地面数字电视广播发射技术分析范文

摘要：介绍和平县城地面数字电视发射机的主要组成及其工作原理，分析其技术特点和应用方法。

关键词：地面数字电视；发射机；功率放大器

和平广播电视台东山岭发射机房是和平县广播电视信号无线发射覆盖的中心，担负中央、省、县的广播电视信号转播、发射，对和平县及周边发射地面数字电视信号。东山岭地面数字电视发射机房海泼高度是168m，对覆盖县城区及周边视野良好，是理想的发射塔台。县台东山岭机房建设于1988年，根据人民群众日益增长的精神文化需求，机房进行了数次改造，台于2015年建设和转播地面数字电视。地面数字电视能更好适应新时期的发展要求，覆盖区域内的人民群众能更方便、更好地收看电视节目。

1设计要求

东山岭机房是采用1kwUHF地面数字电视广播发射机。发射机信道传输标准是符合GB20600－2006的规定；工作频率是符合国家标准GB/T14433-1993的规定；系统技术指标满足或优于国家标准GB/T229.4-2008的要求；安全及电气性能符合YD/T731.2002《通信高频开关整流器》信息产业部行业标准。

2发射机系统组成

发射机是1kwUHF、Ⅱ型，全固态设备，组合方式积木化。主要由激励器A（=GF1）、激励器B（=GF2）,系统控制器（=KK），分配器单元（=XF1），400W数字功放（=TF1～TF3），三路功率合成器（=XF2），吸收负载（=RA），2300W开关电源（=TB1～=TB3），电源检测盒（=KF），触摸屏单元（=AH），风机单元（=GQ），交流配电盘（=AE），定向耦合器（=XL），带通滤波器（=RF）和机箱等组成。发射机的主要组件安装在机箱内部；触摸屏单元（=AH）嵌装在机箱的前门板上；定向耦合器（=XL）和带通滤波器（=RF）装在机箱的顶部。发射机系统组成图如图1所示。前级是2台数字电视激励器，双激励器配置，互为主备（自动或人工切换）。数字电视激励器输出的RF（射频）信号经系统控制器实现双激励切换，再由分配器单元将信号分成3路，分别去推动3个相同的400W数字发射功放，放大后的3路射频功率信号送经3路功率合成器，合成后的RF信号经定向耦合器和带通滤波器馈送到发射天线。馈送RF信号的器材是天馈铜管（机房内）和天馈电缆（50Ω）。

3发射机基本原理

输入发射机的ASI信号经激励器处理后，形成了数字电视射频信号，再送入切换器，切换器的输出由分配单元将数字电视射频信号分成3路，分别去推动3个相同的400W数字功放，放大后的3路射频功率信号经三路功率合成器，合成后再经定向耦合器和带通滤波器馈送到发射天线。

3.1数字电视激励器

数字电视激励器承担信道编码、调制、射频信号放大等主要功能，并实现对末级功放的预失真校正，最大输出功率是500mW。激励器是成都凯腾四方自主研发的新一代产品，性能品质高。ASI采用双路冗余备份输入，具输入识别及人工或自动切换功能。参数设置灵活，状态显示直观，使用操作简便，适用多频网（MFN）或单频网（SFN）的组网要求。

3.2系统控制器

系统控制器主要包含两部分，系统控制功能和双激励切换功能。主要由微处理器、存储器、接口电路、控制电路等硬件和实时操作控制软件组成。ARM9微处理器是核心部件，运行于多线程多任务操作系统。双激励切换是双激励器式发射机的基本功能，用于主、备激励器的人工或自动或遥控切换。切换器由射频继电器、采样电路和控制电路组成。人工状态时，主备激励器的切换由面板按键开关控制；自动状态时，主备激励器的切换通过采样电路和控制电路自动完成；遥控状态时，主备激励器的切换由触摸屏界面或远程PC机控制。当主激励器工作时，备激励器处于封锁状态；当备激励器工作时，主激励器处于封锁状态（人工时）或不封锁状态（自动时）。

