數(shù)字電視發(fā)射機(jī)發(fā)展技術(shù)特點(diǎn)簡析
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本文針對(duì)全球掀起的數(shù)字電視無線發(fā)射熱潮,對(duì)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(duì)著GPS跟蹤、無線互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)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(dòng),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(lì)器簡單取代模擬Vision/Sound激勵(lì)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(dòng)數(shù)字校正—實(shí)時(shí)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(dòng)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(gè)系統(tǒng)還能夠監(jiān)測和自動(dòng)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(dòng)的調(diào)整,這樣能夠保證發(fā)射出去的信號(hào)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(duì)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(hào)的過激勵(lì)和適合發(fā)射數(shù)字信號(hào),因?yàn)樗懈呒?jí)的瞬時(shí)峰值功率。LDMOS增益曲線較平滑并且允許多載波數(shù)字信號(hào)放大且失真較小。LDMOS管有一個(gè)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(duì)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(gè)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(gè)UHF波段。也就是說,一個(gè)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(tái)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(gè)UHF波段,有些需要兩種甚至三種類型的放大器覆蓋整個(gè)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(gè)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(jià)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(tái)發(fā)射機(jī)的臺(tái)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(lì)器又一般采用雙激勵(lì)器自動(dòng)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(tái)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(duì)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(shí)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(duì)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(duì)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(shí)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(gè)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(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。
具有上述新技術(shù)的數(shù)字電視發(fā)射機(jī)已經(jīng)陸續(xù)上市,從設(shè)備管理的觀點(diǎn)看,這種新設(shè)備減少資金和運(yùn)行成本;從 電視工程師的觀點(diǎn)看,這種新設(shè)備將省時(shí),能從網(wǎng)頁上查看發(fā)射機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)、進(jìn)行發(fā)射機(jī)設(shè)置。可以預(yù)見,在今后的幾年中,在我國逐步開播地面數(shù)字電視和引進(jìn)數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的過程中,上面所提及的發(fā)展趨勢將會(huì)更明顯,同時(shí)也將會(huì)出現(xiàn)更新更實(shí)用的技術(shù)。