数字电视多工器原理与维护

1、1引言数字电视多工器能够将多个不同频道的数字电视发射机发射的射频信号转化为组合信号，并通过一个宽频天馈系统发射出去，这样无需增加额外的天线， 减少了广播电视塔的占地空间， 降低了发射系统建设投资的费用。在技术方面，多工器系统具有良好的电气、机械性能， 各频道信号之间互不干扰，各端口之间有较高的隔离度，后期的调试维护成本低，因此其应用范围很广。随着地面数字广播电视技术的发展及普及， 数字电视多工器在无线广播电视领域得到了日益广泛的应用。2 数字电视多工器的工作原理地面广播电视发射系统所使用的数字电视多工器通常都是以桥式双工器为基本单元，经级联后，组合成数字电视多工器。21 桥式双工器的基本构成和

2、原理。面以桥式双工器的实现原理为例，分析多工器的工作原理。桥式双工器结构组成示意图如图 1 所示。两个带通滤波器 1、2 连接构成。其工作原理是数字电视发射机桥式双工器由两个中心频率不同的 3 定向耦合器 31、32和射频信号 1经1端口输入，经定向耦合器 31分别在 1、1端口形成功率各一半的输出信号，其中，1端口与1端口同相位，1端口经入4, 滞后 1 端口 90，两路信号分别通过带通滤波器 1 和 2 输出到定向 耦合器32的2和2端口，由于2端口与2端口同相位，2端口经入4,信号 1。滞后 2 端口 90，两路信号在 2 端口同相位合成，输出滞后 90的由于 2与 2同相位， 2滞后

3、2信号 90，两路信号在 2端口相位相差 180， 1 信号经定向耦合器 32 在 2 端口没有输出。1信号经 31端口 1输入，输出两路信号相差 90，在 1端口形成反数字电视发射向 180的信号，相互抵消，在 1 端口无输出。机射频信号 2 经 2 端口输入，经定向耦合器 32 端口 2、2输出相位差 90信号，经带通滤波器 1 和 2 全反射，再经定向耦合器 32后，在2端口合成输出滞后 90的信号 2；在 2 端口形成反向 180信号相抵消，无输出。自此，两部数字电视发射机输出信号 1 和 2 在2 端口合成输出 1+2。实际上，两个滤波器并不能完全反射 2 信22 带通滤波器的原理与

4、调试。带通滤波器是对输入信号的频率具有选号，会有一小部分信号泄漏到31的1和1端，通常在1端加入50Q 吸收负载进行吸收，不会传到 1 端口，对 1 进行串扰。择性的一个二端口网络， 它允许某些频率范围的信号通过， 而其他频率的信号幅值均要受到衰减或抑制。带通滤波器由元件或元件构成，一般由低通滤波器和高通滤波器组合而成，如图2 所示。带通滤波器的上限截止频率是低通滤波器的上限截止频率， 带通滤波器的下限截止频率是高通滤波器的下限截止频率， 即它可以滤掉低端频率，又可以滤掉高端频率，只让指定频率通过。用于广播发射系统的带通滤波器通常是腔体滤波器， 它能够满足发射系统大功率 容量的需求，带通滤波器

5、分为传统级联滤波器和交叉耦合滤波器。传统级联滤波器各谐振腔体通过耦合结构首尾相连，腔体个数越多， 越容易满足性能要求， 其缺点是插入损耗的带外抑制度平缓， 这样会 导致相邻频道间产生干扰； 交叉耦合滤波器的谐振单元， 除首尾各连 接一个谐振腔外， 侧壁往往通过耦合结构连接其余谐振单元。叉耦合滤波器可用更少的谐振单元实现相同的目标， 其缺点是调试过程较复杂。数字广播电视带通滤波器通常采用交叉耦合滤波器，其关键是要调节腔内部谐振柱导体的长度， 也就是通过改变耦合电容的大小，来调整腔体的谐振频率，使其与输入频率相同，并满足带宽要求。三腔带通滤波器结构示意图如图 3 所示。数字腔体滤波器将激励的方式改

