调频发射机基础2012.ppt

广播电视发射设备基础,内容提要,基础知识 广播、电视业务 无线电波频谱 全固态发射设备组成 功率放大器 信号调制 频率合成技术 预失真校正技术 声音预加重技术 S/N加权测量技术 FM立体声广播发射机 音频信号 双声道立体声FM广播,数字音频信号 FM立体声发射机技术指标 VHF/UHF TV发射机 TV发射机的发展 基本电视标准 电视发射机常用名词术语 视频信号 残余边带(VSB)调幅 TV发射机类型 电视发射机视频指标,基础知识,广播、电视业务,卫星电视业务 工作频段-微波(10~12GHz) 有线电视业务 工作频段-VHF、UHF(40MHz~1000MHz) 无线广播、电视业务 短波无线广播（SW，3~30MHz） 中波无线广播（AM, 530~1600KHz） 调频无线广播（FM, 88~108MHz） 电视无线广播（VHF、UHF, 47~230MHz）,无线电波频谱(1),无线电波频谱(2),全固态发射设备组成,信号处理部分： 音频、视频信号处理 预失真校正器 信号调制 变频器 RF部分： RF放大器 分配器 合成器 输出滤波器 定向耦合器,冷却系统 强迫风冷 液体冷却 电源 放大器电源 控制电源 控制与显示： 系统逻辑控制 各种参数的显示 系统保护 机箱,功率放大器,按使用的器件区分： 真空管放大器： 电子管 速调管 IOT管 晶体管放大器 双极性晶体管 MOS晶体管 LDMOS晶体管,LDMOS晶体管特点 可以承受较高的VSWR,通常为(10:1) 增益高,典型值为13dB 饱和曲线平滑，有利于RF信号放大 可承受较大的过激励功率 偏置电路简单，无需温度补偿．,功率放大器,按工作状态区分： 甲(Class A)类放大器 线性好，效率低 常用于TV发射机的推动级 甲乙(Class AB)类放大器 常用于TV，FM发射机的末级 乙(Class B)类放大器 线性比A类好，效率有所提高 FM发射机的末级可以使用 丙(Class C)类放大器 丁(Class D)类放大器….. A, AB, B, C, D……类放大器，后面比前面效率高，前面比后面的线性好,信号调制,一个正弦信号可以表示为：a(t)=Asin(t+) 正弦信号三要素： 幅度Ａ 频率 相位 调制：用需要传输的信号去改变载波（正弦）信号三要素的其中之一： 改变幅度：调幅(AM) 改变频率：调频(FM) 改变相位：调相(PM),频率合成(PLL)技术,常用于发射机振荡器电路的一种技术，由4部分组成 频率参考(Fr) 鉴相器(PD) 环路滤波器(LP) 压控振荡器(VCO) 频率合成器（锁相环）方框图：,预失真校正技术,校正ＡＢ类放大的非线性失真 理想放大器输入／输出特性为一条直线,声音预加重技术,原理 调频段的噪声多为高音频段的噪声 节目内容高频段能量较低 在发射机中将高频段信号人为按一定规律加大调制 在接收机内也按规律加入高频衰减网络 抑制高频段FM噪声, 改善信噪比, 节目内容未改变 预加重网络幅频特性: F()=[1+(/ 0)2]1/2 0幅度变化3dB频率 =1/ 0,规定了就确定了0 国际上有两种常用标准： =50us, =75us,S/N加权测量技术,S/N测量 dB=20*lg(信号幅度／噪声幅度） 加权测量 视频加权测量网络：具备高频衰减特性 测量结果更符合人们感官,视频加权测量： 视频(6MHz)内杂波对图像的损伤与杂波频率有关； 低频杂波对图像损伤更严重 统一加权网络： 模拟人眼对杂波的主观感觉随频率变化而设计 测量结果更符合实际视觉效果． 加权与加重 加权：weighted 加重：pre-emphasis,工程单位,dB：工程上的一个常用表示相对值单位 功率增益:（dB)=10*lg(po/pi) 电压增益:（dB)=20*lg(Uo/Ui) S/N: (dB)=20*lg(信号电平/噪声电平） dBm：取１mw为参考电平，其它功率值与之相对值 dBm=10*lg(p/1mw) dBw：取１w为参考电平，其它功率值与之相对值 dBm=10*lg(p/1w) dBw=dBm-30,发射机类型,电子管发射机： 优点：线性好，效率较高，价格低 缺点：寿命短，维护费用高，风冷噪音大 速调管发射机： 