黑龍江人民廣播電臺(tái)八一一臺(tái) 許正磊

簡(jiǎn)述數(shù)字電視發(fā)射機(jī)技術(shù)

黑龍江人民廣播電臺(tái)八一一臺(tái) 許正磊

到2020年，全國(guó)地面數(shù)字電視廣播覆蓋網(wǎng)基本建成，地面數(shù)字電視廣播綜合覆蓋率基本達(dá)到現(xiàn)有模擬電視覆蓋水平，地面數(shù)字電視接收基本普及，更多的中央、本省、本地農(nóng)業(yè)科教類電視節(jié)目進(jìn)入地面數(shù)字電視頻道，通過高清、標(biāo)清方式為廣大人民群眾提供多套高質(zhì)量的節(jié)目，公共服務(wù)水平得到較大的提升。地面模擬電視信號(hào)停止播出，地面電視實(shí)現(xiàn)由模擬到數(shù)字的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型。因此，數(shù)字電視發(fā)射技術(shù)的掌握和學(xué)習(xí)尤為重要，下面簡(jiǎn)述數(shù)字電視發(fā)射機(jī)技術(shù)的構(gòu)成。

一、數(shù)字電視發(fā)射機(jī)主要特點(diǎn)

1. 高可靠性，備份冗余設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)零停播率。

下面以GME11D13數(shù)字電視發(fā)射機(jī)為例，由8個(gè)功放模塊合成，單個(gè)功放模塊輸出平均功率200W，各功放互為備份，可以任意替換，整機(jī)功率余量大。5個(gè)開關(guān)電源并聯(lián)均流供電，互為備份，由微機(jī)監(jiān)控電源的工作狀態(tài)，使得開關(guān)電源的兩種工作狀態(tài)可以自由的切換，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)和手動(dòng)控制系統(tǒng)之間自由切換。

2. 智能化和網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字發(fā)射機(jī)管理和監(jiān)控

數(shù)字發(fā)射機(jī)帶有PC接口，實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字發(fā)射機(jī)管理和監(jiān)控。配備完整的技術(shù)數(shù)據(jù)檢測(cè)、監(jiān)控系統(tǒng)和功能完善的計(jì)算機(jī)控制軟件，同時(shí)數(shù)字發(fā)射機(jī)具有自我診斷功能。數(shù)字發(fā)射機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)可以通過面板的液晶顯示屏讀取。通過PC接口可用微機(jī)來調(diào)試整機(jī)的主要指標(biāo)。

3. 完善的保護(hù)措施，減少設(shè)備在特殊環(huán)境下的損壞。

數(shù)字發(fā)射機(jī)的開關(guān)電源設(shè)有過壓、過流、欠壓、過溫、短路、防雷擊等保護(hù)措施，同時(shí)數(shù)字發(fā)射機(jī)設(shè)有駐波比過大、過熱、過激勵(lì)、缺相保護(hù)及防雷措施。

4. 獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，調(diào)試，維護(hù)，運(yùn)輸方便

數(shù)字發(fā)射機(jī)通過計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)現(xiàn)已形成模塊化設(shè)計(jì)。其中的熱插拔設(shè)計(jì)：功放模塊及開關(guān)電源之間熱插拔，使得調(diào)試維護(hù)方便，提高可靠性。模塊化的積木式組合結(jié)構(gòu)使得各功能單元界限分明，便于長(zhǎng)期維護(hù)和升級(jí)。

5. 所有電源均為質(zhì)量可靠、穩(wěn)壓性能高的開關(guān)電源

數(shù)字發(fā)射機(jī)的個(gè)單元供電均采用效率高、穩(wěn)壓范圍寬泛，適應(yīng)外電變化能力強(qiáng)的開關(guān)電源。

6. 可兼容國(guó)際上多種制式

數(shù)字發(fā)射機(jī)可具有ADTB-T,DMT-T等制式，可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)發(fā)射機(jī)發(fā)射兼容兩種制式或數(shù)字和模擬共機(jī)發(fā)射。

二、數(shù)字電視發(fā)射機(jī)主要部件技術(shù)簡(jiǎn)介

全固態(tài)數(shù)字電視發(fā)射機(jī)主要由以下六個(gè)部分組成：1.編碼器/激勵(lì)器；2.功率放大器；3.無源部件（包括分配器、合成器、帶通濾波器等）；4.電控單元；5.風(fēng)冷系統(tǒng)；6.發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。以下側(cè)重的講幾個(gè)方面：

編碼器/激勵(lì)器：

（1）信號(hào)編碼器主要起兩個(gè)作用：一是實(shí)現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，把信號(hào)源發(fā)出的連續(xù)信號(hào)變換為數(shù)字序列；二是降低信號(hào)的數(shù)碼率如脈碼調(diào)制、聲碼器，信號(hào)的數(shù)據(jù)率壓縮都屬于信源編碼。信源譯碼器是信源編碼器的逆過程。信道編碼器的作用是提高通信的可靠性。通常信道匯遭受到各種噪聲干擾，這些噪聲均可導(dǎo)致接收信號(hào)的錯(cuò)誤。采用糾錯(cuò)編碼（又叫信道編碼）在發(fā)送端按一定的規(guī)則加入多余的碼元，使接收端能發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼或糾正信道譯碼的作用和信道編碼的相反。譯碼器的功能主要是將原始信息轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)臄?shù)字序列（通常是二進(jìn)制序列）。譯碼器的功能與解碼器相反，將數(shù)字序列還原成消息。

