电视发射机数字化中关于输出滤波器的分析

徐法义

（山东广播电视台，山东 济南 250014）

责任编辑:任健男

1 电视发射机数字化简介

1.1 电视发射机数字化转换的两种方式

电视地面广播由模拟向数字转换是一个大趋势，在过渡过程中会在一个较长的时期内同时存在着模拟发射和数字发射。由模拟向数字的转换会有两种方式：一是直接将模拟电视发射机淘汰，更换为全新的数字电视发射机；二是对现有的模拟电视发射机进行升级改造，通过对部分单元进行更换或调整，最大限度地保留可以利用的部分，使之成为一部数字电视发射机。显然，在资金投入上，后一种方式更加节省。要将一部模拟电视发射机改造为数字电视发射机，需要对激励器、控制系统、射频通道等各个部分进行更换或调整，其中电视发射机输出滤波器是一个必须要考虑的方面。

1.2 数字电视发射机与模拟电视发射机中输出滤波器的异同

无论是模拟电视发射机还是数字电视发射机，输出滤波器都是一个重要部件，它的主要作用就是让有用的电视射频信号通过，而抑制掉无用的干扰频率，这是相同点。然而由于模拟电视射频信号与数字电视射频信号频谱分布规律存在很大的不同，对输出滤波器的频率响应特性、功率容量等要求也是不同的，因此将模拟电视发射机改造为数字电视发射机必须要对滤波器进行更换或调整，以满足数字电视发射机对它的要求。

2 电视发射机输出滤波器的类型与技术指标

2.1 电视发射机输出滤波器的类型

根据滤波器的衰减特性可分为低通、高通、带通和带阻滤波器4大类。这4种类型的滤波器在电视发射系统中都有应用，电视发射机输出滤波器常用的有带通滤波器、低通滤波器、带阻滤波器（常用的窄带带阻滤波器又称为陷波器）。

根据滤波器使用的元件不同分为集总参数滤波器和分布参数滤波器。集总参数滤波器主要应用在小功率、低频段的电视发射机中，调整方便、维护简单。而应用最多的是分布参数滤波器。

分布参数滤波器根据其不同实现方式又有微带线、传输线、波导等多种形式。其中微带线滤波器主要用在小功率发射机中。

滤波器根据其所选逼近函数的不同又分为巴特沃夫、切比雪夫、椭圆函数等类型。其中椭圆函数滤波器的特性最为理想。

2.2 电视发射机输出滤波器的技术指标

电视发射机输出滤波器的主要技术指标有：

1）功率容量，是指滤波器能够承受的发射机输出的功率。对于模拟电视发射机来说以其同步顶功率计算，对数字电视发射机则以平均功率计算。

2）输入匹配，是指滤波器输出接标准负载时输入端测量的电压驻波比或反射系数（分贝值）。

3）插入损耗，定义为在中心频率点f0点的插入损耗值。

4）带内不平度，是指在通带范围内幅频响应曲线分贝值与中心频率处相比上下最大变化值。

5）阻带特性，指在截止频率附近幅频特性的变化率。

6）陷波深度，指陷波器在特定频率点上的工作损耗。

3 数字电视发射机对输出滤波器的要求及几个滤波器实例

3.1 数字电视发射机对输出滤波器的要求

模拟电视广播射频信号的主要能量集中在视频载波、伴音载波和色度副载波这些离散频率点及其附近，无用发射也主要集中在这3个频率的线性组合处[1]。然而数字地面电视广播射频信号的频谱特性与模拟电视不同，以中国的标准为例[2]，其成形滤波后基带信号频谱特性如图1所示。射频信号只是基带信号的频谱搬移，其曲线形状不变。

由图1可见，数字地面电视广播其频谱能量在带内是近似连续分布的，在带外的无用发射也必定是近似连续的，而不是集中在几个频率点上。对模拟电视发射中的离散型的无用发射，一般采用多个陷波腔来滤除。在数字电视发射机中，要滤除近似连续的带外无用发射则必须采用带通滤波器。而且，为了抑制其对邻频道的干扰，还必须采用幅频特性最为理想的椭圆函数带通滤波器，以达到一定的ACPR性能。

