看人从人看书——戈永良与上影特技人……………………… "移动式多功能野战宣传文化箱"的研制和应用…… 对武警部队文化装备管理机制的思考……………… 军队影视发行放映管理系统及数据库设计………… 加强电影放映企业在电影消费市场中的竞争力……此时无色胜有色——影视画面中消色的运用…………………… 坚持以人为本,积极稳妥地做好企业改制中的职工思想政治工作,促进企业健康快速发展……… 部队电影发行放映也要强化"市场"意识…………… SolidEdge用于电影机械网络教学的尝试………… 2007影视学会优秀论文奖揭晓…………………… 注重细节精益求精一一哈影厂采取1O项措施打造精品放映机… 科普影院资源共享的思考与实践…………………… 1O4311381231251期页16O2213563624414585954056362O7287398619541O21(上接第56页)为了便于选取参数较一致的大功率管,VT.和 VT采用同型号NPN管,VT.和VT..采用同型号的PNP管.这样上,下两臂电路性能一致,形成两臂同相工作,为此,上臂必须采用一只NPN管(VT) 与其组合进行倒相,使上,下两臂反相工作.由于功放输出是射极跟随电路,R…R?为负反馈电阻,所以上,下两臂各管的J3值应适当选择以获得对称工作. 为保证偏置电压的精确和稳定,在电路中,一方面在两个复合管射极接人适当的电阻(R.,R)作为负反馈,稳定直流工作点;另一方面还采用VT.,w.,R.组成具有放大调节功能的偏置电路,通过调整w.,改变R3与 w.的比值,使功放级获得适当的静态偏置,并使功放工作在甲乙类状态,以减小功放电路输出级的交越失真.由于VT.集电极与发射极之问的交流阻抗非常小,VT.和VT.两基极成为交流同电位.即加到功率复合管的正,负半周信号幅度一致.R,,C组成了自举电路.利用大电容C两端电压不能突变,并借助于R的隔离作用,使功放管的基极电位升高,保证功放管在大信号输入时, 能有足够的基极电流,使信号得到有效的放大. 一62一0卯弘?鸺们0鼹?00?66778888888999。
实验三高频功率放大器(丙类)
实验操作过程
调整丙类功率放大器的输入和输 出阻抗，使其与信号源和负载匹 配。
逐步增加输入信号的幅度，观察 放大器的输出波形和参数变化。
使用示波器记录放大器的输入和 输出波形，分析波形的失真情况。
打开高频信号发生器，设置合适 的信号频率和幅度。
使用电压表和电流表测量放大器 的各项参数，如输入电压、输出 电压、输入电流、输出电流等。
02
它主要由输入匹配网络、功放管 、输出匹配网络和偏置电路等部 分组成。
高频功率放大器的分类
根据功放管的类型，高频功率 放大器可分为电子管式高频功 率放大器和晶体管式高频功率
放大器。
根据工作频率，高频功率放 大器可分为超短波高频功率 放大器和微波高频功率放大
器。
根据放大器的级数，高频功率 放大器可分为单级高频功率放 大器和多级高频功率放大器。
对未来实验的展望与建议
01
深入研究不同类型的 高频功率放大器
在未来的实验中，可以进一步探索甲 类、乙类等不同类型的高频功率放大 器的设计与制作，比较它们之间的性 能差异和应用特点。
02
结合实际应用场景进 行优化设计
针对实际应用需求，可以对高频功率 放大器进行优化设计，如提高输出功 率、降低失真度、拓宽带宽等，以满 足不同场景下的使用要求。
通过分析实验数据，我们发现放大器在不同频率下的响应特性有所不同。在低频段，放大 器的放大效果较好；而在高频段，放大效果逐渐减弱。这可能与放大器的设计参数和元器 件特性有关。