6、变为可调结构，例如通过设置可上下移动、 左三腔右旋转可调的耦合环，改变环形馈电激励的耦合大小等。带通滤波器反射系数曲线调试过程图如图 4 所示，调试过程如下首先 微调环形馈电激励的螺栓， 改变耦合度大小和强度， 使得反射曲线中 出现明显的三个极点， 依次调节三个谐振柱的螺栓和微调谐振柱的螺 栓，使反射曲线极点落于所需频道中心， 如图 4 中的反射曲线 1 所示； 此时再次调整环形馈电激励的螺栓， 改变耦合度大小和强度， 使得三 个极点向中心频率靠拢逼近， 再依次调节三个谐振柱的螺栓和微调谐 振柱的螺栓，使极点再次落在频道中心， 如图 4 中的反射曲线 2 所示；依次循环上述操作， 直至频道内回

7、波损耗指标满足要求， 如图 4 中的反射曲线 3 所示。由上述调试过程可知此种三腔带通滤波器调节方式既节约时间， 又能够较为准确地得到反射曲线， 且频点偏移更小。23 定向耦合器的调试。3 定向耦合器作为桥式双工器的基本结构，其使用最为广泛的是单节 入4定向耦合器，单节入4宽边定向耦合器结构示意图如图 5 所示。其阻抗和频带带宽都应满足整个发射系统的频道要求， 并且耦合端与直通端插入损耗的幅度和相位差应整体保持在较小误差范围内， 带外信号在端口反相相消的效果才会更好，各频道之间的隔离度才会更高。3 定向耦合器三种不同尺寸直通端和耦合端的插入损耗对比图如图6 所示。由图 6 可知在所用调频频带

8、88108 范围内，应保证两个端口插入损耗的差值越小越好。在图 6 中，曲线 3 输出两端口的插入损耗差值过大，并且呈现上下脱离的趋势，因此与理想指标相差甚远；曲 线 2 在频带两端频点能够达到零差值， 但是频带中心范围插损差值较大；曲线 1虽然零点在频带内， 但是频带内插入损耗整体差值比前者小。经过上述比较，曲线 3 的效果相对好一些。耦合器正常工作情况下，带外信号反相抵消作用更明显，因此，在保证各端口反射系数指标要求的情况下， 调试过程中应使耦合端和直通端插入损耗差值尽可能小。在耦合端和直通端插入损耗差值过大情况下，最简单实用的方法是，调节耦合板宽度，进而调节耦合度。数字电视多工器的维护数

9、字电视多工器是通过多个桥式双工器串联 得到的，以数字电视多工器中的四工器为例，介绍其维护的方法。数字电视四工器连接图如图 7 所示，数字电视四工器由六个六腔带通 滤波器、六个 3 定向耦合器、三个吸收负载及馈管连接而成。中，1 输入端口为宽带口， 2、3、4 分别为 470870频率连续可调的任意三个数字电视频道接口。其工作原理是， 2 信号通过 3 定向耦合器和带通滤波器后， 在经 3定向耦合器与宽带口的 1 频率合成 输出为 1+2频率； 3信号通过 3 定向耦合器和带通滤波器后，再经 3耦合器与宽带口的 1+2 合成为 1+2+3 信号；4 信号通过 3 定向耦合器和带通滤波器后，再经

10、3 定向耦合器与 1+2+3合成，总输出 1+2+3+4信号，最后经馈线送到天线发射。数字电视四工器应满足如下技术指标要求输入端口反射系数大于26；输入窄带端口到宽带端口隔离度大于 50、宽带端口到窄带端口隔离度大于 35；中心频率 0 插入损耗小于 05；038频率小于 07；042 频率抑制度大于 4；042频率抑制度大于 40。其中心频率 0 为电视频道所占带宽的中心频率。为满足上述各项技术指标，保证多工器正常工作，需对其进行如下维护。31 控制多工器的外部温度。由于机房环境温度升高或多工器工作中温度升高，会造成滤波器温度上升， 由于热胀冷缩的原因，温度每升高 1C,滤波器的谐振频率降低

