李廣順

遼寧省廣播電視傳輸發(fā)射中心（沈陽(yáng)110000）

自2004年8月，遼寧省廣播電視傳輸發(fā)射中心在彩電塔試播無線數(shù)字電視發(fā)射以來，現(xiàn)在共有五個(gè)頻道發(fā)射數(shù)字電視節(jié)目，涵蓋數(shù)字標(biāo)清電視、數(shù)字高清電視、數(shù)字手機(jī)電視、數(shù)字移動(dòng)電視。為不同的終端用戶服務(wù)，滿足客戶需求。因此，需要對(duì)這些功放模塊的輸出功率進(jìn)行功率合成，功率合成器在發(fā)射機(jī)中是無源器件之一。

利用多個(gè)功率放大電路同時(shí)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，然后設(shè)法將各個(gè)功放的輸出信號(hào)相加，這樣得到的總輸出功率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于單個(gè)功放電路的輸出功率，這就是功率合成技術(shù)。

理想的功率合成器不但應(yīng)具有功率合成的功能，還必須滿足下列條件：①功率相加條件；②相互無關(guān)條件；③功率相減條件。

圖1為采用7個(gè)功率增益為3dB，最大輸出功率為10 W的高頻功放，利用功率合成技術(shù)，可以獲得40W的功率輸出。

其中采用了三個(gè)一分為二的功率分配器和三個(gè)二合一的功率合成器。

實(shí)現(xiàn)理想功率合成的關(guān)鍵是魔 T型混合網(wǎng)絡(luò)。魔T型混合網(wǎng)絡(luò)有四個(gè)端點(diǎn)，分別是A端、B端、C端和D端，如圖2所示。它的作用是：①C端為同相功率合成端。當(dāng)A、B兩端輸入等值同相功率時(shí)，C端負(fù)載RC上獲得兩輸入功率的合成，而D端負(fù)載RD上無功率輸出。②D端為反相功率合成端。當(dāng)A、B兩端輸入等值反相功率時(shí)，D端負(fù)載RD上獲得兩輸入功率的合成，而C端負(fù)載RC上無功率輸出。③當(dāng)C端和D端的負(fù)載RD、RC間滿足特定關(guān)系時(shí)，A、B兩輸入端彼此隔離。即任一端功率放大器的工作狀態(tài)變化或損壞時(shí)，不會(huì)影響另一端功率放大器的工作狀態(tài)，并維持其原輸出功率。④利用該網(wǎng)絡(luò)還可實(shí)現(xiàn)功率分配的功能。當(dāng) RA=RB時(shí)，加在D端的功率放大器將其輸出功率均等地分配給RA和RB，且它們之間是反相的，而C端無功率輸出；加到 C端的功率放大器將其輸出功率均等地分配給RA和RB且它們之間是同相的，而D端無功率輸出。

圖1 功率合成與分配電路

圖2 功率合成示意圖

1 魔T網(wǎng)絡(luò)

利用傳輸線變壓器可以組成各種類型的功率分配器和功率合成器，且具有頻帶寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、插入損耗小等優(yōu)點(diǎn)，然后可進(jìn)一步組成寬頻帶大功率高頻功放電路。

圖3所示的網(wǎng)絡(luò)具有上述特性，它既可以作功率分配，又作功率合成，因此稱為魔T網(wǎng)絡(luò)。

2 魔T網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

圖3所示，魔T網(wǎng)絡(luò)由4：1傳輸線變壓器和相應(yīng)的 AO、BO、CO、DD四條臂組成，其中DD臂是平衡臂，臂的兩端均不接地。

傳輸線變壓器的特性阻抗和每條臂上的阻值（負(fù)載電阻或信號(hào)源內(nèi)阻）滿足以下關(guān)系：

RA=RB=ZC=R RC=0.5R RD=2R

圖3 魔T網(wǎng)絡(luò)

3 魔T網(wǎng)絡(luò)的功能

3.1 功率合成

功率合成有兩個(gè)方面：反相功率合成、同相功率合成。

反相功率合成電路的優(yōu)點(diǎn)是：輸出沒有偶次諧波，因此失真較??；輸入電阻比單邊工作時(shí)高，因而引線電感的影響減小。

在同相功率合成器中，由于偶次諧波在輸出端是相加的，因此輸出中有偶次諧波存在，這是不如反相功率合成電路的地方（反相功率合成電路中的偶次諧波在輸出端互相抵消）。

3.2 功率分配

功率分配同樣有兩個(gè)方面：同相分配和反向分配。

功率分配是指將某一高頻信號(hào)的功率均勻地分配給幾個(gè)獨(dú)立的負(fù)載，使每一個(gè)負(fù)載獲得大小相等，相位相同（或相反）的分信號(hào)。它的作用與功率合成剛好相反。為了使功率合成電路中每個(gè)放大器能獲得相同的激勵(lì)功率，必須要有功率分配電路。

功率合成和分配主要是由合成網(wǎng)絡(luò)和分配網(wǎng)絡(luò)來完成。其實(shí)，它們的結(jié)構(gòu)形式是一樣的，只不過是信號(hào)源和負(fù)載的位置相互調(diào)換了而已。因此，通常把這種網(wǎng)絡(luò)總稱為混合網(wǎng)絡(luò)。在電視發(fā)機(jī)中，常用的高頻混合網(wǎng)絡(luò)是用傳輸線變壓器和帶狀線構(gòu)成的，這種混合網(wǎng)絡(luò)具有頻帶寬、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、插入損耗小等優(yōu)點(diǎn)，能滿足寬頻帶功率合成和分配的要求。

功率合成器或功率分配器在發(fā)射機(jī)工作中若發(fā)生故障，會(huì)使整機(jī)輸出功率下降，由于輸入輸出匹配被破壞，易使功放模塊損壞。發(fā)射機(jī)在播出過程中，功率下降或單元模塊顯示反射告警，應(yīng)及時(shí)檢查功率合成器或功率分配器。

4 結(jié) 語(yǔ)

目前彩電塔使用的地面數(shù)字無線發(fā)射機(jī)，均是由晶體管作為放大器的基本單元，合成器與分配器在整機(jī)正常工作中尤為重要，分立的放大單元（功放模塊）與合成器、分配器之間連接必須可靠，以保證安全優(yōu)質(zhì)播出。