试析GME3011P04型精密偏置激励器工作原理.doc

试析GME3011P04型精密偏置激励器工作原理 GME 3011P04型激励器采用了电视载频精密偏置技术。电视精密载频偏置技术是一种通过精确控制电视发射台之间图像载频频差的方式，降低同频干扰可见度的技术措施。该技术可以大幅度降低电视同频道射频保护率，为进一步高效配置频率资源，优化覆盖组网格局，提高有效覆盖率与覆盖质量奠定了技术基础。电视载频精密偏置技术集中体现在发射机的激励器中。激励器是电视发射机的核心器件，为了更好地对设备进行使用和维护，保证安全播出，试对GME3011P04型精密偏置激励器工作原理进行分析。一、GME3011P04型精密偏置激励器功能模块代号名称型号中频调制板EXIF07A03中频校正板EXIF07B03校正量调整板PB18A04数据采集板PB15A03射频板RFU07A06（U波段）开关型稳压电源HF150-Q-Z电源板PS07A02激励器功放PA1003E分米波隔离器GLD-12-10W-*CH数据接口板EXC123C显示控制板ATZJ07A01二、GME3011P04型精密偏置激励器工作原理概述发射机主控单元GPS时钟输入AUDIO输入VIDEO输入105MHzPLLDDS本振上变频射频板时钟中频本振音中调视中调DG校正DP校正IM 校正中频调制板激励器功放隔离器射频输出数据采集板数据接口显示控制板按键开关型稳压电源二次稳压稳压输出电源 输入监测输出定向耦合器切换开关控制显示中频校正板图1 GME3011P04型精密偏置激励器原理框图信号主流程如下：（DG，微分增益，DP，微分相位；IM，互调）音频信号经过音中频调制电路（以下简称音中调）得到31.5MHz音中频调制信号，视频信号经过视中频调制电路（以下简称视中调）得到38MHz视中频调制信号。视中频调制信号经过预校正（DG校正、DP校正）后，与音中频调制信号同时输入到IM校正电路，输出复合中频信号，送到射频板进行上变频处理，再经过激励器功放，得到功率为1（3）W的电视发射机激励信号。数据采集板和显示控制板主要将各单元电路信号进行采集和控制，同时将采集到的信息通过RS485接口传输到发射机主控单元。前面板设有校正量调整接口（J6）和载频偏置调整接口（J5），可用监控计算机经相应接口，通过校正量调整板或DDS，遥调整机非线性指标或载频偏置。GME3011P04型精密偏置激励器还有如下功能：1、中频和射频频率与外部参考信号同频；2、输出射频频率可通过DDS微调。主要功能如图2所示。视中调Vin音中调31.5MHz PLL CRY/PLL互调校正上变频38MHzFV+38MHz+f放大、滤波FV+fAinOCXO10MHz10MHz-1/10MHz-2GPS或铷原子钟10MHzPLLPLLDDSPC内外参考时钟指示图2 3011P04型精密偏置激励器功能框图三、主要技术指标温度045湿度95%（不结露）海拔3000m大气压强86106KPa进风量4.74m3/min电网电压AC220V/50Hz功耗150W尺寸（mm）482*178*610重量12.5kg2.图像主要技术指标序号项目 指标标准GME3X11P04备注1载频偏差（3个月）在300Hz以内(VHF)在500Hz以内(UHF)VHF:0.051HzUHF:0.166Hz2输出负载阻抗50503输出负载阻抗电压驻波比VSWR1.1VSWR1.14视频输入电平1.0Vp-p1.0Vp-p5同步电平0.3Vp-p0.3Vp-p7视频输入阻抗75758视频输入反射损耗34dB频率05.5MHz34dB频率05.5MHz9邻频道外无用发射功率低于载波60dB并且1mW（VHF）20mW（UHF）低于载波60dB并且1mW（VHF）20mW（UHF）10群时延频率特性50ns45ns11亮度非线性失真10%5%12微分增益5%3%13微分相位5314色/亮增益差10%8%15色/亮时延差30ns25ns16图像输出功率变化0.25dB0.25dB17调制方式振幅调制，负极性振幅调制，负极性18调幅度87.5%87.5%19伴音载频与图像载频差6.5MHz0.001MHz6.5MH0.166MHz20射频同步电平100%100%3.