馬 波

（山東廣播電視臺，山東 濟(jì)南 250014）

1 功率放大器簡介

電視發(fā)射機(jī)由模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)換是一個大趨勢，在過渡過程中，模擬發(fā)射方式和數(shù)字發(fā)射方式將會在一個較長的時(shí)期內(nèi)并存。由模擬發(fā)射方式向數(shù)字發(fā)射方式的轉(zhuǎn)換有兩種方式：一種方式是直接將模擬電視發(fā)射機(jī)淘汰，代之以數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)；另一種方式是將現(xiàn)有的模擬電視發(fā)射機(jī)進(jìn)行升級改造，使之滿足數(shù)字電視地面廣播信號發(fā)射的要求。前種方式施工簡單，但投資較大；后種方式實(shí)現(xiàn)起來較麻煩，但是可以節(jié)約成本。在電視發(fā)射機(jī)由模擬向數(shù)字轉(zhuǎn)換的過渡過程中，這兩種方式因其各有利弊都會得到應(yīng)用。

無論是在模擬電視發(fā)射機(jī)中還是在數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)中，功率放大器都是重要的組成部分。它的指標(biāo)好壞是決定發(fā)射機(jī)性能優(yōu)劣的重要因素，而且其成本也是整部發(fā)射機(jī)中最高的部分。雖然模擬電視發(fā)射機(jī)與數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)的功率放大器并無本質(zhì)上的區(qū)別，但是由于數(shù)字電視地面廣播射頻信號與模擬電視射頻信號相比有許多不同之處，因而對功率放大器提出了不同的要求。

2 數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)對功率放大器的要求

數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)對功率放大器的基本要求是要有較高的功率冗余量、較高的線性指標(biāo)、較寬的動態(tài)范圍，以保證被傳輸信號具有盡可能低的誤碼率、高信雜比以及盡可能少的帶外輻射。

2.1 足夠高的功率冗余量

數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)的額定輸出功率按平均功率計(jì)算，而模擬電視發(fā)射機(jī)的額定功率一般是指同步頂功率。數(shù)字電視地面廣播的射頻信號有很高的峰均比，因此數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)要承受的峰值功率比平均功率大得多。數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)的末級功放多在平均功率比峰值功率低得多的情況下工作。一般來說，一臺模擬電視發(fā)射機(jī)改造為數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)，其額定輸出功率比原同步頂功率降低6～7 dB。

2.2 高線性

由于數(shù)字電視地面廣播射頻信號頻率成分比模擬電視射頻信號頻率成分更加復(fù)雜[1]，再者地面信道的復(fù)雜性造成的多徑傳輸容易產(chǎn)生“回聲”，這些復(fù)雜的頻率成分和“回聲”經(jīng)過非線性放大傳輸通道后就會產(chǎn)生大量的新生頻率成分，落在帶內(nèi)會造成有用信號產(chǎn)生畸變，形成碼間干擾，誤碼率增大；落在帶外則會對相鄰頻道產(chǎn)生干擾，影響鄰頻道的正常工作。所以要求發(fā)射機(jī)具有良好的線性指標(biāo)以保證有較低的誤碼率和鄰頻道干擾，從而滿足數(shù)字電視地面廣播發(fā)射的要求。放大器線性指標(biāo)的優(yōu)劣是影響發(fā)射機(jī)信號通道線性指標(biāo)的關(guān)鍵因素。其線性指標(biāo)差會產(chǎn)生互調(diào)分量，而互調(diào)分量的大小與接收誤碼率BER之間存在著內(nèi)在的對應(yīng)關(guān)系，三階互調(diào)（IMD）指標(biāo)對信號可靠接收影響較大，應(yīng)給予特別重視。此外，對源數(shù)據(jù)進(jìn)行偽隨機(jī)編碼會產(chǎn)生瞬間過沖，經(jīng)非線性通道后產(chǎn)生的三階互調(diào)分量會干擾對相鄰頻道。數(shù)字電視地面廣播發(fā)射與模擬電視無線發(fā)射相比，會因?yàn)榉糯笃鞯姆蔷€性而產(chǎn)生更明顯的三階互調(diào)分量。綜上所述，數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)對功放線性有更嚴(yán)格的要求。

2.3 寬動態(tài)范圍

數(shù)字電視地面廣播中無論采用單載波調(diào)制，還是采用多載波調(diào)制，其共同之處是編碼后的數(shù)字信號具有很高的峰均比。不同的編碼、調(diào)制方式和具體參數(shù)的選擇其峰均比也不相同，最高可達(dá)13 dB以上。要使放大器對于峰值電平也具有良好的線性，就必須要求發(fā)射機(jī)功率放大器有足夠?qū)挼木€性動態(tài)范圍。