线性度与失真
在实验过程中，我们观察到输出信号存在一定的失真现象。失真可能源于放大器的非线性 特性，如饱和、截止等。为了量化失真程度，我们采用了失真度指标进行分析。
数字电视发射机的基本构成
数字电视发射机的基本构成数字电视发射机是数字电视广播系统中的关键设备，它负责将数字电视信号转化为无线电波，并通过天线将信号传输到用户家中的电视机上。
数字电视发射机的基本构成主要包括发射机调制模块、功放模块、天线系统和控制系统。
发射机调制模块是数字电视发射机的核心部件之一，它的主要功能是将数字电视信号进行调制处理。
调制模块通常包括编码器、调制器和射频滤波器等组成部分。
编码器负责将数字电视信号进行压缩编码，提高信号的传输效率。
调制器则将编码后的信号进行调制处理，将其转化为适合传输的射频信号。
射频滤波器则用于过滤掉无用的频率成分，保证信号的质量和稳定性。
功放模块是数字电视发射机的另一个重要组成部分，它的主要作用是将调制后的射频信号进行放大。
功放模块通常采用高频功率放大器，可以将较低功率的信号放大到足够的水平，以便能够在广播范围内传输信号。
功放模块的性能直接影响到数字电视信号的传输距离和覆盖范围。
天线系统是数字电视发射机的信号传输通道，它负责将经过调制和放大处理的射频信号转化为无线电波，并将其传输到用户家中的电视机上。
天线系统通常由发射天线和馈线组成。
发射天线负责将射频信号转化为电磁波，并将其辐射到空中。
馈线则用于连接发射天线和发射机，传输射频信号。
控制系统是数字电视发射机的智能化管理系统，它负责对发射机的工作状态进行监控和控制。
控制系统通常包括微处理器、控制软件和人机界面等组成部分。
微处理器负责对发射机进行实时监测和控制，保证其稳定运行。
控制软件则负责对发射机的各项参数进行设置和调整。
人机界面则提供给操作人员进行交互操作和参数调整。
除了以上基本构成，数字电视发射机还可能包括其他辅助设备，如信号源、信号处理器和电源系统等。
信号源负责提供数字电视信号的源头，可以是数字电视台的信号源或其他外部信号源。
信号处理器则负责对数字电视信号进行处理和优化，提高信号的质量和稳定性。
电源系统则为发射机提供稳定的电力供应，保证其正常运行。
地面数字电视发射机的检修与维护探讨
地面数字电视发射机的检修与维护探讨地面数字电视发射机是数字电视系统中重要的组成部分，在数字电视广播中具有非常重要的作用。
为保障数字电视广播的正常播出，地面数字电视发射机的检修与维护工作必不可少。
本文从以下几个方面进行探讨。
地面数字电视发射机由射频发生器、放大器、滤波器、功率放大器、天线等部分组成。
其中，射频发生器用于产生高频信号，放大器和功率放大器用于放大信号强度，滤波器用于去除杂波，天线用于将电信号转化为无线电波。
1. 确定故障现象，检查信号来源。
在地面数字电视发射机故障时，首先要通过判断故障现象是部分故障还是全面故障。
同时，还需检查信号来源是否连通，若信号来源不连通，则会影响地面数字电视发射机发射出去的信号质量。
2. 检查发射机机身和线缆是否正常。
在检查发射机机身和线缆时，需要检查机器上是否有异响，线缆是否接触不良、是否存在断线等情况。
若机器上有异响或线缆存在断线等问题，则需要及时处理。
3. 检查功率放大器和滤波器。
功率放大器和滤波器是地面数字电视发射机中十分关键的部件。
如若发现功率放大器或滤波器出现问题，则必须及时进行更换或修理。
4. 天线的检查。
