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解析数字电视发射机的技术特点

  智能家居  

我爱方案网 2012-02-23

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中心议题:
    *  数字自适应预校正技术分析
    *  功放中广泛应用大功率LDMOS晶体管
    *  N+1 系统使拥有多台发射机的台站更经济
    *  无线连接、GUI界面、故障自我诊断和远程遥控介绍
解决方案:
    *  冷却系统采用风、液冷供选择的方式

本文针对全球掀起的数字电视无线发射热潮,对数字电视发射机的发展技术特点趋势进行了较详细地介绍和分析。论述了数字电视发射机中所使用的数字自适应预校正技术、LDMOS技术、N+1技术和发射机的冷却技术等以及使用这些新技术的优势。

面对着GPS跟踪、无线互联网、移动通信、PDP(等离子)显示和电视演播室技术的迅猛发展,数字电视发射技术显得慢了一些。但是近几年,受数字电视市场的推动,英国、美国、西班牙、加拿大等国家数字电视业务的开播和全球掀起的数字电视热潮,电视发射技术方面也取得了较大进步。

早期的数字电视发射机是用外接的COFDM或8-VSB激励器简单取代模拟Vision/Sound激励器,用射频波段滤波器取代射频输出滤波器和Vision/Sound双工器。但是近来,一些大的电视发射机制造商却以全新的理念和技术来设计生产新一代数字电视发射机,纵观主要有以下特点:

1、 数字自适应预校正技术(DAP或RTAC)

数字自适应预校正技术已经在美国和欧洲的制造商生产的数字电视发射机上应用。欧洲的THALES公司(前身THOMCAST,汤姆逊旗下子公司)称之为数字自适应预校正(Digital Auto-Adaptive pre-correction简称DAP);美国的哈里斯(HARRIS)公司称之为自动数字校正—实时适应校正(Enter Automatic Digital Correction—Real Time Adaptive Correction简称RTAC)。数字自适应于校正技术是指在不须人工干预的情况下在刚刚启动发射机的几分钟内将发射机的性能调到最佳状态,而且,这个系统还能够监测和自动校正来自于发射机的老化、温度和发射机自身失效等波动的调整,这样能够保证发射出去的信号始终处于高指标的状态,是维护变得非常简单。

2、功放中广泛应用大功率LDMOS晶体管

LDMOS(Lateral Diffused Metal Oxide Semiconductor)即:横向扩散金属氧化物半导体。起初,LDMOS技术是为900MHz蜂窝电话技术开发的,蜂窝通信市场的不断增长保证了LDMOS晶体管的应用,也使得LDMOS的技术不断成熟,成本不断降低,因此今后在多数情况下它将取代双极型晶体管技术。

与双极型晶体管相比,LDMOS管的增益更高,LDMOS管的增益可达14dB以上,而双极型晶体管在5"6dB,采用LDMOS管的PA模块的增益可达60dB左右。这表明对于相同的输出功率需要更少的器件,从而增大功放的可靠性。 LDMOS能经受住高于双极型晶体管3倍的驻波比,能在较高的反射功率下运行而没有破坏LDMOS设备;它较能承受输入信号的过激励和适合发射数字信号,因为它有高级的瞬时峰值功率。LDMOS增益曲线较平滑并且允许多载波数字信号放大且失真较小。LDMOS管有一个低且无变化的互调电平到饱和区,不像双极型晶体管那样互调电平高且随着功率电平的增加而变化。这种主要特性允许LDMOS晶体管执行高于双极型晶体管二倍的功率,且线性较好。LDMOS晶体管具有较好的温度特性温度系数是负数,因此可以防止热耗散的影响。这种温度稳定性允许幅值变化只有0.1dB,而在有相同的输入电平的情况下,双极型晶体管幅值变化从0.5"0.6dB,且通常需要温度补偿电路。

具有更高功率的新型LDMOS晶体管,对于发射机工程师来说,每只晶体管的功率越大意味着单个功率放大器所用的晶体管数量越少,设备的成本也就越低。最新的LDMOS FET 能够覆盖整个UHF波段。也就是说,一个功放模块在不需调整的情况下在UHF波段的任一频率下运行,这样,电视台较少的零备件。应当注意的是,并不是所有称之为“宽带”的功率放大器工作在整个UHF波段,有些需要两种甚至三种类型的放大器覆盖整个波段。原因是牺牲增益以满足带宽。较高的增益意味着少量的晶体管和较低的成本,但是在降低带宽的情况下,意味着需要两种或三种类型的功率放大器覆盖整个电视波段。

这些新型晶体管的使用允许制造更高功率的既可靠又经济发射机,仅在几年前,在UHF波段超过20KW(数字机平均功率5KW)真空管几乎占据统治地位,其次是含双极型功放的固态机,很少应用LDMOS,但是随着LDMOS技术和工艺的不断成熟和价格的不断走低,以及双极型晶体管所不可比拟的优势,有充分理由相信使用LDMOS固态器件的大功率发射机将成为主流。

3、N+1 系统使拥有多台发射机的台站更经济

N+1 是指用1部发射机给多部(N部)做备份。本来固态发射机是用像放大器、电源等较不稳定设备冗余累积起来的,模块化的激励器又一般采用双激励器自动倒换的形式,设备运行的可靠性明显提高。在通常情况下,也不用像电子管、速调管发射机那样进行备份。因为全固态的数字电视发射机所应用的积木化的功放和并行运行的电源等都足以实现N+1系统,而且大多支持热插拔。其实,N+1 系统已在FM广播发射机系统中应用多年,直到现在此技术才在电视发射机中应用,这能可使得拥有多部发射机的台站更经济。
 

 


4、 冷却系统采用风、液冷供选择的方式

为了满足不同客户对冷却系统的需求,发射机生产厂家开发了风冷和液冷系统,在客户购机订货时可供用户选择适合自己的冷却方式,改变了过去固态机中只有风冷的单一方式。如THALES公司推出的VHF OPTIMUM 和UHF ULTIMATE系列发射机就已采用此种技术。依笔者观点看液冷方式较适合国情,是因为:a)国内空气质量较差过滤材料中容易沉积灰尘,日常对风冷系统的维护量大。b) 降低了发射机的运行噪声。c) 净化了发射机房的环境。d) 减少了对冷却系统的维护量。冷却液封闭循环,只需定期清洗系统中的滤网。e) 冷却效率高。冷却液无论是采用glycol(乙二醇)加水还是防冻液,其热传导效率都远大于风,冷却系统的进水温度与出水温度相差几度左右,使发射机产生的热量能被及时吸收释放掉。

5、无线连接、GUI界面、故障自我诊断和远程遥控

在新设计的数字电视发射机中,功率放大器、电源和RF合成器省去电缆而采用插、拔的方式直接连接在一起。这样使整机结构更加紧凑、维护更加方便。微处理器的应用,能够监控发射机的状态和提供每个组件的有用信息。LCD的应用提供了直观友好的图形用户接口(GUI)使得用户操作更加容易,用户可以很直观的察看设备的运行状态。先进的故障自我诊断系统和DAP技术使得用户容易查找故障部位,加快设备的维护、维修进度。远程遥控功能使得用户可通过因特网对设备进行监控。

具有上述新技术的数字电视发射机已经陆续上市,从设备管理的观点看,这种新设备减少资金和运行成本;从 电视工程师的观点看,这种新设备将省时,能从网页上查看发射机的运行状态、进行发射机设置。可以预见,在今后的几年中,在我国逐步开播地面数字电视和引进数字电视发射机的过程中,上面所提及的发展趋势将会更明显,同时也将会出现更新更实用的技术。

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