伴音主要技术指标序号项目指标标准GME3X11P04备注1输出功率：相对图像输出-10dB-10dB2载频偏差（3个月）在300Hz以内(VHF)在500Hz以内(UHF)VHF:0.051HzUHF:0.166Hz3输出负载阻抗50504输出负载阻抗电压驻波比VSWR1.1VSWR1.15输入电平标称值：0dBm范围：6dB标称值：0dBm范围：6dB6输入阻抗600(平衡)600(平衡)7调制能力大于100kHz频偏大于100kHz频偏8调频信噪比60dB(1kHz,100%调制)65dB(1kHz100%调制)9幅度与频率特性(50%调试)1dB，频率：30Hz15kHz之间预加重时间50us0.5dB，频率：30Hz15kHz之间预加重时间50us10调幅杂音（无调-50dB-50dB11内载波杂音（100%调制）-45dB-45dB12谐波失真（100%调制）1%,频率:30Hz15kHz0.5%, 频率:30H15kHz13无用辐射功率低于载波60dB并且1mW（VHF）20mW（UHF）低于载波60dB并且1mW（VHF）20mW（UHF）14调制方式调频调频15最大频偏50kHz50kHz16载频偏置范围无250KHz17载频偏置步距无1Hz18内置基准源频率稳定度510-819频率偏置精度VHF:0.051HzUHF:0.166Hz20频率偏置范围VHF:500HzUHF:1MHz四、各功能板工作原理（一）、中频板：中频板由中频调制板和中频校正板两个部分组成。中频调制板包括：参考频率电路及38MHz本振、音中调电路、视中调电路；中频校正板包括：DG校正电路、DP校正电路、IM校正电路。原理框图如图3所示。音中调10MHz视中调参考频率DG校正38MHzDP校正A复合中频射频板IM校正10MHz 10MHz1 V图3 中频板原理框图音频信号经处理电路直接调制到频率为31.5MHz的伴音中频载波上。载波频率受时钟信号控制。视频信号经处理电路调制到频率为38MHz的图像中频载波上。38MHz信号是由参考频率电路提供。视中频调制方式为负极性调幅。经DG校正、DP校正后已调制信号和音中频信号同时输入到IM校正电路进行合成、校正得到复合中频信号。具体功能单元电路介绍如下。1. 伴音中频调制（简称“音中调”）音中调电路采用锁相环直接调频方式，将输入的音频信号调制到频率为31.5MHz的伴音中频载波上。载波频率受参考频率控制。 工作原理如图4所示。 平衡输入平衡/不平衡转换IC6IC8数字电位器有源滤波器IC6射随器IC7有源50us预加重压控振荡器V2、V3、V5、L32放大器V6、V1放大器V7带通滤 波器音中频输出参考频率单片机U9锁相器U8环路滤波器IC10放大检波IC9音频处理部分中频调制部分耦合信号图4 音中调电路原理框图信号流程及原理说明音中调电路主要包括音频处理和中频调制两个部分组成。1）音频处理部分音频信号从J10-2/3脚输入，模拟开关U3对音频信号输入阻抗进行选择，IC6-7输出的音频信号经数字电位器IC8调节到适当的电平，通过IC6A及外围器件构成的二阶有源低通滤波器，以滤除数字电位器产生的0.8MHz时钟干扰。该滤波器拐点为60kHz，在0.8MHz处的衰减大于40dB。滤波器输出分为两路：一路信号由IC9放大后并检波，由电路J13-1脚输出，通过PB18A04送到前面板用做频偏指示。另一路经IC7和U4构成的50us预加重电路，送入中频调制部分。2）中频调制部分变容二极管V2、V3、磁环线圈L32和场效应管V5组成压控振荡器VCO。VCO输出信号经V6和V1放大，通过R277和C268耦合送至锁相环芯片U8-4脚作为取样信号，同时10MHz方波时钟信号输入到芯片U8-1脚作为参考信号。两路信号（参考频率和取样信号）通过内部分频、同频鉴相输出两路控制电压，输出电压经过有源滤波器相减得到带有鉴相频率的直流电压，经低通滤波器R292、C182将鉴相频率进行抑制，从而得到纯净的直流压控电压去控制VCO的输出频率。单片机U9在开机时将控制指令输入到锁相环芯片，控制两路信号的分频比，当两路信号经分频后（鉴相频率）输出相位差一致时芯片认为锁定，停止环路频率调整并通过U8-11脚输出高电位作锁定指示。