天线是地面数字电视发射机和接收设备之间的联系方式，若天线出现问题，则将直接影响到地面数字电视发射机的信号传输。
因此，需要检查天线是否完好以及接口是否接触良好。
1. 定期检查地面数字电视发射机的各个部件。
为确保地面数字电视发射机的工作正常，需要定期检查其各个部件。
在检查过程中，将出现的问题进行分类，并尽快进行维修或更换。
2. 定期清洁机身和线缆。
地面数字电视发射机的机身和线缆需要定期清洁，避免灰尘、污垢等杂物进入机器内部，影响其正常运行。
3. 定期校准机器。
为确保地面数字电视发射机的信号输出质量，需要定期对机器进行校准，保证各项参数均处于正常状态。
4. 合理使用和储存发射机。
地面数字电视发射机是一种高精度的电子设备，存在一定的易损性，因此需要在使用和储存中避免机器受到冲击、振动或湿度过高等影响。
电视信号发射的原理
电视信号发射的原理电视信号发射的原理主要包括信号源、信号调制、发射机和天线等几个方面。
首先，电视信号的源头是实际拍摄或存储的视频信号。
这些信号由摄像机、摄像机控制设备、摄像机拍摄的影像、音频采集等组成。
在现代技术发展中，数字摄像机和数字化的存储设备逐渐替代了传统的模拟设备，使得信号源可以更加精确地捕捉和存储视频信号。
接着，信号调制是将视频信号转换为适合无线传输的信号的过程。
这里主要涉及到AM调制（调幅）和FM调制（调频）两种方法。
在AM调制中，视频信号的幅度被调制，频率不变；在FM调制中，视频信号的频率被调制，幅度不变。
调制后的信号具有一定的带宽，使得信号能够进行远距离传输。
然后，发射机是产生电磁波并将调制后的信号通过天线发送出去的设备。
发射机主要由发射调制器、射频功率放大器、频率合成器、调制电路、功放等组成。
发射调制器将经过调制处理的信号转换为适合发送的射频信号，并通过射频功率放大器增强信号的强度。
频率合成器用于产生稳定的射频信号，确保信号的稳定性和可靠性。
调制电路用于控制信号的调制深度，使得经过调制的信号能够更好地被接收。
最后，天线是用于将发射机产生的电磁波转化为无线电波并向外辐射的装置。
天线通过它的结构和材料选择来选择性放射和接收特定频段的电磁波，将电磁波有效地辐射到空中。
天线的设计和构造直接影响信号的传输质量和覆盖距离。
接收电视信号时，需要通过天线将电磁波转化为电信号，经过解调等处理后，显示在电视屏幕上。
综上所述，电视信号发射的原理主要涉及信号源、信号调制、发射机和天线等几个方面。
信号源提供了视频信号的源头，信号调制将视频信号转换为适合无线传输的信号，发射机产生并增强射频信号，并通过天线辐射出去。
这样经过空中传输的电磁波信号将被接收器接收，并由显示屏解码并显示，使得观众能够观看到电视节目。
这是电视信号发射的基本原理。
浅谈数字电视发射机技术
未来十几年 ，将是我国数字电视飞速发展的时代 。在我 国数字电视 体系标准制订并颁 布后 ，模拟 电视将逐 步向数字电视过渡 ，并进人 家 庭。这对广播 电视业、微 电子业、计算机业 、网络业 、家电业 等都是一 个 机 遇和 挑 战 。
