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由CATV前端来的电视频道信号经发射机的输入端口进入前置放大器,其输出经电调衰减器后自动调节到合适的电平,再与本振信号在微波双平衡混频器中混频,混频输出中有多种频率信号,经过同轴带通滤波器取出载频并且经过带阻滤波器抑制泄漏的本振信号,微波载频由多级低噪声场效应晶体管放大器放大,最后通过环形器与天馈系统连接。
本振由高稳定晶体振荡器、锁相频率合成器和倍频器组成。晶体振荡器装在恒温箱内,具有长期高稳定度,也可以外接参考频率,多为10MHz,供精密频率锁相用。混频器为双平衡式,可抑制谐波分量和本振泄漏。宽频带发射机内的混频器(上变频器)与双通道方式的上变频器相比,比较简单、便宜。
同轴带通滤波器具有高品质因数、低驻波比和低插入损耗。环形器为末级功放失配时提供保护作用。
宽频带发射机内所有的放大器都是宽带的、模块式的,为了使它们都处于线性工作状态,一般是1只晶体管激励2只晶体管,2只晶体管激励4只晶体管,依此类推。
监测电路由输出端耦合出一部分信号,下变频获得电视射频信号。这个内置于发射机的电路单元可以直接在射频频段上测试发射机输出信号的技术参数,监测电路还可以对各种直流参数以及晶体参考频率进行测量。
发射机到发射天线之间的馈线为椭圆形波导(如EM一20和BT一26型)或空气介质电缆、泡沫介质电缆,它们都要加压驱潮。发射机结构多为19英寸标准机箱,1个机箱可装多个单元。
(1)采用砷化镓金属场效应放大器(GaAsMESFET)的发射机性能优于双极晶体管(BJT)放大器,功率放大器必须处于线性放大工作状态,最好不要预失真补偿电路。
(2)实际使用的发射机功率留有适当余量,如比1dB压缩输出功率还可低1dB。发射机功率有l、5、10、20、50、100W等多种,选用哪种功率应根据服务区范围决定。由于微波视距的限制,发射机功率太大是不必要的。
(3)具有中频加扰接口,能与通用的加/解扰系统连接。
(4)单频道发射机双通道方式的非线性失真要优于单通道方式。
(5)注意发射机内本振和上变频器质量,要求本振的相位噪声低,谐波分量和泄漏小,稳定度高,精密频率偏置要求更高。
(6)选择单频道发射机或宽频带发射机主要根据频道配置和成本。
1、从频道配置要求来选择:如果要求连续的相邻频道配置,可选用宽频带发射机。
2、从投资大小来选择:在传输同样频道数情况下,宽频带发射机投资比单频道发射机小:宽频带发射机容易作到室外安装,即安装在发射塔上。因此,比室内安装省去了波导、接头的投资,同时也减小了损耗l~3dB,相当于发射功率增加。
(7)在更换器件容易、测试方便和散热良好条件下,模块积木化和小型化。
(8)除了具有完善的监测和告警电路外,还应有保护电路和备份,如天线故障保护、电源保护和备份。
(9)易于功能扩展,如数字压缩、遥控。
(10)可靠性高(MTBF大于10万小时)。 2100433B
单频道发射机根据图像和伴音是否分开处理分为双通道方式和单通道方式,以双通道为例,单频道发射机由中频调制器、上变频器、前置放大器、功率放大器、A/V双工器和频道合成器组成。输入的视频(V)、音频信号(A),需要先进行调制变为中频信号38MHz.再上变频为微波信号。通过前置放大,驱动功率放大器输出额定功率,这些放大器都应处于线性工作状态或准线性工作状态,伴音和图像分开输出,输出的微波伴音功率要远小于微波图像功率,各个频道图像和伴音需经双工器合成1路后才送入频道合成器。
与一般中频调制器不同,MMDS用中频调制器的本振是1个高稳定晶体振荡器作为基准的频率锁相器,以便实现±2/3行频偏置运用。其他很多技术指标也优于一般中频调制器。