经过处理的音频信号（IC7输出）叠加在VCO环路电压上进行直接调频。振荡器输出频率受单片机控制，音中调输出频率为31.5MHz。V1输出的伴音中频信号，经V7放大后送至由L33、L39、C270、C271、C272组成的带通滤波器。输出电平为-17dBm。2、视频中频调制（简称“视中调”）1）、信号流程如图5所示。VAGC箝位电路残余边带滤波同步分离中频调制38MHz检波和指示-17dBm1Vp-pIF-outV-in 图5 视中调电路信号流程图2）、信号流程及原理说明视频信号由激励器后面板J6输入到中频调制板J21。视频AGC电路（IC12）使输入视频信号成为幅度恒定的视频信号输出（第13脚）。IC12的输出视频信号经过射随器（T1），到达由运放IC11、数字电位器IC14组成的可变增益放大器。改变该放大器的增益就可以改变输出视频信号幅度，从而改变视频调制度。可变增益放大器的视频输出信号（第6脚）经射随器（T2）后分为两路：一路到同步分离电路（IC13），另一路去箝位电路。同步分离电路（IC13）内置视频检波电路，输出视频检波电压（第9脚）。该检波电压经IC5放大后由J24-1输出，供给PB18A01/J2-1用作调制作指示信号。当同步分离电路（IC13）检测不到同步头时，其第10脚输出为低电位，此时“VIDEO OFF”红灯亮。正常时IC13-13脚输出箝位脉冲（正极性行同步信号）。箝位电路用以恢复视频信号的直流分量并消除低频杂波干扰。箝位电平的高低由D53决定。中频调制由模拟乘法器IC18来完成，38MHz本振信号由参考频率源提供。3、参考频率电路（如图6所示）外同步10MHz信号分两路输入到中频板，主路信号从射频口J28输入，辅路信号从射频口J31输入，检测电路分别对J28、J31进行检测，只要检测到一路信号，就输入到中频板作为外同频信号，如果主路检测电路和辅路检测电路都检测不到信号，将自动选择OCXO-10MHz作为内同步信号。参考频率电路对同频信号进行处理后分三路输出：第一路10MHz到音中调，第二路10MHz到射频板，第三路输出到38MHz本振电路，并将38MHz本振信号送到视中调。 38MHzOCXO10MHz10MHz-110MHzPLL内外参考时钟指示10MHz-210MHz图6 参考频率电路原理框图4、 DG校正电路DG校正电路使图像中频信号预先产生一定的反向失真，以抵消末级功放产生的失真，通过校正来改善整机的DG指标。DG校正电路由白DG、黑DG校正以及中频AGC单元组成。DG校正电路的信号流程方框图如图7所示。白DG校正黑DG校正中频ALC视中频入 中 中频输出-17dBm -17dBm图7 DP校正信号流程方框图图像中频信号送到白DG校正电路，信号由分配器Z5分成线性和非线性两条支路。非线性支路中Q12起倒相放大作用，Q14工作在非线性区，因此信号经Q14放大会产生一定的失真，Q13为Q14的基极偏置电路，调节电位器P13（即校正量电位器）可以改变Q13的工作点，即改变Q14的基极偏置，从而控制Q14失真的程度，即校正量的大小。经校正的信号再经过合成器Z6与线性支路信号相减后输出白DG预失真信号，送到黑DG校正电路。黑DG校正电路中，信号经过Q4放大，再由分配器Z2分成线性和非线性两条支路。非线性支路再由分配器Z3分成两条校正支路。以Q9一路为例：Q9工作在非线性区，信号经Q9放大会产生一定的失真，调节电位器P10可以改变校正量。两条非线性支路的输出信号经过Z4合成，再与线性支路信号相加后输出黑DG预校正信号。在预失真校正时，校正电路的输出幅度变化较大，因此设ALC电路进行控制。ALC电路是通过D7、8、9组成的X型电调衰减器来实现控制的。信号由IC1放大后，经过R150、D13、C101和R141峰值检波产生直流电压，IC4A、B为ALC电压形成电路，P6可改变ALC电压大小。如将J1插到2、3端则成为MLC方式，可通过P9调节MLC电压来控制输出电平。IC4C、D为前馈保护，中频信号过小时会将ALC电压箝位到零，以消除瞬态过冲。5、 DP校正电路DP校正电路产生预定的DP失真，以便抵消因末级功放的非线性而产生的DP失真。其信号流程图如图8所示。