電視發射機數字化中關于輸出濾波器的分析

徐法義

（山東廣播電視臺，山東 濟南 250014）

責任編輯:任健男

1 電視發射機數字化簡介

1.1 電視發射機數字化轉換的兩種方式

電視地面廣播由模擬向數字轉換是一個大趨勢，在過渡過程中會在一個較長的時期內同時存在著模擬發射和數字發射。由模擬向數字的轉換會有兩種方式：一是直接將模擬電視發射機淘汰，更換為全新的數字電視發射機；二是對現有的模擬電視發射機進行升級改造，通過對部分單元進行更換或調整，最大限度地保留可以利用的部分，使之成為一部數字電視發射機。顯然，在資金投入上，后一種方式更加節省。要將一部模擬電視發射機改造為數字電視發射機，需要對激勵器、控制系統、射頻通道等各個部分進行更換或調整，其中電視發射機輸出濾波器是一個必須要考慮的方面。

1.2 數字電視發射機與模擬電視發射機中輸出濾波器的異同

無論是模擬電視發射機還是數字電視發射機，輸出濾波器都是一個重要部件，它的主要作用就是讓有用的電視射頻信號通過，而抑制掉無用的干擾頻率，這是相同點。然而由于模擬電視射頻信號與數字電視射頻信號頻譜分布規律存在很大的不同，對輸出濾波器的頻率響應特性、功率容量等要求也是不同的，因此將模擬電視發射機改造為數字電視發射機必須要對濾波器進行更換或調整，以滿足數字電視發射機對它的要求。

2 電視發射機輸出濾波器的類型與技術指標

2.1 電視發射機輸出濾波器的類型

根據濾波器的衰減特性可分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器4大類。這4種類型的濾波器在電視發射系統中都有應用，電視發射機輸出濾波器常用的有帶通濾波器、低通濾波器、帶阻濾波器（常用的窄帶帶阻濾波器又稱為陷波器）。

根據濾波器使用的元件不同分為集總參數濾波器和分布參數濾波器。集總參數濾波器主要應用在小功率、低頻段的電視發射機中，調整方便、維護簡單。而應用最多的是分布參數濾波器。

分布參數濾波器根據其不同實現方式又有微帶線、傳輸線、波導等多種形式。其中微帶線濾波器主要用在小功率發射機中。

濾波器根據其所選逼近函數的不同又分為巴特沃夫、切比雪夫、橢圓函數等類型。其中橢圓函數濾波器的特性最為理想。

2.2 電視發射機輸出濾波器的技術指標

電視發射機輸出濾波器的主要技術指標有：

1）功率容量，是指濾波器能夠承受的發射機輸出的功率。對于模擬電視發射機來說以其同步頂功率計算，對數字電視發射機則以平均功率計算。

2）輸入匹配，是指濾波器輸出接標準負載時輸入端測量的電壓駐波比或反射系數（分貝值）。

3）插入損耗，定義為在中心頻率點f0點的插入損耗值。

4）帶內不平度，是指在通帶范圍內幅頻響應曲線分貝值與中心頻率處相比上下最大變化值。

5）阻帶特性，指在截止頻率附近幅頻特性的變化率。

6）陷波深度，指陷波器在特定頻率點上的工作損耗。

3 數字電視發射機對輸出濾波器的要求及幾個濾波器實例

3.1 數字電視發射機對輸出濾波器的要求

模擬電視廣播射頻信號的主要能量集中在視頻載波、伴音載波和色度副載波這些離散頻率點及其附近，無用發射也主要集中在這3個頻率的線性組合處[1]。然而數字地面電視廣播射頻信號的頻譜特性與模擬電視不同，以中國的標準為例[2]，其成形濾波后基帶信號頻譜特性如圖1所示。射頻信號只是基帶信號的頻譜搬移，其曲線形狀不變。

由圖1可見，數字地面電視廣播其頻譜能量在帶內是近似連續分布的，在帶外的無用發射也必定是近似連續的，而不是集中在幾個頻率點上。對模擬電視發射中的離散型的無用發射，一般采用多個陷波腔來濾除。在數字電視發射機中，要濾除近似連續的帶外無用發射則必須采用帶通濾波器。而且，為了抑制其對鄰頻道的干擾，還必須采用幅頻特性最為理想的橢圓函數帶通濾波器，以達到一定的ACPR性能。