图像通道包括视频处理、调幅度指示、中频AM调制、相位和振幅非线性校正、群时延均衡、自动电干控制电路,具有视频加扰、中频加扰接口。伴音通道包括音频处理、伴音调频、上变频到中频、手动和自动伴音电平控制、频偏指示电路。
MMDS用中频调制器与一般中频调制器相比,其特点有:
(1)图像和伴音的ALC取样信号来自微波放大器输出,因此可大大减小温度变化等因素造成的输出功率不稳定现象。
(2)由于微波频道滤波器和合成器通带很窄,通带两侧上升沿不对称,因此先在中频部分来进行群时延均衡。
(3)微波发射机的功率放大器处于线性工作状态,不需要非线性预失真校正。但是,在中频调制器内作一些辅助性的相位和振幅非线性校正还是必要的,如黑电平扩张、同步信号的相位微调等。
(4)具有完善的视频处理功能,包括钳位、输入共模抑制、同步电子压缩或扩张、白电平限幅等。
MMDS发射机用的双通道式上变频器由双平衡混频器、频道滤波器、频率锁相振荡器、高稳定本振、倍频器、放大器等组成。
MMDS发射机用的上变频器相位噪声必须很低。一般模拟电视用上变频器的相位噪声为一85dBc/Hz(偏离载频10kHz),数字用上变频器的相位噪声为一95dBc/Hz(偏离载频10kHz)。MMDS发射机用的上变频器则要求相位噪声为一100dBc/Hz(偏离载频10kHz),数字发射机用上变频器的相位噪声为一110dBc/Hz(偏离载频10kHz)。
当需要精密频率偏置时,基准频率稳定度应达到
为了抑制本振泄漏和非线性失真产物,频道滤波器是一个高选择性的多腔带通滤波器。
微波功率放大器常常采用积木化结构,通过几种模块(例如l、5、10、25、50W,5种模块)的组合来实现各个档次输出功率。图(a)为20W功率放大器,图像通道由1W模块(增益大约26dB)和25W模块(增益大约20dB)组成,可输出图像功率20W;伴音通道由5W模块(增益大约37dB)组成,输出伴音功率2W。图(b)为50W功率放大器,图像通道由1W模块和50W模块(增益大约18dB)组成,可输出图像功率50W;伴音通道由5W模块组成,输出伴音功率5W。
图像通道末级功率放大器之后的隔离器能防止其他频道由于频道合成器隔离度不良而串人的干扰,并且提供一定的负载失配保护作用。
功率放大器最主要的问题是超线性设计,以解决大输出功率和微分增益、微分相位等非线性指标的矛盾,即既要输出功率在IdB压缩点以下留有余量,又要保证非线性指标满足要求。在小于某个输入功率的范围内,放大器增益是恒定值,输出输入特性曲线是线性的。当输入功率继续增加时,进入准线性区及饱和区,此时,增益开始下降并且产生非线性失真。为了说明放大器进入非线性区的程度,定义增益G下降1dB的增益G’叫做"1db压缩点增益”,与其对应的输出功率叫做“1dB压缩点输出功率PldB"。
微波频道合成器用来将各个单频道发射机的输出混合成1路,再经过馈线传输至发射天线。
微波频道合成器有两种,1种适用于非邻频系统,1种适用于邻频系统。前者又分为两类:第l类由微带滤波器构成,其体积小,价格便宜,通过功率较小,插入损耗较大,隔离度较差。第2类由波导定向滤波器构成,其体积较大,这类波导定向滤波器可构成16路频道合成器。
邻频系统频道合成器由波导定向滤波器构成,形状与非邻频系统采用的波导定向滤波器相似,其高度增加到大约28英寸。在技术指标方面,插入损耗和相互隔离度比非邻频系统采用的波导定向滤波器稍差,其余指标类似,这类波导定向滤波器可构成31路频道合成器。
一般而言,调频发射机是调频广播发射机的简称,主要用于将调频广播电台的语音和音乐节目以无线方式发射出去。调频发射机首先将音频信号和高频载波调制为调频波,使高频载波的频率随音频信号发生变化,再对所产生的高...
按调频发射机的使用场合分,可分为专业级调频发射机和业余级调频发射机,专业级主要用于专业广播电台和对音质、可靠性要求较高的场合,而业余级主要用于非专业电台和对音质和可靠性要求一般要求的场合;按广播方式来...