3 為適應(yīng)數(shù)字電視地面廣播信號發(fā)射采取的與功率放大器相關(guān)的措施

3.1 線性化措施

所謂線性化措施就是為了克服發(fā)射機(jī)的末級功放因工作于AB類狀態(tài)而線性較差非線性失真大的缺陷而采取的一些改善措施。這些措施一般包括以下三個方面的途徑：

1）采取功放的線性化技術(shù)，力求提高功放本身的線性放大能力，這是從功放本身的性能著手的；2）采用降低峰均比算法使數(shù)字電視地面廣播發(fā)射信號的峰均比降低，通過這種技術(shù)可使數(shù)字電視地面廣播射頻信號峰均比降低2～3 dB，這是從改變功放所承受的信號特性著手的；3）采用非線性預(yù)校正技術(shù)[2]，對功放所要放大的信號先進(jìn)行與功放線性曲線特性相反的預(yù)處理，從而抵消功放的非線性影響，這是綜合功放所處理的信號及功放本身的特點(diǎn)而采取的措施。

功放的非線性預(yù)校正根據(jù)處理的信號頻率高低不同分為基帶校正和中頻校正。根據(jù)處理的精細(xì)程度不同又分為簡單折線法、多段折線法以及數(shù)字自適應(yīng)技術(shù)。其中數(shù)字基帶自適應(yīng)預(yù)失真[3]實(shí)現(xiàn)簡單、靈活并可以自適應(yīng)跟蹤功放的特性變化。一般來說會同時(shí)采用基帶校正和中頻校正技術(shù)來提高校正效果。圖1說明了采用校正技術(shù)帶來的整機(jī)性能的提高。

當(dāng)然如果通過以上措施仍不能達(dá)到發(fā)射機(jī)的線性要求，還要考慮功率回退法，即功率放大器的輸出功率要適當(dāng)下降，這是以犧牲功放的功率效率為代價(jià)的。

3.2 功率放大器件的選用

電視發(fā)射機(jī)的功率放大器件常見的有電子管、速調(diào)管、感應(yīng)輸出管、半導(dǎo)體管。

電子管的線性最好，但需要高壓才能工作，不利于系統(tǒng)的可靠性。速調(diào)管線性最差，基本不適用于數(shù)字電視播出。感應(yīng)輸出管結(jié)合了電子管與速調(diào)管的優(yōu)勢，適用于大功率的數(shù)字電視發(fā)射機(jī)。美國的實(shí)驗(yàn)資料顯示，對于DTV地面數(shù)字信號發(fā)射，IOT的效率高于四極管。而半導(dǎo)體管因其工作電壓低、方便冗余設(shè)計(jì)、使用壽命長等優(yōu)勢，得到了越來越廣泛的使用。其中橫擴(kuò)散金屬氧化物硅場效應(yīng)管（Lateral Diffused MOS FET，LDMOS）與雙極型半導(dǎo)體三極管相比，具有許多先進(jìn)性能，是數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)功率放大器的首選。LDMOS管在性能上比雙極型功放管具有許多優(yōu)點(diǎn)：能承受更高的駐波比（10∶1）；具有更高的增益，典型值為13 dB；具有更好的線性曲線；可承受更大的過驅(qū)動功率，適合于數(shù)字電視地面廣播射頻信號的放大；由于是電壓控制性器件，輸入阻抗高，所以偏置電路簡單，不需要復(fù)雜的具有正溫度系數(shù)特性的有源低阻抗偏置電路。LDMOS管的高增益特性可縮小放大模塊體積，使發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)得更加緊湊。

3.3 功率電平控制

對數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)的功率控制方式與模擬電視發(fā)射機(jī)不同。模擬電視發(fā)射機(jī)是通過改變功率放大器的激勵水平而補(bǔ)償功放管因溫度變化或者某個或某些功放管失效等原因引起的整機(jī)功率變化，這種方法稱作大環(huán)控制。由于模擬電視發(fā)射機(jī)對功放的線性要求較低，這種方法不會對整機(jī)指標(biāo)產(chǎn)生明顯的影響。而對于數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)，功率放大器的工作點(diǎn)則要求更加穩(wěn)定，不能隨意改變其激勵水平，否則會嚴(yán)重影響整機(jī)的線性性能，因此不能采用傳統(tǒng)意義上的大環(huán)控制，即不能用提高功率放大器的激勵水平來補(bǔ)償某個或某些功放大器損壞導(dǎo)致的整機(jī)功率下降。因此在功率控制方式上數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)與模擬電視發(fā)射機(jī)是不同的。由于LDMOS管有很高的溫度穩(wěn)定性，不需要通過自動功率控制回路就可保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)，因此有些采用LDMOS管的電視發(fā)射機(jī)干脆采用小環(huán)控制的方式，保證激勵器有穩(wěn)定的輸出功率，從而確保在任何情況下功率放大器的激勵是穩(wěn)定的。

