大功率数字电视发射双工器

1、 房少军教授房少军教授2011年年12月月10日日目录一、大功率数字电视多工器概况二、3dB定向耦合器的设计三、滤波器的设计四、双工器组装、连接测试大功率数字电视双工器概述 地面数字电视信号传输主要依靠数字电视发射天线把电视信号向外辐射出去。通常情况下，电视台会同时广播或转播一个以上的不同的节目。如果每部发射机都配备一副天线，则投资会大幅度的提高，铁塔也要预留出地方放置其他频道的天线。为了解决这个问题，可以采用多个频道信号共用一副天线的方法，称之为多工。 双工器就是将两个频道共用一副天线，数字电视功率较大，隔离度要求高，通常采用的是桥式双工器。桥式双工器通过级联可组成多工器。 桥式双工器原理

2、桥式双工器由两个3dB定向耦合器和两个带通滤波器构成的。电视信号 由1端输入，在3、4端形成功率各一半的信号，其中3端与1端同相位，4端相位比1端滞后 ，两路信号经过带通滤波器到达3、4端，由于4端与2端同相位，3端经过 相位延迟后到达2端，这样对于 的两路信号在2端同相位合成。而在1端已经延迟 的信号经过定向耦合器后再延迟 ，共延迟 ，这样， 的两路信号在1端正好反相抵消，无输出。电视信号 由1端输入，在3，4端输出两路各一半功率的信号，在带通滤波器的输入端被全反射，由于相位的关系，在2端合成一路信号 ，于是，在2端电视信号 和 被合成一路信号由天线辐射出去。0900900900900180

3、1F1F1F2F2F2F1F星型双工器介绍通过调节L1和L2的长度达到F1和F2能共用天线又不相互干扰。通常F1和F2相隔较远。此结构已设计用于调频广播。双工器的相关指标功率容量：双工器所能承受的最大功率容量驻波比：各输入通道的回波损耗，一般要求1.1下插入损耗：能量通过双工器所引起的损耗，一般要求0.3dB下输入隔离度：各输入通道之间的隔离度，一般要求-30dB下桥式双工器的重要组成部分 3dB定向耦合器定向耦合器 滤波器3dB定向耦合器原理及设计由于数字电视发射系统发射功率大，对定向耦合器的驻波比和隔离度要求都很高，通常VSWR1.1dB,隔离度达到-30dB以下，因此传统的微带结构就不能

4、够应用，本设计给出了采用金属板电桥结构的定向耦合器。由于金属板电桥的耐高压击穿特性，使得定向耦合器的功率容量大大提高。金属板定向耦合器结构图 耦合带状结构定向耦合器 该类型定向耦合器结构简单，性能良好，而且功率容量大适合数字电视发射的要求。根据宽面耦合带状线的综合，可设计出定向耦合器的大概尺寸，然后利用HFSS软件进行仿真优化，得到要求的性能指标。3dB定向耦合器优化、仿真 由仿真结果可知，在f=400MHz650MHz的频带范围内，反射系数都达到了-30dB以下，耦合度在 范围内基本可以覆盖接近30个数字电视频道 （a）定向耦合器的反射系数S11、隔离度S41曲线（b） 定向耦合器的传输系数

5、S21、耦合系数S31曲线 3dB定向耦合器仿真结果30.1 dB（）功率容量的估算我们观察此定向耦合器在中心频率处场强分布， 当PORT1输入功率为1W时，金属板上最大场强8.9417E+2 V/m ，板间为空气介质，空气的击穿场强为3.00E+6 V/m。所以得到该定向耦合器的最大功率容量为3.355KW。耦合板所承受的输入功率主要耦合板间距有关，适当在不影响耦合度的情况下，增大板间距，功率容量可以相应增大。此外，观察耦合板场强分布图，我们发现，两金属板之间的场强几乎都在7.1534V/m以下，所以该定向耦合器的功率容量应该能够更高一些。 定向耦合器实物图若端口1为输入端，则端口2为直通端

6、，端口3为耦合端，端口4为隔离端。实物调试后测试结果回波损耗S11隔离度S41实物调试后测试结果耦合系数S31传输系数S21桥式双工器的重要组成部分 3dB定向耦合器 滤波器滤波器 同轴谐振腔是由一端短路一端开路的同轴线构成的，它的开路端是利用一段处于截止状态的圆波导来实现的。由两端面处的边界条件可知，在谐振时，其腔长等于谐振波长的四分之一的奇数倍，即所以，它的谐振波长为： /4/4021/4 (1,2,3,.)lpp （）（1240pl 同轴谐振腔原理数字电视方腔圆轴滤波器可等效为 同轴谐振腔，因为圆轴末端与腔壁存在电容效应，所以圆轴长度小于/4/4同轴谐振腔间耦合系数的提取谐振腔间的耦合强

7、弱可用耦合系数来表示，耦合系数越大，耦合越强。如果磁耦大于电耦，则认为该耦合为磁耦合，相反则为电耦合。两腔间的总耦合等于磁耦减电耦。图（a）、（b）分别通过在同轴谐振腔开路端开窗和添加耦合杆来实现电耦合；图（c）、（d）分别通过在同轴谐振腔短路端开窗配合调谐螺钉和耦合环的形式实现磁耦合。输入输出耦合一个谐振腔只有与外界存在能量的交换才有实用价值。图（a）采用同轴探针直接与谐振杆相连，耦合最弱，有载Q值最大；图（b）采用同轴探针顶端圆盘来增大探针与谐振杆之间的电容，属于电耦合方式；图（c）采用同轴探针弯折与谐振腔外壁相连构成耦合环，属于磁耦合方式。 图（b）、（c）耦合强，有载Q值比较小。*根据

8、给定的指标，计算出滤波器的耦合系数、有载Q值等参量。*根据客户要求的重量、外形、尺寸等，确定合适的单腔腔体尺寸。*选用合适的谐振腔阻抗，尽量保证谐振腔的无载Q值最大无载 Q值越大，谐振腔的损耗越小。谐振腔的等效阻抗在76欧姆时， 无载Q值最大。通过下式可以计算得到方腔圆杆的谐振腔阻抗值， 由此可以确定腔体的尺寸。(上式中，是填充介质的相对介电常数，b是谐振腔的边长，a是谐振杆的直径) * 单腔仿真，得到实现中心频率的谐振杆高度和调谐螺钉的深度。* 双腔仿真，得到实现耦合系数的开窗宽度、高度或耦合杆的位置。* Q值仿真，得到输入输出接头的尺寸和位置。* 全腔仿真及调试，得到理想的交叉耦合滤波器的

9、结构和尺寸。60 ln(1.0787) /Zb/ar滤波器设计过程滤波器的HFSS仿真模型 HFSS中对滤波器进行优化、仿真HFSS仿真结果实物加工与测试滤波器加工实物图 通过不断调节可调频率、耦合 螺钉使测试结果满足要求双工器组装、连接测试双工器的整体连接图待两个定向耦合器和滤波器都调试好后，进行组装、测试。组装时一定要固定好，且尽量保持清洁网络分析仪测试CH16 反射损耗CH16为窄带通道信号，由测试图看出，反射损耗在-30dB一下，即驻波满足1.1下的要求网络分析仪测试CH16 插入损耗由图看出，窄带通道的插损满足-0.3dB下网络分析仪测试CH21 反射损耗宽带信号CH21的驻波也满足1.1下网络分析仪测试CH21 插入损耗宽带信号的插损在-0.