（ 上接第２ 页 ） ０ 是保护动作而开关拒动 ，同时主变低压侧过流保护拒动或是 主开关拒动 造成二级越级。具体故障原 因应通过对保护掉牌和一次设备进行检查来 分析判断。 ６３１瓦斯保护动作 ．． 如果 瓦斯保护动作 ，可 以断定是变压器 内部发生故障或二次 回路故 障， 重点检查变压器本身有无着火 、变形 ； 检查压力释放阀是否动作 、 喷油 ；检查呼吸器是否喷油；检查二次 回路有无短路、接地等。 ６． ．２差动保护动作 ３ 如果是差动保护动作 ，一次设备 的检查范围为主变三侧主ｃ 间 （ Ｔ 差 动区 ），包括主变压器。差动保护能反映主变 内部线圈匝间、相间短路 （ 如果是 内 部故障，还常伴有轻瓦斯或重瓦斯保护动作 ），因此，当差动 保护动作后 ， 应对主变做细致检查 ， 包括油色、油位、瓦斯继电器 、 套管
适应校正技术和改进 的折线式非实时预校正技术是 目前国外数字电视发 射机采用 的主要方式 。超大功率合成技术的采用 ，使发射机整机的输出 功率等级大幅度提高，由于冗余技术 的采用 ，同时也提高了发射机的可 靠性。 衡量数字电视发射机技术性 能的主要技术参数包括 ：发射机输出功 率 （ 平均功率 ）及输出功率变化值。 发射机射频频谱 特性 （ ｐ ｃ ｕ ａｋ Ｓ ｅｔ ｍ Ｍ ｓ ）。包括有效带宽 内的带 内 ｒ 波动范 围；邻频道肩部 （ ± ． Ｈ ）的互调失真 ；邻频道抑制 （ 如 ４３ ｚ Ｍ 如 ± Ｍ ｚ 二次谐波 。对８ ｓ 传输模 式需要测试带内信杂比；对ｃ Ｆ Ｍ ８ Ｈ ）； ＶＢ ＯＤ 传输模式则需要测试Ｒ 解码前在规定误码率 、调制模式下的等效噪声降 ｓ 低分贝数。相位噪声容 限和频率稳定度 （ Ｐ 或不带Ｇ Ｓ 也是数字电 带Ｇ ｓ Ｐ） 视苤 栅 ｌ 的重要技术指标 。发射机还应规定适用的数字电视制式、调制方 式、工作带宽 、工作频道 ，说明输入码流 （ 通常为ＭＰ Ｇ ２ Ｓ ）的码率 Ｅ － 流 Ｔ 范围、输入接口形式 ，中频中心频率 、中频电平及接 口形式等 。 国产数字 电视发射机的研制重点同样在 于发射机的中频预校正。性 能优良的中 频非线性预校正电路将极大地改善采用Ａ 类功放的发射机性 Ｂ 能，提高发射机的效率 。这对全 固态发射机尤为重要。 目前 国外采用较 多的是多点折线式校正技术 、前馈校正技术 、全数字实时预校正技术 。 北京广播器材厂研制 的数字电视发射机 目前采用的是沿用模拟 电视 的折 线式校正 电路。实际应用结果表明，对单电子管发射 机，这种校正电路 的校正量基本满足要求 ；而对全 固态发射机 ，由于固态Ａ 类 功放 的线 Ｂ 性动态范 围不如电子管 ，要求有更大的校正量 ，因此 ，校正效果不太理 想。下一步的研制重点将是吸收国外先进技术 ， 开发新一代 的适合全固 态数字 电视发射机的中频非线性 预校正 电路 ， 如全数字实时预校正 ， 使 国产数字电视发射机技术迈上新 台阶。 在相 同覆 盖范 围的前提 下 ，数字 电视发射 机的输 出平均功率 比模 拟电视的同步顶 功率低 １— ０ Ｂ ０ ２ ｄ 。按照我国以城市为 中心的无线覆盖特 点， 数字 电视发射机 的功率等级在 ｌ２ Ｗ￣ 均功率 即可实现与现有模 拟 一Ｋ ｚ 电视相 同的覆盖。在未来的模拟电视 向数字电视过渡期以及数字化以后 的时期 ，我 国的数字 电视发射机将 以全 固态发射机和单电子管发射机为
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数字电视发射机中功率放大器的设计
摘 要: 用最新的LDMOS FET器件,采用平衡放大电路放大电路结构,设计数字电视
发射机电视发射机中的功率放大器。工作频段在470MHz～860MHz,整个频带内增益在12dB左
右,工作在线性状态,交调交调抑制小于-35dB。
关键词: 功率放大器 匹配 增益
