地面數字電視三工器的原理分析與維護

（廣西廣播電視技術中心桂林分中心）

一、引言

隨著地面數字廣播電視技術的發展及普及，地面數字電視三工器在無線廣播電視領域得到了日益廣泛的應用。地面數字電視三工器可以將三個不同頻道的發射機射頻信號轉化為組合信號，并通過一副寬頻天饋系統發射出去，節約了資源和成本。在技術方面，數字電視三工器具有良好的電氣性能，它本身就具有濾波隔離作用，不同頻道信號之間互不干擾，大大減小了使用多副天線近距離產生的串擾，且后期的調試維護成本低，因此其應用范圍很廣。

二、地面數字電視三工器的結構和工作原理

縣級臺站地面數字電視使用的是全橋三工器，如圖1所示，它由六個3dB定向耦合器、六個帶通濾波器、三個吸收負載及饋管連接而成，每兩個3dB定向耦合器和兩個帶通濾波器組成一個橋式雙工器，依次經過級聯合成數字電視三工器。

（一）3dB定向耦合器的原理

3dB定向耦合器是一個四端口器件，它由兩根長度為λ/4 (或奇數倍λ/4)的帶狀傳輸線構成，兩根帶狀線互相耦合，且有一個公共外導體。其原理是利用兩根帶狀線的信號傳輸與耦合實現不同端口的信號分配與合成。

如圖1所示，以3dB定向耦合器（3dB1）為例，A1-D1和B1-C1分別表示兩根互相耦合的帶狀傳輸線。假設A1端為信號輸入端，當從A1端輸入功率為f1的信號時，則直通端D1輸出功率為f1/2，相位滯后A1端90°的直通信號；耦合端B1輸出功率為f1/2，相位與A1端相同的耦合信號；C1端是隔離端，電流為零，無功率輸出。

同樣，當信號從B1端輸入時，即把B1端作為輸入端，則C1端為直通端，A1端為耦合端，D1端為隔離端。

假設A1、C1端同時送入同頻等幅、功率為f1的信號，且C1端信號滯后A1端90°，B1和D1端信號輸出情況如下：

圖1 地面數字電視三工器原理圖

B1端:C1端輸入的信號在B1端直通輸出，相位又延遲90°，與A1端耦合過來的信號相位相差180°，兩輸出信號反相疊加，輸出功率為零。

D1端:A1端輸入的信號在D1端直通輸出，相位延遲90°。C1端輸入的信號在D1端耦合輸出，相位不變。兩輸出信號在D1端同相疊加，輸出功率為2f1。

由上分析可知，3dB定向耦合器既可實現功率的分配，又可實現功率的合成。

（二）帶通濾波器的原理

帶通濾波器是一個允許特定頻段的信號通過同時屏蔽其它頻段信號的設備。它由RC元件或RLC元件構成，一般由低通濾波器和高通濾波器組合而成，如圖2所示。帶通濾波器的上限截止頻率是低通濾波器的上限截止頻率，帶通濾波器的下限截止頻率是高通濾波器的下限截止頻率，即它可以濾掉低端頻率，又可以濾掉高端頻率，只讓指定頻率通過。

（三）橋式雙工器的原理

如圖1所示，以中間的橋式雙工器單元為例，它由兩個3dB定向耦合器（3dB3、3dB4）、兩個帶通濾波器（BPF3、BPF4）、吸收負載以及同軸饋管構成。其工作原理是：

射頻信號f2從定向耦合器3dB3的A3端輸入，分別在B3和D3端輸出半功率信號，其中B3端相位與A3端相同，D3端相位滯后A3端90°，兩路信號分別通過帶通濾波器（BPF3、BPF4）輸出到定向耦合器3dB4的B4和D4端，由于A4端相位與B4端相同，滯后D4端90°，兩路信號在A4端正好反相位抵消，所以f2 信號在A4端沒有輸出。而C4端相位與D4端相同、滯后B4端90°，兩路信號在C4端正好同相位合成，輸出滯后90°的信號f2。

射頻信號f1從定向耦合器3dB4的A4端輸入，分別在B4端和D4端輸出相位相差90°的半功率信號，被帶通濾波器（BPF3、BPF4）全反射回到定向耦合器3dB4，由于相位的原因，在C4端兩路信號又重新合成，輸出滯后90°的信號f1。最終，兩射頻信號f1和f2在C4端合成輸出（f1+f2）信號。

實際上，兩個帶通濾波器并不能完全反射f1信號，會有一小部分信號泄漏到定向耦合器3dB3的B3和D3端，通常在C3端加入50Ω吸收負載進行吸收，防止泄露信號傳到A3端對f2進行串擾。

（四）地面數字電視三工器的信號合成原理

如圖1所示，WB為寬帶口，f1、f2、f3分別為470～870MHz頻率范圍內任意三個不相同的地面數字電視頻道接口。其工作原理如下：

f1信號通過定向耦合器3dB1和帶通濾波器（BPF1、BPF1）后，經3dB2在 C2端輸出f1信號，再輸出到3dB4的寬帶口A4端；

f2信號通過定向耦合器3dB3和帶通濾波器（BPF3、BPF4）后，經3dB4與A4端的f1合成，在C4端輸出（f1+f2）信號，再輸出到3dB6的寬帶口A6端；

f3信號通過定向耦合器3dB5和帶通濾波器（BPF5、BPF6）后，經3dB6與A6端的（f1+f2）合成，在 C6端輸出（f1+f2+f3）信號，最后經饋線送到天線發射。

三、地面數字電視三工器的維護

地面數字電視三工器是無源設備，它承受的功率要大于發射機的功率，在安裝調整好后，一般無需再進行調整。同時，它本身不產生功率和信號，相對于發射機等有源設備，數字電視三工器出現故障的概率要低得多。但由于長時間使用或其它原因，會不可避免的出現一些故障。下文對這些故障作了具體分析，并對數字電視三工器的日常維護提出了一些建議。

（一）地面數字電視三工器的故障分析

故障一:三工器發燙。如果三工器溫度過高，甚至局部顏色發生變化，或產生異味，原因可能是:三工器接頭、彎頭接觸不良引起打火；插芯松動或燒壞；三工器進水；輸入、輸出端口積灰嚴重。

故障二:吸收負載燒壞。原因可能是:天饋系統失衡或多工器本身工作不穩定，引起三工器的隔離端輸出較大功率，燒壞吸收負載。

（二）地面數字電視三工器日常維護事項

1.防水。機房樓頂要做好防水，室外饋線滴水彎要確保起作用，防止雨水沿著饋線進入三工器引起短路、打火。

2.防塵。保證機房清潔干凈，防止灰塵進入多工器的輸入、輸出端口和饋管彎頭，以防三工器工作性能下降。

3.防物理損壞。避免撞擊、磕碰、踩踏，以免三工器的諧振頻率等參數發生變化，影響三工器的指標性能。

4.定期檢查三工器表面以及各接頭、彎頭的溫度是否過高，有無異味、異響。檢查輸入、輸出饋線以及饋管彎頭連接是否穩固。

5.定期測量吸收負載的阻值，以及三工器輸入、輸出端口的駐波比等參數，確保三工器各項指標在合格范圍內。

四、結束語

地面數字電視三工器是地面數字電視發射系統的一個重要組成部分，它的維護較為簡單，要確保三工器工作的外部環境溫度正常以及通風性能良好，要定期對三工器進行維護及性能測試，確保三工器的穩定運行。當地面數字電視三工器工作指標變差時，要及時發現和解決故障，把故障處理在萌芽中，消除隱患，確保地面數字電視信號的正常傳輸。