總體上來說，數字電視發射機輸出濾波器應當是一個工作在要求的頻帶內的帶通濾波器[3]，不但要有滿足要求的功率容量，盡可能小的插入損耗，符合要求的匹配阻抗（50 Ω），小的駐波比（一般都取VSWR≤1.22），還要滿足一定的帶寬要求，通帶內頻率響應曲線應有盡量小的振幅波動（在（f0±3.78）MHz內，不平坦度應該控制在±0.5 dB的范圍內）和盡量小的時延，過渡帶盡量陡峭，阻帶要滿足特定的衰減量。按照國家標準，對選擇性的要求應符合表1、表2、表3的要求。其中，Δf是相對于f0的值。值得注意的是，數字電視發射機的輸出濾波器，其額定功率主要以發射機的平均輸出功率為依據來考慮，但是由于數字地面電視射頻信號的峰均比比模擬電視射頻信號的峰均比大，因此在同樣的額定功率下，數字電視發射機比模擬電視發射機要承受更高的峰值功率，對于接插件的選用和內部打火距離要有足夠的冗余量，否則很有可能造成高頻拉弧。因此要將現有模擬電視發射機改造為數字電視發射機的話要降功率使用。

表1 國標不嚴格模板的轉折點

表2 國標嚴格模板的轉折點

表3 多媒體發射機模板轉折點

3.2 輸出濾波器實例

3.2.1 四腔帶通并帶有2個陷波腔或組合式陷波濾波組合

某合放式電視發射機的輸出濾波器，具有超強的帶外抑制功能，在UHF和VHF（H）采用四腔帶通并帶有兩個陷波腔，還可以按需附加組合式陷波腔；在VHF（L）采用由14個同軸腔構成的陷波濾波組合，均可在數字化升級時直接用于數模鄰頻同播。其技術指標如表4、表5所示。

表4 帶通濾波器

表5 陷波濾波器

3.2.2 六同軸諧振腔式的數字帶通濾波器

某1 kW數字電視發射機配置六同軸諧振腔式的數字帶通濾波器，用于濾除數字電視發射頻道外的雜波，具有足夠的功率容量、較低的插入損耗和理想的幅頻特性。

3.2.3 六腔交叉耦合帶通濾波器

某模擬電視發射機配六腔交叉耦合帶通濾波器，在數字化改造時不用更換濾波器；同時該濾波器可以為模擬電視發射機提供更加優越的帶外分量指標，鄰頻道無用發射分量可以達到-46 dBc、鄰頻道外可以達到-70 dBc以上，20 kW發射機鄰頻道外無用分量低至2 mW。

4 電視發射機數字化改造中對輸出濾波器的處理

由于數字電視發射機和模擬電視發射機對輸出濾波器的要求不同，因此在對模擬電視發射機進行數字化改造時必須對原輸出濾波器進行相應的處理。

4.1 對原有的輸出濾波器進行更換

對于大多數的模擬電視發射機而言，其輸出濾波器的設計僅僅是考慮到滿足模擬電視射頻信號的要求，而并未為以后的數字化改造留下余地，這些濾波器由于結構上的限制，無法通過調整來滿足數字電視發射機的要求。因此只能將其淘汰，用全新的符合要求的輸出濾波器來代替。

4.2 對原有的輸出濾波器進行調整

對于一部分模擬電視發射機，特別是較晚出現的模擬電視發射機，廠家在設計時考慮到日后數字化升級的需要，因此在設計輸出濾波器時特別將數字電視發射機的要求考慮在內。如果模擬電視發射機的輸出濾波器也采用帶通濾波器，那就有可能直接用于數字電視發射機。

對于這種情況，在進行數字化時，只需要對原輸出濾波器進行相應的調整就可達到數字電視發射機的要求。

4.3 為滿足數字發射機要求對輸出濾波器采取的措施

1）冷卻裝置

大功率數字電視發射機的輸出濾波器由于吸收的功率大，溫升大，為滿足正常的工作要求，可以采取冷卻措施，一般有水冷和風冷方式。

2）采用帶通濾波器與低通濾波器相結合的方式

如果單純的帶通濾波器達不到要求，可附加一個低通濾波器，如糖葫蘆式低通濾波器。

5 小結

當今頻率資源越來越緊張，發射機的頻道安排越來越密集，高的無用分量指標可以減少一些互相干擾。數字電視信號與模擬電視信號具有不同的頻譜特性，對輸出濾波器的要求更高，良好的輸出濾波器不僅可以降低誤碼率，還可以減少對鄰頻道及其他頻道的干擾。通過對現有模擬發射機的輸出濾波器進行改造或更換，可以滿足數字電視地面廣播的需要。

[1]劉軍.全固態電視發射機射頻通道的數字化改造[J].電視技術，2004，28（2）：79-78.

[2]GB/20600—2006，數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制[S].2006.

[3]湯旭光.對數字電視發射機輸出濾波器的討論[EB/OL].[2012-04-27].http://info.broadcast.hc360.com.