数字电视地面广播技术采用数字压缩技术,在同样清晰度和音质情况下,用户可以接
收的节目数量提高4～6倍。同一信道中,可同时传输附加数据和其他信息,且抗干扰能力强,
覆盖区域内近场和远场的接收效果几乎相同,因此,数字电视受到了广泛的关注。
欧美一些国家对数字电视技术的研究较为深入,已研制出了性能完善的数字电视信号
发射机。我国数字电视技术的研究起步相对较晚,还处在实验阶段。为降低成本,数字电视发
射机的国产化是我国广播电视行业发展的必然趋势。
功率放大器是数字电视发射机中的重要组成部分。通常情况下,数字电视发射机中的
信号经COFDM方式调制后输出中频模拟信号,通过上变频送入放大部分。该调制方式包括
IFFT(8M)和IFFT(2M)两种模式,分别由6817和1705个载波组成。每个载波之间的频率间隔
非常近,所以交调信号很容易落在频带内,引起交调失真。数字电视的发射机较传统类型,在线
性度、稳定性等方面有着更高的要求。对发射机中的功率放大器要求必须工作在较高的线性
状态下,增益稳定。
发射系统的放大部分分为激励和主放大电路。其中激励部分为宽带功率放大器,为确
保地面数字电视传输的正常稳定,需要具有良好的稳定性和可靠性,其工作频段在470MHz～
860MHz,工作状态为AB类;要求增益大于10dB,交调抑制小于-35dB,噪声功率密度大于
130dBc/Hz。本文采用最新的LDMOS FET器件,及平衡放大电路结构,设计数字电视发射机中的
驱动级功率放大器,经过优化和调试,满足系统要求。
1 功率放大器设计
1.1功率放大器的放大芯片选型
本文采用摩托罗拉LDMOS FET器件MRF373作为功放的放大芯片。该芯片在线性、增
益和输出能力上相对于BJT器件有较大的提升,使发射机的可靠性和可维护性大大提高。与传
统的分米波双极型功放管相比,LDMOS FET具有以下显著优点:
·可以在高驻波比(VSWR=10:1)情况下工作;
·增益高(典型值13dB);
·饱和曲线平滑,有利于模拟和数字电视射频信号放大;
·可以承受大的过驱动功率,特别适用于DVB-T中COFDM调制的多载波信号;
·偏置电路简单,无需复杂的带正温度补偿的有源低阻抗偏置电路。
LDMOS制造工艺结合了BPT和砷化镓工艺。与标准MOS工艺不同的是,在器件封装
上,LDMOS没有采用BeO氧化铍隔离层,而是直接硬接在衬底上,导热性能得到改善,提高了器
件的耐高温性,大大延长了器件寿命。由于LDMOS管的负温效应,其漏电流在受热时自动均流,
而不会象双极型管的正温度效应在收集极电流局部形成热点,从而管子不易损坏。所以LDMOS
管大大加强了负载失配和过激励的承受能力。同样由于LDMOS管的自动均流作用,其输入-输
出特性曲线在1dB压缩点(大信号运用的饱和区段)下弯较缓,所以动态范围变宽,有利于模拟
和数字电视射频信号放大。LDMOS在小信号小信号放大时近似线性,几乎没有交调失真,很大
程度简化了校正电路。MOS器件的直流栅极电流几乎为零,偏置电路简单,无需复杂的带正温
度补偿的有源低阻抗偏置电路。
1.2 电路结构选择及比较
小信号S参数可以用于甲类放大器的设计,也就是要求信号的放大基本限制在晶体管
的线性区域。然而,涉及到大功率放大器时,由于放大器工作在非线性区,所以小信号通常近似
无效。此时必须求得晶体管的大信号S参数或阻抗,以得到合理的设计效果。
一般说来,甲类工作状态失真系数最小,具有良好的线性度。但是在大功率应用情况下,
由于甲类工作状态的效率低(50%)而不适用。采用甲乙类推挽放大器的电路形式,可以得到与
