关于电视发射机模数过渡中功率放大器的讨论

马 波

（山东广播电视台，山东 济南 250014）

1 功率放大器简介

电视发射机由模拟向数字转换是一个大趋势，在过渡过程中，模拟发射方式和数字发射方式将会在一个较长的时期内并存。由模拟发射方式向数字发射方式的转换有两种方式：一种方式是直接将模拟电视发射机淘汰，代之以数字电视地面广播发射机；另一种方式是将现有的模拟电视发射机进行升级改造，使之满足数字电视地面广播信号发射的要求。前种方式施工简单，但投资较大；后种方式实现起来较麻烦，但是可以节约成本。在电视发射机由模拟向数字转换的过渡过程中，这两种方式因其各有利弊都会得到应用。

无论是在模拟电视发射机中还是在数字电视地面广播发射机中，功率放大器都是重要的组成部分。它的指标好坏是决定发射机性能优劣的重要因素，而且其成本也是整部发射机中最高的部分。虽然模拟电视发射机与数字电视地面广播发射机的功率放大器并无本质上的区别，但是由于数字电视地面广播射频信号与模拟电视射频信号相比有许多不同之处，因而对功率放大器提出了不同的要求。

2 数字电视地面广播发射机对功率放大器的要求

数字电视地面广播发射机对功率放大器的基本要求是要有较高的功率冗余量、较高的线性指标、较宽的动态范围，以保证被传输信号具有尽可能低的误码率、高信杂比以及尽可能少的带外辐射。

2.1 足够高的功率冗余量

数字电视地面广播发射机的额定输出功率按平均功率计算，而模拟电视发射机的额定功率一般是指同步顶功率。数字电视地面广播的射频信号有很高的峰均比，因此数字电视地面广播发射机要承受的峰值功率比平均功率大得多。数字电视地面广播发射机的末级功放多在平均功率比峰值功率低得多的情况下工作。一般来说，一台模拟电视发射机改造为数字电视地面广播发射机，其额定输出功率比原同步顶功率降低6～7 dB。

2.2 高线性

由于数字电视地面广播射频信号频率成分比模拟电视射频信号频率成分更加复杂[1]，再者地面信道的复杂性造成的多径传输容易产生“回声”，这些复杂的频率成分和“回声”经过非线性放大传输通道后就会产生大量的新生频率成分，落在带内会造成有用信号产生畸变，形成码间干扰，误码率增大；落在带外则会对相邻频道产生干扰，影响邻频道的正常工作。所以要求发射机具有良好的线性指标以保证有较低的误码率和邻频道干扰，从而满足数字电视地面广播发射的要求。放大器线性指标的优劣是影响发射机信号通道线性指标的关键因素。其线性指标差会产生互调分量，而互调分量的大小与接收误码率BER之间存在着内在的对应关系，三阶互调（IMD）指标对信号可靠接收影响较大，应给予特别重视。此外，对源数据进行伪随机编码会产生瞬间过冲，经非线性通道后产生的三阶互调分量会干扰对相邻频道。数字电视地面广播发射与模拟电视无线发射相比，会因为放大器的非线性而产生更明显的三阶互调分量。综上所述，数字电视地面广播发射机对功放线性有更严格的要求。

2.3 宽动态范围

数字电视地面广播中无论采用单载波调制，还是采用多载波调制，其共同之处是编码后的数字信号具有很高的峰均比。不同的编码、调制方式和具体参数的选择其峰均比也不相同，最高可达13 dB以上。要使放大器对于峰值电平也具有良好的线性，就必须要求发射机功率放大器有足够宽的线性动态范围。

3 为适应数字电视地面广播信号发射采取的与功率放大器相关的措施

3.1 线性化措施

所谓线性化措施就是为了克服发射机的末级功放因工作于AB类状态而线性较差非线性失真大的缺陷而采取的一些改善措施。这些措施一般包括以下三个方面的途径：

1）采取功放的线性化技术，力求提高功放本身的线性放大能力，这是从功放本身的性能着手的；2）采用降低峰均比算法使数字电视地面广播发射信号的峰均比降低，通过这种技术可使数字电视地面广播射频信号峰均比降低2～3 dB，这是从改变功放所承受的信号特性着手的；3）采用非线性预校正技术[2]，对功放所要放大的信号先进行与功放线性曲线特性相反的预处理，从而抵消功放的非线性影响，这是综合功放所处理的信号及功放本身的特点而采取的措施。

功放的非线性预校正根据处理的信号频率高低不同分为基带校正和中频校正。根据处理的精细程度不同又分为简单折线法、多段折线法以及数字自适应技术。其中数字基带自适应预失真[3]实现简单、灵活并可以自适应跟踪功放的特性变化。一般来说会同时采用基带校正和中频校正技术来提高校正效果。图1说明了采用校正技术带来的整机性能的提高。