數(shù)字電視發(fā)射機(jī)編碼器采用的是ADTB-T或DMB-T的標(biāo)準(zhǔn)。ADTB-T的標(biāo)準(zhǔn)，激勵(lì)器具有預(yù)失真矯正，SFN等功能，中頻輸出。激勵(lì)器完成上變頻、功率推動(dòng)及部分整機(jī)控制功能。

DMB-T的標(biāo)準(zhǔn)，激勵(lì)器采用基帶預(yù)失真技術(shù)，用以抵消發(fā)射機(jī)功率放大器帶來的非線性失真，提高功放的利用效率；同時(shí)還可以校正末級(jí)帶通濾波器或多工器的幅度和群時(shí)延頻響，提高發(fā)射系統(tǒng)的MER。激勵(lì)器提供RS232遙控接口，具有完善的報(bào)警和自動(dòng)保護(hù)功能。

（2）功率放大器：1.3KW數(shù)字電視發(fā)射機(jī)末級(jí)功率放大器由8個(gè)200W功放單元組成，采用先進(jìn)技術(shù)的功率合成方式，最大輸出功率可達(dá)到1.3KW rms以上。一致性非常好，可以任意互換。

GME UHF200W功放模塊所用功放管，均采用進(jìn)口大功率LDMOS場(chǎng)效應(yīng)管，線性好、功率余量大。為防止對(duì)其余頻道的干擾，在輸出端加有濾波器，對(duì)帶外諧波進(jìn)行抑制，確保帶外非所需發(fā)射小。

UHF 200W數(shù)字功放模塊組成

分米波數(shù)字電視發(fā)射機(jī)末級(jí)功放，采用統(tǒng)一的GME UHF 200W功放模塊。GME UHF200W為高增益功放模塊，用于同一臺(tái)發(fā)射機(jī)的每一個(gè)功放模塊的GME UHF220W功放模塊組成。

UHF 200W功放模塊共有三級(jí)組成，二個(gè)推動(dòng)級(jí)和一個(gè)末級(jí)。第一級(jí)推動(dòng)功放。

第一級(jí)推動(dòng)功放工作在A類，工作電壓32V，采用2個(gè)LDMOS功率放大器和90o正交電橋構(gòu)成平衡放大器，實(shí)現(xiàn)模塊輸入端的良好匹配。

第二級(jí)推動(dòng)功放：第二級(jí)推動(dòng)功放工作在AB類，工作電壓32V。它處于兩個(gè)平衡放大器之間，可以有良好的隔離。末級(jí)功放：末級(jí)功放工作在AB類，工作電壓32V。為了達(dá)到所需功率和非線性失真要求，該級(jí)采用了4個(gè)LDMOS（MRF377H）功放管合成。

功放模塊具有過激勵(lì)、過載和過熱保護(hù)等功能。

（3）開關(guān)電源簡(jiǎn)介

供電及控制顯示部分完成整機(jī)控制、交流供電控制等功能。發(fā)射機(jī)正常工作的所有工作狀態(tài)均由主控單元顯示。主控單元由功率測(cè)量板、單片機(jī)、數(shù)碼表等組成。發(fā)射機(jī)所有的工作狀態(tài)都通過單片機(jī)由主控單元顯示。發(fā)射功率和反射功率通過數(shù)碼表在面板上同步顯示。

采用AC380V三相平衡式輸入，無中線電流，保證各相輸入功率相同。

功率變換部分采用最先進(jìn)的ZVS-ZCS-PWM軟開關(guān)諧振技術(shù)，功率開關(guān)管具有零電壓、零電流開通關(guān)斷特性。相對(duì)傳統(tǒng)的硬開關(guān)功率管而言，極大降低了開關(guān)管的電應(yīng)力，大大提高了開關(guān)電源工作的可靠性和轉(zhuǎn)換效率。

數(shù)字化輸出電流/電壓顯示及其它機(jī)內(nèi)狀態(tài)指示,讓您盡覽電源的工作狀況。特別是數(shù)字式輸出電流指示,能直接反映您功放管的電流大小及正常與否。完善的保護(hù)功能。電源具有AC380V輸入欠壓保護(hù)、直流輸出過壓保護(hù)、散熱器過溫保護(hù)、輸出過流保護(hù)和輸出短路保護(hù)、防雷擊保護(hù)等。

先進(jìn)的高精度民主均流技術(shù)。使每臺(tái)電源都能動(dòng)態(tài)跟蹤實(shí)時(shí)處理其輸出電流的大小, 使多臺(tái)電源間的輸出電流大小一致, 這樣若干臺(tái)本電源并聯(lián)即可組成大容量的電源系統(tǒng)。 N+1多機(jī)并聯(lián)均流工作, 即使任一電源出現(xiàn)故障都不影響系統(tǒng)工作, 方便了用戶, 極大地提高了系統(tǒng)的可靠性。

