數(shù)字電視發(fā)射機(jī)發(fā)展技術(shù)特點(diǎn)簡析

本文針對全球掀起的數(shù)字電視無線發(fā)射熱潮，對數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的發(fā)展技術(shù)特點(diǎn)趨勢進(jìn)行了較詳細(xì)地介紹和分析。論述了數(shù)字電視發(fā)射機(jī)中所使用的數(shù)字自適應(yīng)預(yù)校正技術(shù)、LDMOS技術(shù)、N+1技術(shù)和發(fā)射機(jī)的冷卻技術(shù)等以及使用這些新技術(shù)的優(yōu)勢。

面對著GPS跟蹤、無線互聯(lián)網(wǎng)、移動通信、PDP(等離子)顯示和電視演播室技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字電視發(fā)射技術(shù)顯得慢了一些。但是近幾年，受數(shù)字電視市場的推動，英國、美國、西班牙、加拿大等國家數(shù)字電視業(yè)務(wù)的開播和全球掀起的數(shù)字電視熱潮，電視發(fā)射技術(shù)方面也取得了較大進(jìn)步。

早期的數(shù)字電視發(fā)射機(jī)是用外接的COFDM或8-VSB激勵器簡單取代模擬Vision/Sound激勵器，用射頻波段濾波器取代射頻輸出濾波器和Vision/Sound雙工器。但是近來，一些大的電視發(fā)射機(jī)制造商卻以全新的理念和技術(shù)來設(shè)計(jì)生產(chǎn)新一代數(shù)字電視發(fā)射機(jī)，縱觀主要有以下特點(diǎn)：

1、 數(shù)字自適應(yīng)預(yù)校正技術(shù)(DAP或RTAC)

數(shù)字自適應(yīng)預(yù)校正技術(shù)已經(jīng)在美國和歐洲的制造商生產(chǎn)的數(shù)字電視發(fā)射機(jī)上應(yīng)用。歐洲的THALES公司(前身THOMCAST,湯姆遜旗下子公司)稱之為數(shù)字自適應(yīng)預(yù)校正(Digital Auto-Adaptive pre-correction簡稱DAP);美國的哈里斯(HARRIS)公司稱之為自動數(shù)字校正—實(shí)時適應(yīng)校正(Enter Automatic Digital Correction—Real Time Adaptive Correction簡稱RTAC)。數(shù)字自適應(yīng)于校正技術(shù)是指在不須人工干預(yù)的情況下在剛剛啟動發(fā)射機(jī)的幾分鐘內(nèi)將發(fā)射機(jī)的性能調(diào)到最佳狀態(tài)，而且，這個系統(tǒng)還能夠監(jiān)測和自動校正來自于發(fā)射機(jī)的老化、溫度和發(fā)射機(jī)自身失效等波動的調(diào)整，這樣能夠保證發(fā)射出去的信號始終處于高指標(biāo)的狀態(tài)，是維護(hù)變得非常簡單。

2、功放中廣泛應(yīng)用大功率LDMOS晶體管

LDMOS(Lateral Diffused Metal Oxide Semiconductor)即：橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體。起初，LDMOS技術(shù)是為900MHz蜂窩電話技術(shù)開發(fā)的，蜂窩通信市場的不斷增長保證了LDMOS晶體管的應(yīng)用，也使得LDMOS的技術(shù)不斷成熟，成本不斷降低，因此今后在多數(shù)情況下它將取代雙極型晶體管技術(shù)。

與雙極型晶體管相比,LDMOS管的增益更高，LDMOS管的增益可達(dá)14dB以上，而雙極型晶體管在5~6dB,采用LDMOS管的PA模塊的增益可達(dá)60dB左右。這表明對于相同的輸出功率需要更少的器件，從而增大功放的可靠性。 LDMOS能經(jīng)受住高于雙極型晶體管3倍的駐波比，能在較高的反射功率下運(yùn)行而沒有破壞LDMOS設(shè)備;它較能承受輸入信號的過激勵和適合發(fā)射數(shù)字信號，因?yàn)樗懈呒壍乃矔r峰值功率。LDMOS增益曲線較平滑并且允許多載波數(shù)字信號放大且失真較小。LDMOS管有一個低且無變化的互調(diào)電平到飽和區(qū)，不像雙極型晶體管那樣互調(diào)電平高且隨著功率電平的增加而變化。這種主要特性允許LDMOS晶體管執(zhí)行高于雙極型晶體管二倍的功率，且線性較好。LDMOS晶體管具有較好的溫度特性溫度系數(shù)是負(fù)數(shù)，因此可以防止熱耗散的影響。這種溫度穩(wěn)定性允許幅值變化只有0.1dB，而在有相同的輸入電平的情況下，雙極型晶體管幅值變化從0.5~0.6dB,且通常需要溫度補(bǔ)償電路。

