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1引言

數字電視多工器能夠將多個不同頻道的數字電視發射機發射的射頻信號轉化為組合信號，并通過一個寬頻天饋系統發射出去，這樣無需增加額外的天線，減少了廣播電視塔的占地空間，降低了發射系統建設投資的費用。在技術方面，多工器系統具有良好的電氣、機械性能，各頻道信號之間互不干擾，各端口之間有較高的隔離度，后期的調試維護成本低，因此其應用范圍很廣。隨著地面數字廣播電視技術的發展及普及，數字電視多工器在無線廣播電視領域得到了日益廣泛的應用。

2數字電視多工器的工作原理

地面廣播電視發射系統所使用的數字電視多工器通常都是以橋式雙工器為基本單元，經級聯后，組合成數字電視多工器。2.1橋式雙工器的基本構成和原理。下面以橋式雙工器的實現原理為例，分析多工器的工作原理。橋式雙工器結構組成示意圖如圖1所示。橋式雙工器由兩個中心頻率不同的3dB定向耦合器（3dB1、3dB2）和兩個帶通濾波器（BPF1、BPF2）連接構成。其工作原理是：數字電視發射機射頻信號f1經A1端口輸入，經定向耦合器3dB1分別在B1、D1端口形成功率各一半的輸出信號，其中，B1端口與A1端口同相位，D1端口經λ/4，滯后B1端口90°，兩路信號分別通過帶通濾波器（BPF1和BPF2）輸出到定向耦合器3dB2的B2和D2端口，由于C2端口與D2端口同相位，C2端口經λ/4，滯后B2端口90°，兩路信號在C2端口同相位合成，輸出滯后90°的信號f1。由于B2與A2同相位，A2滯后D2信號90°，兩路信號在A2端口相位相差180°，f1信號經定向耦合器（3dB2）在A2端口沒有輸出。f1信號經3dB1端口A1輸入，輸出兩路信號相差90°，在C1端口形成反向180°的信號，相互抵消，在C1端口無輸出。數字電視發射機射頻信號f2經A2端口輸入，經定向耦合器3dB2端口B2、D2輸出相位差90°信號，經帶通濾波器（BPF1和BPF2）全反射，再經定向耦合器3dB2后，在C2端口合成輸出滯后90°的信號f2；在A2端口形成反向180°信號相抵消，無輸出。自此，兩部數字電視發射機輸出信號f1和f2在C2端口合成輸出f1+f2。實際上，兩個濾波器并不能完全反射f2信號，會有一小部分信號泄漏到3dB1的B1和D1端，通常在C1端加入50Ω吸收負載進行吸收，不會傳到A1端口，對f1進行串擾。2.2帶通濾波器的原理與調試。帶通濾波器是對輸入信號的頻率具有選擇性的一個二端口網絡，它允許某些頻率范圍的信號通過，而其他頻率的信號幅值均要受到衰減或抑制。帶通濾波器由RLC元件或RC元件構成，一般由低通濾波器和高通濾波器組合而成，如圖2所示。帶通濾波器的上限截止頻率是低通濾波器的上限截止頻率，帶通濾波器的下限截止頻率是高通濾波器的下限截止頻率，即它可以濾掉低端頻率，又可以濾掉高端頻率，只讓指定頻率通過。