一般而言,调频发射机是调频广播发射机的简称,主要用于将调频广播电台的语音和音乐节目以无线方式发射出去。
SB020B型电视广播微波发射机的数字化改造
1前言90年代初期,随着我国有线电视的迅猛发展,MMDS传输系统以传输距离远、图像质量高、投资费用少、建设工程短等优点,成为我国县级有线台代替光缆和电缆干线实现有线电视联网,向乡、镇、村广大丘陵地区、农村覆盖的重要手段。其中美制单频道SB020B型电视广播微波发射机是众家电视台MMDS传输系统首选的成熟设备之一。
《射频与微波发射机设计》以新颖的视角回顾了发射机设计从最初的出现到当前研究水平的发展历程,为如何依靠技术成功实现电路设计绘制了一幅完整脉络图。其中的技术细节为设计工作者和工程师提供了可扩展的优质解决方案,使发射机的设计能满足或者超越当下对其鲁棒性的要求,同时也帮助他们获得丰富的跨领域设计技巧。
作者:(俄国)格列别尼科夫(Andrei Grebennikov) 译者:杨浩 尹军舰 陈晓哲
定义
发射机就是可以将信号按一定频率发射出去的装置。是一个比较笼统的概念。广泛应用于电视,广播,雷达等各种民用,军用设备。主要可分为调频发射机,调幅发射机,光发射机,哈里斯发射机等多种类型。
发射机测量是指为成品检验、竣工验收、检修维护对发射机的性能指标进行的测量。
概述
无线电发射机测量可归结为三个方面:
(1)发射机输出端有用分量测量,如输出功率、频率稳定度、有用调制等。
(2)发射机输出端无用分量测量,如杂散发射、带外发射、非线性失真、交流声电平、噪声电平等。
(3)其它性能测量,包括天线以外辐射的测量,如机箱辐射测量,以及冷却系统(如温升、流量等)、安全保护系统的性能测定等。
分类
发射机测量可分为基本测量和附加测量。
基本测量是各种类型的发射机都要进行的共同的测量;附加量是某一类发射机需要进行的测量。为了有效利用无线电频谱,减少无线通信信道之间干扰,国际电信组织和国家主管部门对各种发射机的技术特性,如频段划分、频率容差、带宽、带外发射、杂散发射等作了规定和建议。发射机的基本测量包括与这些规定和建议相对应的性能指标的测量,以及电信设备需要的一般测量,如阻抗测量、电源功率和总效率测量等。附加测量是除基本测量以外的,那些为确保整个通信系统传输质量,而对某一类发射机要求具备的技术指标进行的测量。
输出功率测量
输出功率是在一定的测试条件下,发射机输入到规定的假负载上的射频功率。根据发射机类别不同,输出功率可用平均功率、载波功率、峰包功率来标称。调幅发射机和调频发射机用载波功率;单边带发射机用峰包功率;脉冲调制发射机用平均功率或峰包功率。载波功率是发射机无调制时的平均功率;峰包功率是调制包络峰点处一射频周期内的平均功率出功率常用的测量方法有:①量热法。发射机输出功率在假负载上转换为热量,当采用风冷却或冷却液电阻作假负载时,通过测量风或冷却液的流量和温差,便可测得热消耗功率,此功率即为发射机输出平均功率。②比较法。同样采用冷却电阻作假负载,同时用直流或交流电源加热另一与假负载工作条件相同的冷却电阻,作为比较电阻。在两者相同流量、相同温升时测量比较电阻消耗的直流或交流电功率,即等于射频输出平均功率;③电流一电阻法、电压一电阻法。通过测量发射机输出的射频电流或射频电压计算在已知假负载电阻上的功率,从而得到发射机射频输出功率。④平衡电桥法。利用热敏组件作为负载或部分负载,并构成平衡电桥的一部分,电桥的平衡指示按功率校正,从而测得射频功率。此法直读功率小,但按此原理做成的小功率计应用广泛,使用频率范围宽,可以高达微波频段。⑤定向耦合器法。将一已校准的定向耦合器接在发射机输出端和假负载或天线之间,利用小功率计测量耦合器取出的部分功率,再折算出发射机的输出功率。此方法使用方便、应用广泛,并可在发射机运行时监测其输出功率。
频率测量
频率测量一般包括发射机频率范围、最大频率误差、频率稳定度等项的测量,频率范围是指发射机能正常工作的射频频率范围,在此范围内发射机的各项技术指标都满足规定的要求,最大频率误差是发射机在规定条件下,经预热后,测得输出射频与标称频率的最大偏差,频率稳定度是在正常条件下,在规定持续时间内测得的最大频率变化值与标称频率之比。如果持续时间为一天,称日频率稳定度。持续时间为一个月,称为月频率稳定度。发射机的频率测量通常采用频率计数器直接读数。