甲类放大器相近的线性指标。
推挽电路形式由两个独立且无任何内部连接的单管放大器构成,通过两个巴伦巴伦进
行功率的矢量分配与合成。由于巴伦本身具有变阻的特点,因此大大降低了变阻比带来的阻抗
匹配的困难,且巴伦对于偶次谐波具有很好的抑制作用。但是由于巴伦两边间隔过小,两路相
互影响较大,所以应用巴伦结构的放大器稳定性较差,且该电路的输入和输出驻波比较差。
本文采用平衡放大器的形式,结构。其工作原理与巴伦结构的电路相似,但是由于3dB
电桥的应用,使得两路射频信号之间隔离较好,有利于两个端口的匹配。相对于单管放大器结
构,其优点如表1。
1.3 匹配网络设计
由于MRF373没有提供内匹配,所以要在放大电路中构建匹配网络。数字电视反射系统
中的放大电路工作在470MHz～860MHz,需要在宽频带范围内实现阻抗匹配。宽带放大器匹配
电路设计的基本思想是:在放大器的输入输出及级间都采用电抗匹配网络进行多级阻抗变换。
该网络只起匹配作用,不额外损耗功率,可以保证最大的传输系数,对器件特性起均衡作用,并
可以满足系统所需要的带宽要求。
使用器件的IV曲线或者通过输出功率、工作电压等参数可以确定负载RL。为使输出
功率最大,用RL表示器件的内部漏极负载,以此作为输出匹配电路的目标。如果一个网络对一
个复阻抗有最佳匹配,则网络的输出阻抗等于负载阻抗的复数共轭值。现在的负载阻抗是纯实
数RL,所以最佳输出匹配电路反映到器件漏极负载的阻抗是RL的复数共轭值,即:
RL=(VDD-VDS(sat))2/2P
其中VDD是工作电压,VDS(sat)是拐点电压,P是输出功率。
根据上式可以算出,MRF373的RL大约为6Ω。
本文中的放大电路采用分离元件和分布参数元件混合使用的方法。由于电感比电容有
更高的热损耗,所以在此类电路中通常避免使用电感,而使用高阻抗的传输线代替。混合类型
的匹配网络通常包括几段串连的传输线以及间隔配置的并联电容。该放大器的输入匹配部分
采用了四节连阻抗变换,输出匹配采用五节连阻抗变换的混合电路形式。输入、输出匹配网络
拓扑图。
2 电路优化与仿真结果
由于数字电视发射系统要求放大电路必须工作在线性放大状态,可以用小信号S参数
法分析。借助器件厂商提供的小信号S参数文件,可以用ADS对整个电路进行小信号S参数仿
真,得到小信号增益、端口匹配、隔离及稳定因子K。表2为MRF373在(Vce=26V、Ic=500mA)
下的S参数。
用ADS进行电路仿真并不能达到设计要求,需在此基础上进行电路优化。当只有小信
号S参数作为模型来设计功率放大器时,电路优化的步骤一般为:首先尽可能以RL(相对最大
输出功率的负载电阻)匹配为目标,优化和确定输出匹配电路元件值;然后再优化输入匹配电
路的元件值,改善增益和输入匹配电路。需要注意的是:在优化前,必须得到尽可能完整的输出
电路模型,然后在工作频率下对其优化,达到与RL的最佳匹配。图4为放大电路的仿真结果,
图5为电路最终优化结果。
3 测试结果
经过大量实验和反复调试,实测结果。该驱动级放大器工作于线性状态。由图6增益
曲线图可知,整个频带内增益平坦,为12dB左右,与仿真结果大致一样。回波损耗小于15dB,
带内驻波比小于1.3。输入功率2瓦时,用功率计测得输出功率25W,信号幅度稳定,其交调抑
制小于-35dB。各项指标满足系统要求,与国外同类数字电视发射机中放大器的指标接近,成本
大大降低,为今后数字电视发射机的国产化研制奠定了基础。