-17dBm校正网路IF 出-17dBmIF 入衰减ICPM校正电路T17、D43、A3DP校正网路T16、D42、A2均衡电路T15-A1电阻分配中频放大器T14-T18解调支路压控电压P33压控电压P32陷波器33.57MHzL68、C345低通滤波L69、C321亮度解调IC2电平切割切换电路运算放大IC21图8 DP校正信号流程图信号流程及原理说明图像中频输入信号经T14和T18放大，再经电阻分配网路分为两路：一路到有源校正网络。另一路供解调支路，解调出校正所需要的亮度信号电平。1）校正网络校正网络由均衡电路、DP校正电路和ICPM校正电路三部分串联组成。下面以DP校正电路为例说明。DP校正电路的信号流程见图9。IF出IF入合成A2调相电路T16、D42倒相180TR3频响补偿L65、C343解调支路幅度调节P25图9 DP校正网络的信号流程图DP校正电路采用有源全通型电路，由均衡电路输出的信号分为两路，一路经传输变压器TR3倒相后，送到由T16和变容管D42组成的共基极并联谐振电路。DP校正谐振点（不加校正时）调到中频副载波频率上（33.57MHz）。解调支路解调出的亮度信号电平叠加到变容管D42上，使变容管的等效电容随亮度电平而变，引起谐振点的偏移。因此当副载波信号到来时，信号因电路失谐而产生相移，失谐的程度随亮度电平而变化，从而产生预定的DP失真。另一路信号经电位器P25调整幅度，经L65、C343组成的低通网路改变相位。当这路信号幅度为非线性支路在谐振点输出幅度的一半、而相位相反时，可实现全通。信号由A2合成放大，电路有10dB增益来补偿电路的衰减，A2的输出接至ICPM的输入端。2）解调支路亮度解调支路信号经L68、C345组成的陷波器，滤除彩色副载波，由IC22-7脚输出亮度信号，经L69、C321组成的低通滤波器，进一步滤除色度信号，经IC21组成的运算放大器放大。IC21-1脚输出负极性亮度信号。IC21-7脚输出正极性亮度信号。如图10所示。IC21IC21图10 IC21输出波形选择短路子J39和J40可改变电平的切割方向。调整电位器P28，可改变切割位置。J40与J39适当组合可产生不同的校正曲线。亮度信号经电位器P32调节幅度，送到变容管D42去调相。6、 IM校正电路框图如图11所示音中频入电平调节中频ALC黑DG校正合成电平调节中频输出-17dBm-17dBm视中频入-17dBm图11 互调校正信号流程方框图1）、信号流程及原理说明输入的图像中频信号经过Q16放大，其输出信号送到由Q18、D27、D28组成的同步扩张电路。因图像中频信号为调幅小组，为保证中频信号的正负半周得到相同的扩张，将二极管（D27、D28）反向并接。因此，当同步信号到达时D28、D28同时导通，使Q18的发射极电阴变小，即Q18的负反馈变小，增益提高从而使同步信号得到扩张。调整P16便可以变扩张量。伴音中频信号经过P7幅度调节，其信号输入到Q15进行放大。经同步扩张的图像中频信号和Q15输出伴间中频信号经Z7合成输出复合中频电视信号，并将其信号送到黑DG校正单元。在黑DG校正单元，信号经过Q17放大，再由分配器Z9分成线性和非线性两条支路。非线性支路再由分配器Z10分成两条校正支路。以Q19一路为例：Q19工作在非线性区，复合中频电视信号经过Q19放大会产生一定的失真，调节电位器P11可改变校正量。两条非线性支路的输出信号经过Z11合成，再与线性支路信号相加后输出。校正IM失真时，校正电路的输出度变化较大，因此设ALC电路来控制其输出电平。ALC是通过D30、D31、D32组成的型电调衰减器来实现控制的。信号由IC2放大后，经过R152、D14、D159和R143峰值检波产生直流电压，IC3AB为ALC电压形成电路，P8可以改变ALC电压大小。如将J3插到2、3端则成为MLC方式，可通过P17调节MLC电压，来控制出电平。IC3C、D为前馈保护，中频信号过小时会将ALC电压箝位到零，以消除瞬态过冲。二、 射频板射频板RFU07A04A（U波段）集成了射频本振、DDS和上变频器。DDS为本振提供可微步距调整的参考时钟信号，射频本振为上变频器提供混频用的本振信号，上变频器将中频信号变换成指定频道的射频信号。射频板信号流程如图12所示。10MHz参考频率微机鉴相器环路滤波器压控振荡器低通滤波器放大器105MHz锁