带外发射测量
带外发射测量是指为保证信息传输质量,发射机应具有必要的频带宽度。同时,为防止对其他通信倍道的子扰,对需要频带以外的不需要发射应严格加以限制。不需要发射包括带外发射和杂散发射,带外发射是指由于调制过程引起的,紧靠在发射机必需频带之外的某些频率上的发射,但不包括杂散发射。对于不同的发射类别,其必需带宽和带外发射有相应的规定,带外发射以允许的带外发射频谱功率密度来度量,通常采用频谱分析仪测量。
杂散发射测量
杂散发射是发射机的另一种不需要发射,是指频带以外某些离散频率上的无用发射,它包括谐波分量、寄生发射、变频产物等。杂散发射指标是以杂散输出功率与锁定输出平均功率之比的相对电平,以杂散输出功率的绝对电平来表示。如CCIR,建议短波发射机的杂散输出应低于额定输出功率5OdB,且不得超过50mW。
附加测量
发射机附加测量的项目、方法隧发射机用途不同而有所区别。无线电话和广播发射机的附加测量包括有用调制分量(调幅度、调制频偏)、无用调制分量(周期噪声、随机噪声和其他寄生调制等)、话音幅频特性、非线性失真等项指标的测量,电视发射机的伴音通道指标测量与调频广播发射机测量基本相同,但视频通道则还需要测量那些影响视频信号传输质量的技术指标,对于宽频带通信的微波中继发射机,必须测量中频至射频的幅频特性,以及中频至射频的群时延特性。为有效利用通信卫星转发器功率,卫星通信地球站中的发射机的输出功率稳定度测量是一强制性的测量项目,非线性失真指标,在无线电话和广播发射机中是以音频信号的谐波失真来表示,使用失真度仪来测量;而电视发射机视频通道的非线性失真则是以视频信号的微分增和微分相位来表示,使用专门的视频测试仪表来测量。
发射机测量中各测量项目所使用的仪表,可以是通用测量仪表,也可能是专用仪表,为某一通信系统而专门设计的综合测试仪可完成多项技术指标的测量。
对于各种用途发射机的测量方法,国际电工委员会(IEC)和国家主管部门制定了相应的技术规范。
介绍
参考文献
第1章无源器件和电路理论
1.1导抗双端口网络的参数
1.2散射参数
1.3双端口网络的互联
1.4实际的双端口网络
1.4.1单一元件网络
1.4.2π型和T型网络
1.5具有共用端口的三端口网络
1.6集总参数元件
1.6.1电感
1.6.2电容
1.7传输线
1.8传输线的类型
1.8.1同轴线
1.8.2带状线
1.8.3微带线
1.8.4槽线
1.8.5共面波导
1.9噪声
1.9.1噪声源
1.9.2噪声系数
1.9.3闪烁噪声
参考文献
第2章有源器件和建模
2.1二极管
2.1.1工作原理
2.1.2肖特基二极管
2.1.3PIN二极管
2.1.4齐纳二极管
2.2VARACTORS
2.2.1变容二极管模型
2.2.2MOS变容管
2.3MOSFETs
2.3.1小信号等效电路
2.3.2非线性I-V模型
2.3.3非线性C-V模型
2.3.4电荷守恒
2.3.5栅源电阻
2.3.6温度依赖性
2.3.7噪声模型
2.4MESFET和HEMlT
2.4.1小信号等效电路
2.4.2等效电路元件的确定
2.4.3Curtice二次非线性模型
2.4.4Parlker-Skellelll非线性模型
2.4.5(2halmers(Angelov)非线性模型
2.4.6IAF(Berroth)非线性模型
2.4.7噪声模型
2.5BJT和HBT
2.5.1小信号等效电路
2.5.2等效电路元件确定
2.5.3本征π型和T型拓扑等效
2.5.4非线性双极器件建模
2.5.5噪声模型
参考文献
第3章阻抗匹配
3.1主要原理
3.2史密斯圆图
3.3集总元件匹配
3.3.1解析设计方法
3.3.2双极管UHF功率放大器
3.3.3MOSFETVHF高功率放大器
3.4传输线匹配
3.4.1解析设计技术
3.4.2集总参数电路和分布式参数电路之间的等效
3.4.3窄带微波功率放大器
……
第4章变压器、功率合成器和耦合器
第5章滤波器
第6章调制与调制器
第7章混频器和倍频器
第8章振荡器
第9章锁相环
第10章功率放大器设计基础
第11章高效率功率放大器
第12章线性化和效率增强技术
第13章控制电路
第14章发射机结构
参考文献