优点：功率增益高，寿命长，输出功率高 缺点：线性差，需复杂的校正系统；体积大，价格高，维护费用大 IOT管发射机： 综合电子管和速调管的优点 全固态发射机： 优点：可靠性高、维护量小、维护费用低，噪音小 缺点：输出功率小，线性差、价格高,性能比较,全固态发射机,全固态发射机：设备的所有功率放大器采用晶体管放大器它是真对真空管（四极管、速调管、IOT）发射机而言 采用并联冗余设计，部分组件故障可以不停机，停播率大大降低 寿命长，降低维护费用 冷却方式通常为风冷，制造、维护容易 大功率设备价格较高 随着晶体管工艺的发展，单管功率增大，价格降低，所以全固态设备是广播电视发射设备的未来发展方向 全固态设备核心技术是：功率放大组件、大功率合成器、和非线性失真校正,FM立体声广播发射机,FM发射机,FM发射机外部接口,FM发射机,FM发射机接口类型,音频信号（１）,模拟音频信号 耳朵能感觉到音频信号频率范围：20Hz~20KHz，通常在30Hz~15KHz左右，高于20KHZ信号很少能感觉到 AM发射机信号频率范围 10KHz FM发射机信号频率范围15KHz 普通电话机信号频率范围3KHz 信号频率与音质关系 频率越高，音质越好，但传送需要RF频带宽,音频信号（２）,数字音频信号 模拟信号数字化普遍采用PCM方法，通过三个步骤来完成 取样：每隔一段时间抽取一个信号样值 量化：通过“四舍五入”的方法将模拟信号转换成数字信号的过程 编码：按照预先规定的数值计算方法，把量化了的取样值表示成这种数值的计算式下的数 A/D转换过程参考下图:,音频信号（３）,数字音频信号接口标准 AES/EBU：原始数字音频接口标准，特性阻抗为110 ohm，传输线为双绞线。 AES3：最新数字音频接口标准，特性阻抗为110ohm，传输线为双绞线。 S/P-DIF：Sony/Phillips数字音频接口标准，特性阻抗为75ohm. AES3-ID：专业设备接口标准，特性阻抗为75ohm. AES3-IE：光纤接口标准。,音频信号(4),取样频率是数字音频设备的一项重要指标 目前数字音频设备采用的取样频率：32KHz、44.1KHz、48KHz FM立体声广播音频最高频率：15KHz 按Nyquist理论取样频率30KHz 44.1KHz取样频率可以满足20KHz音频信号要求 两台数字设备连接,如果取样频率不同, 需要加转换设备,双声道立体声FM广播,导频制立体声音频信号传输 L/R两声道，频率范围30Hz~15KHz 将L、R信号编码，形成一个复合信号 和信号：M=L+R 差信号：S=L-R M、S信号保持全部信号的频率成分30Hz~15KHz 传输M和S信号，而不是L、R信号 编码方法 将M信号作主信道 S信号调制到38KHz副载波上（调幅），并对38KHz进行抑制，得到副信道 主、副信道进行合成，再插入一个19KHz导频信号，形成FM立体声信号的基带信号。,双声道立体声ＦＭ广播,FM立体声基带信号频谱,FM立体声性能 立体声分离度：S=20*log(ABS(L/R)) (dB), 其中L、R是只有左声道输入时，左、右声道的输出电压。 L=1/2*（M+S），R=1/2*（M-S），所以只有M、S信号完全同频、同相时，S=0，立体声分离度为无穷大。,双声道立体声ＦＭ广播,信号传输：将立体声复合信号调制（FM）到主载波上，形成RF信号，用放大器放大到额定电平，通过天线发射出去． 信号接收： 立体声收音机接收节目是发射的一个逆过程，解调－解码－恢复出L/R信号 单声道收音机内部无解码器，通过处理只接收到M信号，不能恢复出L、R信号，因此无立体感 导频制FM方式实现了单声道收音机与立体声收音机接收节目时的兼容性,FM立体声广播发射机,方框图,FM立体声发射机技术指标,信号输入 L/R输入: 接口/电平/阻抗 MPX输入：接口/电平/阻抗 MONO输入:接口/电平/阻抗 SCA输入：接口/电平/阻抗 RF输出 功率 接口 阻抗 频率范围：88~108MHz 残波辐射：<60dB(1mw),音频指标 振幅－频率响应：40dB 信噪比：>60dB 工作条件 工作电压 环境温度 海拔高度 环境湿度,VHF&UHF电视发射机,TV发射机的发展,发展史 早期：黑白电视发射机 目前：彩色电视发射机 