用于廣播發射系統的帶通濾波器通常是腔體濾波器，它能夠滿足發射系統大功率容量的需求，帶通濾波器分為傳統級聯濾波器和交叉耦合濾波器。傳統級聯濾波器各諧振腔體通過耦合結構首尾相連，腔體個數越多，越容易滿足性能要求，其缺點是插入損耗的帶外抑制度平緩，這樣會導致相鄰頻道間產生干擾；交叉耦合濾波器的諧振單元，除首尾各連接一個諧振腔外，側壁往往通過耦合結構連接其余諧振單元。交叉耦合濾波器可用更少的諧振單元實現相同的目標，其缺點是調試過程較復雜。數字廣播電視帶通濾波器通常采用交叉耦合濾波器，其關鍵是要調節腔內部諧振柱導體的長度，也就是通過改變耦合電容的大小，來調整腔體的諧振頻率，使其與輸入頻率相同，并滿足帶寬要求。三腔帶通濾波器結構示意圖如圖3所示。數字腔體濾波器將激勵的方式改變為可調結構，例如通過設置可上下移動、左右旋轉可調的耦合環，改變環形饋電激勵的耦合大小等。三腔帶通濾波器反射系數曲線調試過程圖如圖4所示，調試過程如下：首先微調環形饋電激勵的螺栓，改變耦合度大小和強度，使得反射曲線中出現明顯的三個極點，依次調節三個諧振柱的螺栓和微調諧振柱的螺栓，使反射曲線極點落于所需頻道中心，如圖4中的反射曲線1所示；此時再次調整環形饋電激勵的螺栓，改變耦合度大小和強度，使得三個極點向中心頻率靠攏逼近，再依次調節三個諧振柱的螺栓和微調諧振柱的螺栓，使極點再次落在頻道中心，如圖4中的反射曲線2所示；依次循環上述操作，直至頻道內回波損耗指標滿足要求，如圖4中的反射曲線3所示。由上述調試過程可知：此種三腔帶通濾波器調節方式既節約時間，又能夠較為準確地得到反射曲線，且頻點偏移更小。2.3定向耦合器的調試。3dB定向耦合器作為橋式雙工器的基本結構，其使用最為廣泛的是單節λ/4定向耦合器，單節λ/4寬邊定向耦合器結構示意圖如圖5所示。其阻抗和頻帶帶寬都應滿足整個發射系統的頻道要求，并且耦合端與直通端插入損耗的幅度和相位差應整體保持在較小誤差范圍內，帶外信號在端口反相相消的效果才會更好，各頻道之間的隔離度才會更高。3dB定向耦合器三種不同尺寸直通端和耦合端的插入損耗對比圖如圖6所示。由圖6可知：在所用調頻頻帶88~108MHz范圍內，應保證兩個端口插入損耗的差值越小越好。在圖6中，曲線3輸出兩端口的插入損耗差值過大，并且呈現上下脫離的趨勢，因此與理想指標相差甚遠；曲線2在頻帶兩端頻點能夠達到零差值，但是頻帶中心范圍插損差值較大；曲線1雖然零點在頻帶內，但是頻帶內插入損耗整體差值比前者小。經過上述比較，曲線3的效果相對好一些。耦合器正常工作情況下，帶外信號反相抵消作用更明顯，因此，在保證各端口反射系數指標要求的情況下，調試過程中應使耦合端和直通端插入損耗差值盡可能小。在耦合端和直通端插入損耗差值過大情況下，最簡單實用的方法是，調節耦合板寬度，進而調節耦合度。