具有監(jiān)控功能。每臺(tái)電源內(nèi)均有RS485通訊接口，能將電源電流大小及告警信息及時(shí)上報(bào)。采用模塊化熱插拔設(shè)計(jì)。保證了系統(tǒng)在正常工作情況下，對(duì)電源進(jìn)行插拔更換維修。轉(zhuǎn)換效率高。由于采用軟開關(guān)諧振技術(shù)，轉(zhuǎn)換效率高于92%，比硬開關(guān)高5%左右。

（4）無源部件

功率分配、功率合成：

在電視發(fā)射機(jī)中，功率分配與功率合成技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。在某些場(chǎng)合需要將一路高頻信號(hào)的功率，通過分配網(wǎng)絡(luò)均勻地互不影響地分配給多路負(fù)載，基本要求是：輸出功率按一定的比例分配，各輸出端之間要相互隔離，輸入輸出端必須匹配；同時(shí)為了獲得更大功率，通過合成網(wǎng)絡(luò)將各放大器輸出功率相加。功分與功合往往采用互易網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。

四分配器、合成器主要技術(shù)指標(biāo)：

插入損耗： 0.3dB（微帶形式Max）

0.15db(懸?guī)问組ax)

幅度的不平衡度： ≤0.15db

相位的不平衡度： ≤4°

隔離度： 26dB

入口反射損耗（或駐波比）： ＞26dB （＜1.1）

其他口反射損耗（或駐波比）： ＞23dB （＜1.1）

分配器最大輸入功率(峰值)： 1W

工作溫度： -5℃ ～ 45℃

(5)具有遙測(cè)遙控及遙信系統(tǒng)發(fā)射機(jī)主要特點(diǎn)：

增加了PC機(jī)監(jiān)控及遙控遙測(cè)功能

三、發(fā)射機(jī)可靠性設(shè)計(jì)

1.概述

對(duì)大功率廣播電視發(fā)射機(jī)產(chǎn)品而言，可靠性是最關(guān)鍵的指標(biāo)，同時(shí)也是最困難的設(shè)計(jì)指標(biāo)。功率越大，所用元器件越多，客觀上整體可靠性變差；但由于其重要性提高，相應(yīng)的可靠性要求又提高，所以整機(jī)系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)變得非常重要。

2.發(fā)射機(jī)“零停播率”設(shè)計(jì)

發(fā)射機(jī)的零停播率設(shè)計(jì)包括發(fā)射機(jī)的主要部件的冗余設(shè)計(jì)(零停播設(shè)計(jì))和快速維護(hù)設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)零停播率這個(gè)目標(biāo)，吉兆公司在大功率發(fā)射機(jī)的可靠性設(shè)計(jì)方面采取了多方面的措施：

（1）發(fā)射機(jī)主要部件的冗余設(shè)計(jì)

（2）整機(jī)控制系統(tǒng)的備份冗余設(shè)計(jì)

（3）發(fā)射機(jī)的可快速維護(hù)設(shè)計(jì)

3.可靠性預(yù)計(jì)

參照國(guó)標(biāo)、軍標(biāo)進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)

模塊的可靠性預(yù)計(jì)參照GJB/Z299B-98軍標(biāo)，采用了元器件應(yīng)力分析可靠性預(yù)計(jì)法和元器件計(jì)數(shù)可靠性預(yù)計(jì)法。每個(gè)模塊分別進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，然后再將各模塊作為基本可靠性預(yù)計(jì)單元，建立系統(tǒng)可靠性模型。

發(fā)射機(jī)中功放模塊和電源模塊內(nèi)元器件的工作環(huán)境最為苛刻，所以在可靠性設(shè)計(jì)中采用了降額設(shè)計(jì)、容差設(shè)計(jì)、故障診斷設(shè)計(jì)等措施。

電源部分采用冗余系統(tǒng)，使壽命大大提高。

四、結(jié)束語

在發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，通過嚴(yán)格的可靠性設(shè)計(jì)，大大提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

由于采用了模塊化和熱插拔結(jié)構(gòu)，加之微機(jī)自動(dòng)調(diào)整，所以平均修復(fù)時(shí)間大大降低（主要取決于到現(xiàn)場(chǎng)的時(shí)間），MTTR約為24小時(shí)左右。如果不計(jì)算維修人員旅途的時(shí)間，現(xiàn)場(chǎng)平均修復(fù)時(shí)間為5分鐘，即為功能模塊更換時(shí)間。

如果考慮到整機(jī)自動(dòng)備份設(shè)計(jì)，即主備激勵(lì)器自動(dòng)備份、開關(guān)電源和功放模塊的熱備份設(shè)計(jì)，平均修復(fù)時(shí)間將更低。建議在用戶方配備一套功放、電源模塊和風(fēng)機(jī)備件，修復(fù)時(shí)間將大大縮短，實(shí)現(xiàn)零停播率將更有保障。