将来：数字HDTV发射机 发展现状：电子四极管、速调管、IOT管和全固态发射机四种机型并存 电子四极管：中、小功率，多采用高压风冷方式 速调管：大功率，UHF，采用水冷方式 IOT管：大功率，UHF，采用水冷方式 全固态：中、小功率，多采用风冷方式 发展趋势：全固态化,基本电视标准,彩色制式,目前世界上存在三种彩色制式 NTSC, 1948 PAL, 1961 SECAM, 1957,电视发射机(1),电视发射机外部接口,电视发射机(2),发射机外部接口类型,电视差转机(Transposer),接收一个频道RF信号，将频率变换到另一个频道（RF），再经过放大器放大到额定电平 FRF1FRF2 同一波段至少隔一个频道（VHF）,电视发射机常用名词术语（１）,常用名词 视频信号-VIDEO 音频信号-AUDIO 中频信号-IF 射频信号-RF 图像信号-VISION 声音信号-SOUND 激励器-EXCITER 放大器-AMPLIFIER 推挽放大器-PUSH-PULL AMPLIFIER 功率放大器-PA,分配器-DIVIDER、SPLITER 合成器-COMBINER 调制器-MODULATOR 低通滤波器-LOW PASS FILTER 带通滤波器-BAND PASS FILTER 陷波器-NOTCH FILTER 双工器-DIPLEXER 定向耦合器-DIRECTIONAL COUPLER,电视发射机常用名词术语（２）,常用名词 本机振荡器-Local oscilator 变频器-Up converter 自动电平控制-ALC 自动增益控制-AGC 集成锁相环路-PLL 全固态发射机-Solid state transmitter 预加重-Pre-emphasis 微分增益失真-DG 微分相位失真-DP 互调失真-IMD,群时延失真-Group delay 亮度非线性失真-Luminance non linearity distortion 谐波失真-Harmonic distortion 频率调制(调频)-Frequency modulation (FM) 幅度调制(调幅)-Amplitude modulation (AM) 残余边带-Vestigial SideBand (VSB) 图像－声音共放-Vision/sound combine ampliation 图像－声音分放-Vision/sound split ampliation,视频信号,彩色全电视信号（视频信号）由以下几部分组成： 由亮度信号 色度信号 色同步信号 复合同步信号 参数 信号带宽：6MHz 信号幅度：1Vpp+/-20mV 行同步: 300mV 信号内容：700mV 色同步信号：300mV/4.43MHz,信号周期： 行周期：64us 场周期：20ms,基本常识,图像调制：VSB AM (C3F) VSB: Vestigial SideBand 节约频带40% 声音调制：FM (F3E) 接收机内图像与声音容易分离 声音载波比图像载波高6.5MHz 载波间隔 彩色副载波＝图像载波＋4.43MHz 声音载波＝图像载波＋6.5MHz RF频率范围： VHF：48.5~84MHz, 167~225MHz UHF：470~860MHz 电视标准：PAL-D,,残余边带(VSB)调幅,TV发射机类型,合放式（单通道）：图像与伴音在中频进行双工合成，然后放大到额定电平 需要线性较好的功率放大器,TV发射机类型,分放式（双通道）：图像与伴音分别放大到额定电平后再进行双工合成 需要大功率双工器,电视发射机技术指标,一般指标 输出功率／接口／阻抗 频率范围 无用发射（近带／谐波） IMD 外形尺寸 工作条件 供电电压 环境温度 海拔高度 环境湿度,视频指标 输入电平／接口／阻抗／反射损耗 线性失真 非线性失真 杂波干扰（S/N） 音频指标 频率响应 谐波失真 S/N,电视发射机视频指标,输入部分 输入接口 输入阻抗 反射损耗 输入电平 线性失真 群时延特性:+/-50ns 幅－频特性,杂波干扰 周期性杂波信杂比:>50dB 连续随机杂波信杂比:>50dB 非线性失真 微分增益失真（DG）<+/-5% 微分相位失真（DP）:<5 亮度非线性失真:<10%,