3.3触摸屏监控系统

触摸屏监控系统由触摸屏单元（=AH）和系统控制器（=KK）组成，是发射机的监控中心，负责主机及各功能组件的集中管理。触摸屏单元既能对主机输出功率、反射功率、供电状态、风机状态、连锁状态及切换状态实时监控，以能对每个激励器、每个400W功放插件、每个开关电源的工作状态和工作参数实时监控。并可实现输出过荷、驻波比过大、冷却异常、连锁异常、功放过热等故障告警或保护。监控系统主要功能是：实时监控发射机及各功能组件的工作状态；提供人工或自动控制方式选择；系统的时间、日期设置；自动开关机时间设置；发射机重要工作参数设置；触摸屏界面功率表量程设置；故障门限设置；故障告警及保护；日志记录；与各功能组件（功放组、电源组、激励器、远程PC机）的通讯接口RS485；可通过RS485、以太网、GSM短信、GPRS对整机进行远程监控。

3.4功率分配器/合成器

机里的3路功率分配器和3路功率合成器是采用多路同相分配/合成原理，是将射频信号进行同相等幅的分配和合成。

3.5400W数字发射功放

400W数字发射功放是一个独立插件，包含前级放大器、1：2分配器、末级放大器、2：1合成器、监控电路和温度采样板，各单元电路均安装在一块散热基板上。

3.6开关电源（=TB1～=TB3）

发射机是采用HX2K3VH02-50V数字化高性能开关电源器。发射机功放的供电是由3个2300W的开关电源冗余备份均流供电。开关电源输入电压是三相AC380V，输出电压是DC50V/45A，具有缺相保护功能，以及防雷、输入欠压、输出过压、输出过流、过热等保护功能。开关电源是热插拔设计，电源之间可以互换。

3.7交流配电盘

交流配电盘主要功能有：整机交流供电配电，交流供电防雷，风机单元的启动和风机电流采样，功放电源保护等。交流配电盘由避雷器（FA），中间继电器（KF1～KF2），交流接触器（KF3），开关电源（TB）和风机电流采样盒（KF4）组成。整机交流供电从接线端子（XB1）输入，接避雷器（FA）后连接到前面板电源总开关（QA），从电源总开关再回到接线端子（XB2），由XB2分别送给开关电源（TB）、交流接触器（KF3）和风机电流采样盒（KF4）。当接线端子XB4-10启动风机信号为+12V时，中间继电器KF2吸合，使交流接触器KF3吸合，交流电源经电流采样盒KF4采样，通过接线端子XB3-3给风机供电。电流采样盒KF4-XG脚1输出为模拟电压信号，4个风机工作正常时，电压是一个正常电压值；若其中有1个或多个风机故障时，电压依比例减小。此信号经接线端子XB4-5提供给系统控制器。当整机保护状态出现时，由系统控制器提供的功放电源控制信号+12V送到接线端子XB4-7，使中间继电器KF1吸合，切断功放电源启动信号，整机功放处于待启动状态，此时整机无功率输出。

3.8定向耦合器

定向耦合器属于弱耦合型，方向性由耦合头旋转位置决定，耦合度由耦合头插入深度决定，耦合头插入越深则耦合量越强。反向耦合检波端口用于反射功率指示和驻波比过荷保护，耦合量为-50dB；正向射频耦合端口用于射频输出监测和激励器自适应校正，耦合量为-60dB正向耦合检波端口用于输出功率指示和输出过荷保护，耦合量为-50dB；。定向耦合器的方向性（即隔离度）与插入深度及耦合环平行于馈管内导体轴线的夹角有关。

3.9带通滤波器

此带通滤波器是六腔带交叉耦合的带通滤波器。特点是带肩陡峭，选择性好，带内插入损耗≤0.5dB，谐波抑制≥40dB。主要作用是抑制发射机的杂散发射，使输出频谱达到国标要求。