当然如果通过以上措施仍不能达到发射机的线性要求，还要考虑功率回退法，即功率放大器的输出功率要适当下降，这是以牺牲功放的功率效率为代价的。

3.2 功率放大器件的选用

电视发射机的功率放大器件常见的有电子管、速调管、感应输出管、半导体管。

电子管的线性最好，但需要高压才能工作，不利于系统的可靠性。速调管线性最差，基本不适用于数字电视播出。感应输出管结合了电子管与速调管的优势，适用于大功率的数字电视发射机。美国的实验资料显示，对于DTV地面数字信号发射，IOT的效率高于四极管。而半导体管因其工作电压低、方便冗余设计、使用寿命长等优势，得到了越来越广泛的使用。其中横扩散金属氧化物硅场效应管（Lateral Diffused MOS FET，LDMOS）与双极型半导体三极管相比，具有许多先进性能，是数字电视地面广播发射机功率放大器的首选。LDMOS管在性能上比双极型功放管具有许多优点：能承受更高的驻波比（10∶1）；具有更高的增益，典型值为13 dB；具有更好的线性曲线；可承受更大的过驱动功率，适合于数字电视地面广播射频信号的放大；由于是电压控制性器件，输入阻抗高，所以偏置电路简单，不需要复杂的具有正温度系数特性的有源低阻抗偏置电路。LDMOS管的高增益特性可缩小放大模块体积，使发射机设计得更加紧凑。

3.3 功率电平控制

对数字电视地面广播发射机的功率控制方式与模拟电视发射机不同。模拟电视发射机是通过改变功率放大器的激励水平而补偿功放管因温度变化或者某个或某些功放管失效等原因引起的整机功率变化，这种方法称作大环控制。由于模拟电视发射机对功放的线性要求较低，这种方法不会对整机指标产生明显的影响。而对于数字电视地面广播发射机，功率放大器的工作点则要求更加稳定，不能随意改变其激励水平，否则会严重影响整机的线性性能，因此不能采用传统意义上的大环控制，即不能用提高功率放大器的激励水平来补偿某个或某些功放大器损坏导致的整机功率下降。因此在功率控制方式上数字电视地面广播发射机与模拟电视发射机是不同的。由于LDMOS管有很高的温度稳定性，不需要通过自动功率控制回路就可保持稳定的工作状态，因此有些采用LDMOS管的电视发射机干脆采用小环控制的方式，保证激励器有稳定的输出功率，从而确保在任何情况下功率放大器的激励是稳定的。

3.4 散热方式

电视发射机的散热方式主要有风冷和水冷两种方式。数字电视地面广播发射机要求功放系统的工作点更加稳定，因此对散热系统的性能及可靠性提出了更高的要求。由于水冷系统占用体积小、噪声低、运行更加可靠、方便冗余设计，在数字电视地面广播发射机中得到了越来越多的使用。

4 电视发射机模数转换过程的考虑

4.1 发射机功放系统的类型

电视发射机按功放系统采用的器件不同划分，主要有采用双向四极管（DIACRODE）的单电子管发射机、速调管发射机、感应输出管（IOT）发射机、全固态发射机。除速调管发射机因功放线性较差不适合于数字电视发射之外，其他类型的发射机都可改造为数字电视发射机。表1给出了采用几种不同器件的功放的特点。

表1 采用几种不同器件的功放的特点

4.2 电视发射机放大通道的类型

模拟电视发射机的输入信号有视频、音频两路信号，根据对这两路信号的处理方式不同有双通道发射机和单通道发射机之分。数字电视地面广播发射机的输入信号只有一路经过压缩、打包后形成的包含视频、音频及其他数据信息的传输数据流（TS流），只有一个传输通道是单通道发射机。因此单通道模拟电视发射机更适于改造为数字电视地面广播发射机，双通道模拟电视发射机要改造为数字电视地面广播发射机必须进行相应的处理才行。当双通道模拟电视发射机采用的图像功放和伴音功放完全相同时，只要将功率分配网络和合成网络加以更换，将所有功放模块都组合到一起，即可变为单通道发射机用于数字电视地面广播发射。当双通道模拟电视发射机采用的图像功放和伴音功放不同时，一般是将伴音通道拆除，只保留图像通道，从而使发射机成为单通道发射机用作数字电视地面广播发射机，这会造成一些资源浪费。鉴于将双通道电视发射机改造为数字电视地面广播发射机时需要比较大的改动，会损失较多的资源，为日后给数字化升级改造留下较多的余地，在投资安装模拟电视发射机时应尽可能选择单通道机型。

4.3 发射机功率放大器的技术含量

采用先进的功放技术生产的功率放大器可根据要求提供各种参数配置，可以充分考虑到模拟运用与数字运用的区别，保证在数字化改造的时候功放不用做任何改变。

4.4 发射机采用的非线性预校正技术

不同的非线性预校正技术效果也不相同。简单的多点折线预校正技术校正量有限，只适用于单电子管发射机。数字自适应预校正技术能够自动跟踪信号，放大通道的参数变化，做出相应的预校正，校正范围大，更适用于全固态电视发射机。

5 结束语

功率放大器作为电视发射机的重要组成部分，在发射机数模改造中要做周密的考虑。在将模拟电视发射机改造为数字地面电视广播发射机时，应根据原模拟电视发射机的实际情况采取合适的方案。对于新的模拟电视发射机，应充分考虑日后升级为数字电视地面广播发射机时的方便性而选取合适的机型。

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[1]陈跃军.数字电视与发射机[J].西部广播电视，2005（8）：3-4.

[2]刘军.全固态电视发射机射频通道的数字化改造[J].电视技术，2004，28（2）：77-79.

[3]马波.数字电视发射机自适应预失真技术[J].山东电子，2003（3）：38-39.