3.4 散熱方式

電視發(fā)射機(jī)的散熱方式主要有風(fēng)冷和水冷兩種方式。數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)要求功放系統(tǒng)的工作點(diǎn)更加穩(wěn)定，因此對散熱系統(tǒng)的性能及可靠性提出了更高的要求。由于水冷系統(tǒng)占用體積小、噪聲低、運(yùn)行更加可靠、方便冗余設(shè)計(jì)，在數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)中得到了越來越多的使用。

4 電視發(fā)射機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換過程的考慮

4.1 發(fā)射機(jī)功放系統(tǒng)的類型

電視發(fā)射機(jī)按功放系統(tǒng)采用的器件不同劃分，主要有采用雙向四極管（DIACRODE）的單電子管發(fā)射機(jī)、速調(diào)管發(fā)射機(jī)、感應(yīng)輸出管（IOT）發(fā)射機(jī)、全固態(tài)發(fā)射機(jī)。除速調(diào)管發(fā)射機(jī)因功放線性較差不適合于數(shù)字電視發(fā)射之外，其他類型的發(fā)射機(jī)都可改造為數(shù)字電視發(fā)射機(jī)。表1給出了采用幾種不同器件的功放的特點(diǎn)。

表1 采用幾種不同器件的功放的特點(diǎn)

4.2 電視發(fā)射機(jī)放大通道的類型

模擬電視發(fā)射機(jī)的輸入信號有視頻、音頻兩路信號，根據(jù)對這兩路信號的處理方式不同有雙通道發(fā)射機(jī)和單通道發(fā)射機(jī)之分。數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)的輸入信號只有一路經(jīng)過壓縮、打包后形成的包含視頻、音頻及其他數(shù)據(jù)信息的傳輸數(shù)據(jù)流（TS流），只有一個傳輸通道是單通道發(fā)射機(jī)。因此單通道模擬電視發(fā)射機(jī)更適于改造為數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)，雙通道模擬電視發(fā)射機(jī)要改造為數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)必須進(jìn)行相應(yīng)的處理才行。當(dāng)雙通道模擬電視發(fā)射機(jī)采用的圖像功放和伴音功放完全相同時(shí)，只要將功率分配網(wǎng)絡(luò)和合成網(wǎng)絡(luò)加以更換，將所有功放模塊都組合到一起，即可變?yōu)閱瓮ǖ腊l(fā)射機(jī)用于數(shù)字電視地面廣播發(fā)射。當(dāng)雙通道模擬電視發(fā)射機(jī)采用的圖像功放和伴音功放不同時(shí)，一般是將伴音通道拆除，只保留圖像通道，從而使發(fā)射機(jī)成為單通道發(fā)射機(jī)用作數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)，這會造成一些資源浪費(fèi)。鑒于將雙通道電視發(fā)射機(jī)改造為數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)時(shí)需要比較大的改動，會損失較多的資源，為日后給數(shù)字化升級改造留下較多的余地，在投資安裝模擬電視發(fā)射機(jī)時(shí)應(yīng)盡可能選擇單通道機(jī)型。

4.3 發(fā)射機(jī)功率放大器的技術(shù)含量

采用先進(jìn)的功放技術(shù)生產(chǎn)的功率放大器可根據(jù)要求提供各種參數(shù)配置，可以充分考慮到模擬運(yùn)用與數(shù)字運(yùn)用的區(qū)別，保證在數(shù)字化改造的時(shí)候功放不用做任何改變。

4.4 發(fā)射機(jī)采用的非線性預(yù)校正技術(shù)

不同的非線性預(yù)校正技術(shù)效果也不相同。簡單的多點(diǎn)折線預(yù)校正技術(shù)校正量有限，只適用于單電子管發(fā)射機(jī)。數(shù)字自適應(yīng)預(yù)校正技術(shù)能夠自動跟蹤信號，放大通道的參數(shù)變化，做出相應(yīng)的預(yù)校正，校正范圍大，更適用于全固態(tài)電視發(fā)射機(jī)。

5 結(jié)束語

功率放大器作為電視發(fā)射機(jī)的重要組成部分，在發(fā)射機(jī)數(shù)模改造中要做周密的考慮。在將模擬電視發(fā)射機(jī)改造為數(shù)字地面電視廣播發(fā)射機(jī)時(shí)，應(yīng)根據(jù)原模擬電視發(fā)射機(jī)的實(shí)際情況采取合適的方案。對于新的模擬電視發(fā)射機(jī)，應(yīng)充分考慮日后升級為數(shù)字電視地面廣播發(fā)射機(jī)時(shí)的方便性而選取合適的機(jī)型。

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[1]陳躍軍.數(shù)字電視與發(fā)射機(jī)[J].西部廣播電視，2005（8）：3-4.

[2]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）：77-79.

[3]馬波.數(shù)字電視發(fā)射機(jī)自適應(yīng)預(yù)失真技術(shù)[J].山東電子，2003（3）：38-39.