3數字電視多工器的維護

數字電視多工器是通過多個橋式雙工器串聯得到的，以數字電視多工器中的四工器為例，介紹其維護的方法。數字電視四工器連接圖如圖7所示，數字電視四工器由六個六腔帶通濾波器、六個3dB定向耦合器、三個吸收負載及饋管連接而成。其中，f1輸入端口為DTMB寬帶口，f2、f3、f4分別為470~870MHz頻率連續可調的任意三個數字電視頻道接口。其工作原理是，f2信號通過3dB定向耦合器和帶通濾波器后，在經3dB定向耦合器與寬帶口的f1頻率合成輸出為（f1+f2）頻率；f3信號通過3dB定向耦合器和帶通濾波器后，再經3dB耦合器與寬帶口的（f1+f2）合成為（f1+f2+f3）信號；f4信號通過3dB定向耦合器和帶通濾波器后，再經3dB定向耦合器與（f1+f2+f3）合成，總輸出（f1+f2+f3+f4）信號，最后經饋線送到天線發射。數字電視四工器應滿足如下技術指標要求：輸入端口反射系數大于26dB；輸入窄帶端口到寬帶端口隔離度大于50dB、寬帶端口到窄帶端口隔離度大于35dB；中心頻率f0插入損耗小于0.5dB；f0±3.8MHz頻率小于0.7dB；f0±4.2MHz頻率抑制度大于4dB；f0±4.2MHz頻率抑制度大于40dB。其中心頻率f0為電視頻道所占帶寬的中心頻率。為滿足上述各項技術指標，保證多工器正常工作，需對其進行如下維護。3.1控制多工器的外部溫度。由于機房環境溫度升高或多工器工作中溫度升高，會造成濾波器溫度上升，由于熱脹冷縮的原因，溫度每升高1℃，濾波器的諧振頻率降低20kHz左右。當濾波器溫度上升30℃時，它的整個通帶頻率將向低漂移600kHz左右，多工器無法正常工作，因此，數字多工器中的帶通濾波器溫度的穩定性非常重要。同時，較高的溫度也會降低多工器連接件的機械強度，造成3dB耦合器和帶通濾波器接口處同軸饋線的連接件變形。因此，在多工器運行過程中，應定期測試工作環境的溫度，通常要求溫度的上限在30℃左右，一旦發現工作環境溫度的異常或多工器表面金屬溫度過高，都應采取相應的冷卻措施，保證多工器在正常的溫度下進行工作。3.2保證多工器器件具有足夠的機械強度。除了溫度過高會影響多工器的機械強度外，另一個重要因素是各個機械加工件是否能滿足足夠的承重和機械強度。（1）通常腔體濾波器各腔之間是通過耦合窗實現電耦合，在腔體之間的金屬隔板之間開窗，使得腔內能量之間能夠相互耦合（見圖3），但金屬隔板的厚度不夠或耦合窗口過大，都會導致因其機械強度不夠，都會使得濾波器腔體上側金屬板和腔內耦合板承受更大的重力，很容易使其變形。（2）腔體濾波器除了可以調節腔內諧振柱實現頻道的轉換外，更多的是將濾波器輸入輸出端口激勵設置成可調結構，以配合諧振柱調節，這樣做，使得可調范圍和靈活性變大。對于耦合器及各組件安裝在濾波腔體側面的情況，輸入輸出端口處的處理，通常都是將外部同軸饋線的內導體延伸進濾波器腔體內一段距離后，再連接激圖7數字電視四工器連接圖勵器件（比如可旋轉金屬環或金屬板等），這樣會導致延伸進腔體的內導體需要承受激勵器件的全部重力，并且在調節過程中，也會受到輕微變形產生的應力。由于內導體的尺寸有相應的標準限制（內外導體尺寸通常固定），這就要求激勵器件不能過大或過小，過大會導致內導體產生變形甚至斷裂；過小會使其失去調節作用，并且降低了濾波器的可調范圍。3.3確保各連接件之間連接緊密。對于多工器加工后的組裝，應保證各器件之間連接的緊密性。濾波器與耦合器之間同軸饋管及連接組件應確保連接緊密，否則會導致射頻信號能量泄露和多工器指標變差。通常濾波器和耦合器都設有微調諧柱，通過在諧振腔和耦合器外壁開小孔并內插可調螺柱達到微調指標性能的作用。微調柱過多或由加工誤差引起的螺柱小孔螺紋未能緊密結合，都會導致信號能量的泄露，并且會降低多工器的功率容量；若多工器與天線的饋電部分連接不夠緊密，同樣也會導致信號能量的泄露及多工器的隔離度指標變差。因此，在調試之前，應首先要保證各連接件的緊密性，避免在能量泄露的情況下，調試多工器的性能指標。3.4統調多工器指標。多工器的調試過程，應注意先后順序，首先要對濾波器和耦合器的指標進行調試，濾波器可調性大，通常只需調節諧振柱與輸入輸出端口激勵環便能達到指標要求；耦合器加蓋封裝后，可直接調節的器件只有微調螺柱，微調螺柱主要影響耦合器直通端和耦合端的插入損耗指標，并且其影響較?。辉诮M裝連接后，應由天線端口向輸入端口逐級進行調試，并保證所有的連接點螺釘緊固，這樣一旦發現指標不滿足要求或射頻泄露，便于查明原因。在保證上述測試調試過程無誤，且各項指標滿足要求的條件下，再對多工器進行整體測試，一般地，反射指標和端口隔離度指標若有頻帶偏差或未能達到要求，除了檢查各連接口緊密性和調整吸收負載外，應主要調整濾波器單元，改善整體的測試指標。

4結束語

多工器在數字廣播電視發射系統中具有廣泛的應用，選用合適的多工器能夠增強發射系統的覆蓋范圍，提高天饋系統的工作效率。本文針對多工器的基本結構和原理進行分析，并從多工器的維護方法入手，對多工器后期維護維修等問題進行了探討，現提出如下三點注意事項。（1）要選用合適的多工器結構，有利于組裝，避免在調試過程中，遇到不必要的問題，減少后期調試維護的時間周期。（2）多工器的維護和調試過程較為簡單，要確保多工器工作的外部環境溫度的正常以及通風性能良好，要定期對多工器進行維護及性能測試，確保多工器的正常運行。（3）要熟悉多工器后期調試及維護流程，只有這樣，才能有效發揮多工器的作用，對系統進行更合理的維護和管理，確保數字廣播電視信號的傳輸發送。

作者:劉淑文 單位:遼寧省廣播電視中心發射臺