3.10开关机控制方式

整机开关机控制方式人为三种：应急开关机方式；触摸屏本地开关机方式；遥控开关机方式。

3.10.1应急开关机方式

将应急开关板上的旋钮开关SF1置于“手动”位置，便可进行手动应急开关机。手动应急“开机”描述：（1）、将风机开关SF2按下，其NO、C脚接通，+12V被送到交流配电盘＝AE的接线端子XB4-10，此时中间继电器KF2吸合，使交流接触器KF3吸合，交流电源经交流接触器KF3的触点，经电流采样盒KF4采样，通过接线端子XB3-3向风机供电，风机启动成功。（2）、将电源开关SF3按下，其NO、C脚接通，+12V被送到交流配电盘＝AE的接线端子XB4-9，再从交流配电盘＝AE的接线端子XB4-8输出送到开关电源的启动脚TB3-7，使开关电源启动，输出+50V电压送至发射功放供电。手动应急“关机”描述：（1）将电源开关SF3弹出，其NO、C脚断开，送给开关电源启动脚TB3-7的+12V被切断，开关电源处于待启动状态，无+50V输出。（2）将风机开关SF2弹出，其NO、C脚断开，交流配电盘＝AE的接线端子XB4-10的+12V被切断，交流接触器KF3释放，切断风机的交流供电。

3.10.2触摸屏本地开关机方式

将应急开关板的旋钮开关SF1置于“自动”位置，便可进行触摸屏本地和遥控开关机。将触摸屏主监控界面上的本控/遥控键置于“本控”状态，开/关机键置于“开机”状态，则整机按先风机后功放电源的顺序供电；当开/关机键置于“关机”状态时，则整机按先功放电源后风机的顺序断电。当选择本地定时开关机模式时，发射机将按设置的开关机时间自动完成开关机控制。

3.10.3遥控开关机方式

将旋钮开关SF1置于“自动”位置，再将触摸屏主监控界面上的本控/遥控键置于“遥控”状态，则整机处于遥控开关机状态。此时发射机的开关机操作受控于远端的PC机。

3.11整机的保护

（1）数字功放保护。末级每个400W数字功放均具有过温和驻波比过大检测电路。当出现过温或驻波比过大情况时，将自动告警并实施保护，同时将故障状态上传主机监控单元。400W数字功放面板设有故障指示灯和恢复键，便于故障判断和恢复。

（2）不平衡功率保护。与功率合成器吸收端相连的三个吸收负载在同一个散热器上，并由轴流风机通风散热，各吸收负载输入端分别装有检波电路，用于不平衡功率的检测。正常工作时，吸收端不平衡功率很小，负载温度较低，轴流风机不工作。当三个400W数字功放中的一个或多个出现故障时，合成器吸收端不平衡功率增大，负载温度升高，温度升高到40℃时，温度继电器吸合，启动轴流风机工作。不平衡检波电压送到系统控制器与设定的门限比较，生成超门限状态信号，状态栏将显示“故障”告警。

（3）驻波比保护。负载（或天线）驻波比≤1.5时，整机工作正常；驻波比在1.5～1.8之间时，整机可以工作但不能保证指标；驻波比＞1.8时，系统控制器将输出保护信号，封锁激励器的射频输出，并关闭功放器的开关电源，同时启动声光告警信号。只有当排除故障后声光告警才会解除，整机恢复正常工作。

（4）防雷电保护。在发射机电源进线端加有避雷器，以防雷电从输入电线窜入机器，损坏设备。为有效防避雷电冲击，避雷器中的接线不能随便改装。而且机房大地与发射机安全接地端子之间的连线应安装可靠。

（5）风机保护。由霍尔传感器对风机输入电流采样，并生成风机保护信号。电流采样盒KF4-XG脚1输出风机采样电压为模拟电压信号，当4个风机工作正常时，风机采样电压是一个正常电压值；若其中有1个或多个风机故障时，电压值依比例减小。信号经接线端子XB4-5提供给系统控制器。当风机不工作或出现故障时，风机无输入电流或输入电流降低，使风机采样电压降低，由系统控制器软件判断出故障风机的个数。若判断出有2个风机故障，将输出功放供电保护控制信号（+12V），使开关电源不启动，整机无功率输出。另外，在使用应急开关机时，风机的保护会不起作用。

4主要技术指标

东山岭发射机支持地面数字电视广播的多频网（MFN）或单频网（SFN）的组网方式，单频网工作模式符合GY/T229.1-2008标准和要求。

5结语

地面数字电视广播1kWUHF发射机系统在东山岭发射机房建成后投入使用，对和平县城及周边实现了地面数字电视广播覆盖，当地人民群众的精神文化生活得到了丰富和提高。同时，为当地的地面数字电视广播的多频网（MFN）或单频网（SFN）的组网建设提供了积极的构思。

作者：何根想；林丙荣 单位：和平广播电视台