11、 20 左右。当滤波器温度上升30 C时,它的整个通带频率将向低漂移600 左右，多工器无法正常工作，因此，数字多工器中的带通滤波器温度的稳定性非常重要。同时，较高的温度也会降低多工器连接件的机械强度， 造成 3耦合器和带通滤波器接口处同轴馈线的连接件变形。因此，在多工器运行过程中，应定期测试工作环境的温度，通常要求温度的上限在30C左右，一旦发现工作环境温度的异常或多工器表面金属温度过高， 都应采取相应的冷却措施， 保证多工器在正常的温度下进行工作。32 保证多工器器件具有足够的机械强度。除了温度过高会影响多工器的机械强度外，另一个重要因素是各个机械加工件是否能满足足够的承重和机械强度。1

12、通常腔体滤波器各腔之间是通过耦合窗实现电耦合，在腔体之间的 金属隔板之间开窗，使得腔内能量之间能够相互耦合见图 3，但金属隔板的厚度不够或耦合窗口过大， 都会导致因其机械强度不够， 都会 使得滤波器腔体上侧金属板和腔内耦合板承受更大的重力， 很容易使其变形。2 腔体滤波器除了可以调节腔内谐振柱实现频道的转换外，更多的是将滤波器输入输出端口激励设置成可调结构， 以配合谐振柱调节，这样做，使得可调范围和灵活性变大。对于耦合器及各组件安装在滤波腔体侧面的情况， 输入输出端口处的处理， 通 常都是将外部同轴馈线的内导体延伸进滤波器腔体内一段距离后， 再 连接激图 7 数字电视四工器连接图励器件比如可旋

13、转金属环或金属板等，这样会导致延伸进腔体的内导体需要承受激励器件的全部重力，并且在调节过程中，也会受到轻微变形产生的应力。由于内导体的尺寸有相应的标准限制内外导体尺寸通常固定， 这就要求激励器件不能过大或过小， 过大会导致内导体产生变形甚至断裂； 过小会使其失去调节作用，并且降低了滤波器的可调范围。33 确保各连接件之间连接紧密。对于多工器加工后的组装，应保证各器件之间连接的紧密性。滤波器与耦合器之间同轴馈管及连接组件应确保连接紧密，否则会导致射频信号能量泄露和多工器指标变差。通常滤波器和耦合器都设有微调谐柱， 通过在谐振腔和耦合器外壁开小孔并内插可调螺柱达到微调指标性能的作用。微调柱过多或由

14、加工误差引起的螺柱小孔螺纹未能紧密结合， 都会导致信号能量的 泄露，并且会降低多工器的功率容量； 若多工器与天线的馈电部分连差。接不够紧密，同样也会导致信号能量的泄露及多工器的隔离度指标变因此，在调试之前，应首先要保证各连接件的紧密性，避免在能量泄露的情况下，调试多工器的性能指标。34 统调多工器指标。多工器的调试过程，应注意先后顺序，首先要对滤波器和耦合器的指标进行调试， 滤波器可调性大， 通常只需调节谐振柱 与输入输出端口激励环便能达到指标要求； 耦合器加盖封装后， 可直 接调节的器件只有微调螺柱， 微调螺柱主要影响耦合器直通端和耦合 端的插入损耗指标，并且其影响较小；在组装连接后，应由天线端口向输入端口逐级进行调试， 并保证所有的连接点螺钉紧固， 这样一旦发现指标不满足要求或射频泄露，便于查明原因。在保证上述测试调试过程无误， 且各项指标满足要求的条件下， 再对多工器进行 整体测试，一般地，反射指标和端口隔离度指标若有频带偏差或未能达到要求， 除了检查各连接口紧密性和调整吸收负载外， 应主要调整滤波器单元，改善整体的测试指标。4 结束语多工器在数字广播电视发射系统中具有广泛的应用， 选用合适的多工器能够增强发射系统的覆盖范围，提高天馈系统的工作效率。本文针对多工器的基本结构和原理进行分析， 并从多工器的维护方法入手， 对多工器 后期维护维修等