总体上来说，数字电视发射机输出滤波器应当是一个工作在要求的频带内的带通滤波器[3]，不但要有满足要求的功率容量，尽可能小的插入损耗，符合要求的匹配阻抗（50 Ω），小的驻波比（一般都取VSWR≤1.22），还要满足一定的带宽要求，通带内频率响应曲线应有尽量小的振幅波动（在（f0±3.78）MHz内，不平坦度应该控制在±0.5 dB的范围内）和尽量小的时延，过渡带尽量陡峭，阻带要满足特定的衰减量。按照国家标准，对选择性的要求应符合表1、表2、表3的要求。其中，Δf是相对于f0的值。值得注意的是，数字电视发射机的输出滤波器，其额定功率主要以发射机的平均输出功率为依据来考虑，但是由于数字地面电视射频信号的峰均比比模拟电视射频信号的峰均比大，因此在同样的额定功率下，数字电视发射机比模拟电视发射机要承受更高的峰值功率，对于接插件的选用和内部打火距离要有足够的冗余量，否则很有可能造成高频拉弧。因此要将现有模拟电视发射机改造为数字电视发射机的话要降功率使用。

表1 国标不严格模板的转折点

表2 国标严格模板的转折点

表3 多媒体发射机模板转折点

3.2 输出滤波器实例

3.2.1 四腔带通并带有2个陷波腔或组合式陷波滤波组合

某合放式电视发射机的输出滤波器，具有超强的带外抑制功能，在UHF和VHF（H）采用四腔带通并带有两个陷波腔，还可以按需附加组合式陷波腔；在VHF（L）采用由14个同轴腔构成的陷波滤波组合，均可在数字化升级时直接用于数模邻频同播。其技术指标如表4、表5所示。

表4 带通滤波器

表5 陷波滤波器

3.2.2 六同轴谐振腔式的数字带通滤波器

某1 kW数字电视发射机配置六同轴谐振腔式的数字带通滤波器，用于滤除数字电视发射频道外的杂波，具有足够的功率容量、较低的插入损耗和理想的幅频特性。

3.2.3 六腔交叉耦合带通滤波器

某模拟电视发射机配六腔交叉耦合带通滤波器，在数字化改造时不用更换滤波器；同时该滤波器可以为模拟电视发射机提供更加优越的带外分量指标，邻频道无用发射分量可以达到-46 dBc、邻频道外可以达到-70 dBc以上，20 kW发射机邻频道外无用分量低至2 mW。

4 电视发射机数字化改造中对输出滤波器的处理

由于数字电视发射机和模拟电视发射机对输出滤波器的要求不同，因此在对模拟电视发射机进行数字化改造时必须对原输出滤波器进行相应的处理。

4.1 对原有的输出滤波器进行更换

对于大多数的模拟电视发射机而言，其输出滤波器的设计仅仅是考虑到满足模拟电视射频信号的要求，而并未为以后的数字化改造留下余地，这些滤波器由于结构上的限制，无法通过调整来满足数字电视发射机的要求。因此只能将其淘汰，用全新的符合要求的输出滤波器来代替。

4.2 对原有的输出滤波器进行调整

对于一部分模拟电视发射机，特别是较晚出现的模拟电视发射机，厂家在设计时考虑到日后数字化升级的需要，因此在设计输出滤波器时特别将数字电视发射机的要求考虑在内。如果模拟电视发射机的输出滤波器也采用带通滤波器，那就有可能直接用于数字电视发射机。

对于这种情况，在进行数字化时，只需要对原输出滤波器进行相应的调整就可达到数字电视发射机的要求。

4.3 为满足数字发射机要求对输出滤波器采取的措施

1）冷却装置

大功率数字电视发射机的输出滤波器由于吸收的功率大，温升大，为满足正常的工作要求，可以采取冷却措施，一般有水冷和风冷方式。

2）采用带通滤波器与低通滤波器相结合的方式

如果单纯的带通滤波器达不到要求，可附加一个低通滤波器，如糖葫芦式低通滤波器。

5 小结

当今频率资源越来越紧张，发射机的频道安排越来越密集，高的无用分量指标可以减少一些互相干扰。数字电视信号与模拟电视信号具有不同的频谱特性，对输出滤波器的要求更高，良好的输出滤波器不仅可以降低误码率，还可以减少对邻频道及其他频道的干扰。通过对现有模拟发射机的输出滤波器进行改造或更换，可以满足数字电视地面广播的需要。

[1]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）：79-78.

[2]GB/20600—2006，数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制[S].2006.

[3]汤旭光.对数字电视发射机输出滤波器的讨论[EB/OL].[2012-04-27].http://info.broadcast.hc360.com.