具有更高功率的新型LDMOS晶體管，對于發(fā)射機(jī)工程師來說，每只晶體管的功率越大意味著單個功率放大器所用的晶體管數(shù)量越少，設(shè)備的成本也就越低。最新的LDMOS FET 能夠覆蓋整個UHF波段。也就是說，一個功放模塊在不需調(diào)整的情況下在UHF波段的任一頻率下運(yùn)行，這樣，電視臺較少的零備件。應(yīng)當(dāng)注意的是，并不是所有稱之為“寬帶”的功率放大器工作在整個UHF波段，有些需要兩種甚至三種類型的放大器覆蓋整個波段。原因是犧牲增益以滿足帶寬。較高的增益意味著少量的晶體管和較低的成本，但是在降低帶寬的情況下，意味著需要兩種或三種類型的功率放大器覆蓋整個電視波段。

這些新型晶體管的使用允許制造更高功率的既可靠又經(jīng)濟(jì)發(fā)射機(jī)，僅在幾年前，在UHF波段超過20KW(數(shù)字機(jī)平均功率5KW)真空管幾乎占據(jù)統(tǒng)治地位，其次是含雙極型功放的固態(tài)機(jī)，很少應(yīng)用LDMOS,但是隨著LDMOS技術(shù)和工藝的不斷成熟和價格的不斷走低，以及雙極型晶體管所不可比擬的優(yōu)勢，有充分理由相信使用LDMOS固態(tài)器件的大功率發(fā)射機(jī)將成為主流。

3、N+1 系統(tǒng)使擁有多臺發(fā)射機(jī)的臺站更經(jīng)濟(jì)

N+1 是指用1部發(fā)射機(jī)給多部(N部)做備份。本來固態(tài)發(fā)射機(jī)是用像放大器、電源等較不穩(wěn)定設(shè)備冗余累積起來的，模塊化的激勵器又一般采用雙激勵器自動倒換的形式，設(shè)備運(yùn)行的可靠性明顯提高。在通常情況下，也不用像電子管、速調(diào)管發(fā)射機(jī)那樣進(jìn)行備份。因?yàn)槿虘B(tài)的數(shù)字電視發(fā)射機(jī)所應(yīng)用的積木化的功放和并行運(yùn)行的電源等都足以實(shí)現(xiàn)N+1系統(tǒng)，而且大多支持熱插拔。其實(shí)，N+1 系統(tǒng)已在FM廣播發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用多年，直到現(xiàn)在此技術(shù)才在電視發(fā)射機(jī)中應(yīng)用，這能可使得擁有多部發(fā)射機(jī)的臺站更經(jīng)濟(jì)。

4、 冷卻系統(tǒng)采用風(fēng)、液冷供選擇的方式

為了滿足不同客戶對冷卻系統(tǒng)的需求，發(fā)射機(jī)生產(chǎn)廠家開發(fā)了風(fēng)冷和液冷系統(tǒng)，在客戶購機(jī)訂貨時可供用戶選擇適合自己的冷卻方式，改變了過去固態(tài)機(jī)中只有風(fēng)冷的單一方式。如THALES公司推出的VHF OPTIMUM 和UHF ULTIMATE系列發(fā)射機(jī)就已采用此種技術(shù)。依筆者觀點(diǎn)看液冷方式較適合國情，是因?yàn)椋篴)國內(nèi)空氣質(zhì)量較差過濾材料中容易沉積灰塵，日常對風(fēng)冷系統(tǒng)的維護(hù)量大。b) 降低了發(fā)射機(jī)的運(yùn)行噪聲。c) 凈化了發(fā)射機(jī)房的環(huán)境。d) 減少了對冷卻系統(tǒng)的維護(hù)量。冷卻液封閉循環(huán)，只需定期清洗系統(tǒng)中的濾網(wǎng)。e) 冷卻效率高。冷卻液無論是采用glycol(乙二醇)加水還是防凍液，其熱傳導(dǎo)效率都遠(yuǎn)大于風(fēng)，冷卻系統(tǒng)的進(jìn)水溫度與出水溫度相差幾度左右，使發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的熱量能被及時吸收釋放掉。

5、無線連接、GUI界面、故障自我診斷和遠(yuǎn)程遙控

在新設(shè)計(jì)的數(shù)字電視發(fā)射機(jī)中，功率放大器、電源和RF合成器省去電纜而采用插、拔的方式直接連接在一起。這樣使整機(jī)結(jié)構(gòu)更加緊湊、維護(hù)更加方便。微處理器的應(yīng)用，能夠監(jiān)控發(fā)射機(jī)的狀態(tài)和提供每個組件的有用信息。LCD的應(yīng)用提供了直觀友好的圖形用戶接口(GUI)使得用戶操作更加容易，用戶可以很直觀的察看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。先進(jìn)的故障自我診斷系統(tǒng)和DAP技術(shù)使得用戶容易查找故障部位，加快設(shè)備的維護(hù)、維修進(jìn)度。遠(yuǎn)程遙控功能使得用戶可通過因特網(wǎng)對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。