自適應調節最佳合成效率發射機

（廣西廣播電視技術中心）

一、前言

現有廣播電視大功率發射機為了穩定、可靠的工作，大多數采用固態化、模塊化、多冗余的方式，整機采用無瓶頸設計，沒有中間級放大器，所有功放模塊采用小信號輸入放大到滿功率輸出到合成器，通過功率合成后直接送至天饋系統發射出去。當某個功放模塊出現問題時，維護人員一般都是直接更換整個功放模塊，確保安全播出，之后再維修有故障的功放模塊。但每個功放模塊在生產調試過程中其增益的大小和相位都是有區別的，這就會造成每個功放輸出到功率合成器的功率大小和相位的不一致性，從而影響整機的合成效率，嚴重時會出現整機功率降低、功率合成器不平衡吸收負載發熱甚至燒壞等現象，以致影響安全播出。以往整機生產和維護更換功放模塊后，必須采用專用儀器且在專業人員的調試下才能保障機器安全可靠的工作。本文針對存在的問題給出了有效的解決方案，傻瓜式的一鍵操作就可以完成整套復雜程序，降低了對生產調試和維護人員的專業要求，減少成本，提高勞動力。以下以自適應調節最佳合成效率的300W數字電視發射機為例進行說明。

圖1 DTMB發射機原理圖

二、整機原理框圖（如圖1）

1.發射機由DTMB調制器、輸入切換及分配模塊、4路功放模塊、主控模塊、功率合成及檢測模塊、顯示及按鍵模塊和電源模塊等組成。

2.功放模塊中包含可控調相器和射頻數字衰減器，在選擇射頻數字衰減器時，選擇控制精度高并且相移變化小的器件，功放的原理框圖如圖2。

圖2 GDWA100C型功放模塊示意圖（100W）

3.相位調節大于90°，一般有數控調相器，控制步進要求小于5°。這種調相器比較貴，但調整相位時，功放模塊的增益變化幾乎可以忽略不計；LC電路組成的調相器優點是成本低，但是調節相位時，功放模塊的增益也變化比較大，為了滿足調節相位時功放模塊的輸出功率保持不變的要求，必須配合射頻衰減器一起使用以保持功率輸出在一個相對穩定值內。LC調相器的電路如圖3。

圖3 LC調相器的電路

4.功率合成及檢測模塊包括輸入功率和輸出功率檢測，檢測精度高達±2%，各個輸入、輸出口的隔離和駐波較好，原理框圖如圖4。

圖4 功率合成及檢測模塊示意圖

三、自適應調節最佳合成效率的原理

當安裝完成硬軟件后，打開發射機電源進入發射機運行界面，我們可以找到調試設置項中有“自適應調試”選項，點擊確認后可以自動完成發射機的自適應調節最佳合成效率的過程，主控程序的控制調節過程如下：

1.進入調試模式后，主控模塊控制發射機的4個功放模塊，首先開啟1號功放模塊，其余的3個功放模塊都處于關柵壓狀態并將射頻可調衰減器調到衰減最大，即是切斷其余3個功放模塊的射頻通路使其無功率輸出。

2.調節1號功放模塊的調相器和射頻數字衰減器都處于可調范圍的中間位置。

3.開啟2號功放模塊，調節功率輸出和1號功放模塊的輸出功率一致。

4.調節控制2號功放模塊的調相器使其相移增加，每增加一位就要比較功率合成器的2號功放模塊輸入端的功率檢測數據是否變化，如果變化了，就要調節2號功放的數字衰減器使其輸出功率一直與1號功放模塊的輸出功率一致。然后比較合成器的輸出功率檢測是否比調節相移前有增加；如果有增加，那么繼續調節相移增加；如果合成器的輸出功率減小了，就調節相移減小。總之，把合成器的輸出功率調整到最大值；那么，就可以認為這兩路射頻通道的合成效率達到最佳。

5.開啟3號功放模塊，按第4點的操作步驟調節，使3號功放模塊與1、2號功放模塊的輸出功率和相位一致，以達到這三路功放合成效率最佳。

6.開啟4號功放模塊，重復第4點的操作步驟調節，使4號功放模塊與1、2、3號功放模塊的輸出功率和相位一致，以達到這四路功放合成效率最佳。

7.整機自適應最佳合成效率調節完畢，保存設置，調節輸入切換及分配模塊的射頻衰減器使整機功率達到發射機的額定發射功率。

8.整機具備斷電后來電記憶功能，每次開機后都會恢復到上次關機前的狀態，只有當調試或維護人員覺得發射機運行狀態變差，需要調整時，人為的點擊“自適應調試”選項才會進行參數調整操作。

四、自適應調節最佳合成效率發射機的應用前景

目前發射機廠家生產的大功率發射機大多數都是定頻的，特別是DTMB發射機更是如此，很少部分廠家生產全頻帶（U波段）發射機，部分廠家推出的寬帶發射機也只是幾個頻點的帶寬，帶寬約幾十兆赫茲，其主要原因就是分配器、合成器和功放等在制作過程中的一致性不夠造成的，主要表現是在某個頻點調試到最佳狀態后，如果換到另外的頻點后，其工作的狀態就會出現很大的差別，這時需要調整各個射頻通路的增益和相位，如果沒有一定的專業水平和經驗是無法做到的，通常需要專業人員拆開機器通過儀表測試，逐步調整各路功放模塊的增益和相位等，以達到各個射頻鏈路的一致性，才能保證發射機的最佳運行狀態。當發射機的功率合成器采用威爾金森合成器時，其相位的一致性還比較高；而采用3dB電橋合成或不等分耦合方式合成時，對不同的頻率其相位差是不同的，調整的時候更加復雜。

自適應調節最佳合成效率發射機很好的解決了以上問題，為生產大功率寬帶發射機奠定了基礎。同時，在廣播電視發射N+1系統中，備機經常需要變化不同的頻率進行播出，自適應調節最佳合成效率發射機可以保存多個不同頻率的工作狀態，適應作為N+1備份的要求，且配置簡單，切換速度快，為安全播出做出巨大貢獻。自適應調節最佳合成效率發射機，各個模塊可以一致性生產，安裝調試簡單、快捷，大大減輕調試人員的勞動強度，解放生產力。

五、總結

自適應調節最佳合成效率發射機不管是單頻點還是寬帶的都是值得推廣和應用的。它彌補了現有寬帶發射機變換不同頻率后工作狀態都會有不同程度的變化的缺陷，使得發射機不管怎么更換頻率都能夠在最佳的工作狀態運行，提高了發射機的工作效率、穩定性和可靠性。同時，在發射機功放模塊出現問題需要更換時，只需把功放模塊更換好，通電，點擊“自適應調試”選項，等待調試完成后就可以使得發射機工作于最佳的工作狀態，而不需要專業的高級調試工程師進行調試，極大的降低維護人員的資質要求，只需一個會擰螺釘、接線的普通電工就能夠維護，降低維護成本。特別是無人值守的鄉鎮級臺站，臺站內沒有配備專業儀器調試設備，以往功放模塊出現問題后，只能拆開進行元器件級的維護，對維護人員要求極高，而且在臺站艱苦的條件下，沒有專業儀器，維護的發射機不能工作在最佳工作狀態，只是勉強能用。因此，自適應調節最佳合成效率發射機具有較高的應用和推廣價值。