Повышение выходной мощности ТВ передатчиков

В телевизионных передатчиках с выходной мощностью более 1 кВт используется раздельное усиление радиосигналов изображения и звукового сопровождения с последующим их сложением в антенне с применением диплексеров на трехдецибельных уравнительных мостах [2] (рис. 5.1). Здесь HOI и Н02 — первый и второй направленные ответвители (трехдецибельные уравнительные мосты), Нс, — балластное сопротивление, А — антенна телевизионного передатчика, Риз и Рзв мощности радиосигналов изображения и звукового сопровождения, подаваемые на соответствующие входы диплексера, С и L — емкости и индуктивности режекторных фильтров, настроенных на среднюю частоту радиосигнала звукового сопровождения.

Физика работы диплексера заключается в следующем. Радиосигнал звукового сопровождения попадая на HOI делится поровну между выходами 3 и 4, достигая режекторных фильтров, отражается от них и складывается в фазе на выходе 2. Радиосигнал изображения делится поровну между выходами 5 и 6 Н02, достигает Н01, складывается на нем и попадает в антенну. Так как добротность ре-

Диплексер на трехдецибельных уравнительных мостах жекторных фильтров конечна, часть мощности сигнала изображения поглощается этими фильтрами

Рис. 5.1. Диплексер на трехдецибельных уравнительных мостах жекторных фильтров конечна, часть мощности сигнала изображения поглощается этими фильтрами. По этой же причине часть мощности сигнала звукового сопровождения уходит в балластное сопротивление. Из физики работы следует, что режекторные фильтры должны быть настроены на частоту радиосигнала звукового сопровождения.

Использование диплексера обусловлено необходимостью выполнения требований ГОСТ [44], в соответствии с которым уровень любого побочного (внеполосного) радиоизлучения телевизионных передатчиков с выходной мощностью более 25 Вт должен быть не менее чем на —60 дБ ниже пиковой мощности радиосигнала в синхроимпульсе. Развязка между входом радиосигнала изображения и входом радиосигнала звукового сопровождения диплексера достигает 25...30 дБ [14], что препятствует образованию интермодуляционных искажений и появлению внеполосных излучений.

В ТВ передатчиках с выходной мощностью менее 1 кВт раздельное усиление не используется, что обусловлено большими размерами и стоимостью применяемых в настоящее время диплексеров.

Однако совместному усилению присущи три основных недостатка [2]. Во-первых, пиковая мощность, на которую должны быть рассчитаны выходные каскады передатчика, должна быть в 1,73 раза больше пиковой мощности радиосигнала изображения. Во-вторых, пульсация амплитуды выходного сигнала приводит к уменьшению КПД усилителей мощности передатчиков минимум в 1,54 раз. В-третьих, в 3...4 раза повышаются требования к линейности тракта, что приводит к необходимости использования транзисторов усилителей по мощности на 20...25 % [13, 45]. В этом случае интермодуляционные помехи на выходе передатчиков соответствуют уровню —35...—25 дБ [45]. Для уменьшения уровня внеполосного излучения до —60 дБ применяются полосовые фильтры, поглощающие 15...20 % выходной мощности передатчика [2].

Потерь мощности, обусловленных применением полосовых фильтров и низким коэффициентом использования транзисторов усилителей по мощности в ТВ передатчиках с выходной мощностью до 1 кВт, можно избежать при их построении по схеме с раздельным усилением радиосигналов изображения и звукового сопровождения на основе использования малогабаритных диплексеров, выполненных на малогабаритных низкодобротных режекторных фильтрах и малогабаритных направленных ответвителях.

В [31] для уменьшения габаритных размеров направленных ответвителей предложено выполнять их связанные линии в виде спиралей, намотанных на пластмассовом каркасе с запрессованной внутри него медной трубкой с продольной щелью. Ответвитель при этом образуется несимметричными связанными линиями и экраном, роль которого выполняет медная трубка. Пластмасса играет роль диэлектрика, увеличивающего погонную емкость линии. Расстояние между проводами линий, а также расстояние от проводов до экрана выбираются из соображений обеспечения требуемых величин волновых сопротивлений линий. Благодаря применению разрезанного экрана и одинакового шага намотки связь между линиями резко возрастает за счет наличия взаимной индукции между близлежащими витками. Это обстоятельство позволяет варьировать коэффициентом ответвления мощности вплоть до 0,7...0,8 дБ. К недостаткам такого построения направленных ответвителей следует отнести невозможность заземления экрана вдоль всей его длины и трудность настройки коэффициента ответвления мощности на заданной значение, которая достигается изменением длины продольной щели трубки экрана.

Указанные недостатки отсутствуют в модифицированном направленном ответвителе, описанном в [14, 33]. Направленный ответвитель выполняется из двух изолированных проводов, намотанных с одинаковым шагом на цилиндрический изолятор. Изолятор помещается в заземленный металлический цилиндрический экран, имеющий продольную щель вдоль всей длины и плотно обжимающий намотанные на изолятор провода. С помощью регулировки длины продольной щели металлического экрана достигается требуемый коэффициент ответвления мощности.

Как показано в [4, 33], реализация раздельного усиления позволяет увеличить коэффициент использования транзисторов усилителя ТВ передатчика в 2...3 раза. Кроме того, в этом случае отпадает необходимость использования полосовых фильтров. Исходя из выше сказанного, можно сделать вывод о целесообразности применения малогабаритных диплексеров в усилителях ТВ передатчиков как метрового, так и дециметрового диапазона волн.

В связи с переходом на цифровое телевизионное вещание актуальность использования малогабаритных диплексеров в телевидении уменьшается. Однако задача работы двух независимых передатчиков на одну антенну остается актуальной и осуществляется различными способами [2, 21, 27]. Наиболее просто эта задача решается с использованием малогабаритных диплексеров на трехдецибельных уравнительных мостах.

С целью обоснованного решения о целесообразности использования диплексера для работы двух независимых передатчиков на одну антенну рассмотрим влияние расстройки между частотами радиосигналов передатчиков на потери мощности в диплексере, обусловленные низкой добротностью режекторных фильтров.

Потери в режекторных фильтрах обусловлены тангенсом угла потерь конденсаторов и активной составляющей сопротивления катушек индуктивности [46]. Поэтому для изготовления режекторных фильтров были выбраны конденсаторы с воздушным диэлектриком и катушки индуктивности, выполненные из залуженного медного провода. В результате экспериментальных исследований установлено, что добротность режекторных фильтров, выполненных на указанных элементах как в метровом, так и в дециметровом диапазоне волн оказывается не хуже чем 380...420 [32].

Используя формулы из [32] и полагая добротность режекторных фильтров равной 400, определим зависимость необходимой относительной расстройки между частотами радиосигналов передатчиков от заданных допустимых относительных потерь мощности передатчиков в диплексере и требуемые нормированные значения элементов режекторных фильтров:

где Qq = Aw/wo — относительная расстройка между частотами радиосигналов передатчиков; Аш — абсолютная расстройка; cjq — резонансная частота режекторных фильтров; ДР — относительные потери выходной мощности радиосигналов первого и второго передатчиков, обусловленные использованием диплексера; Ьн, Си — нормированные относительно волнового сопротивления антенно-фидерного тракта Яд и ujq значения элементов режекторных фильтров.

Из соотношения (5.1) и результатов экспериментальных исследований рассматриваемого диплексера следует, что при относительной расстройке двух передатчиков 7 % потери мощности в диплексере не превышают 10 %, а при расстройке 20 % составляют около 5 %. Реальные потери мощности в известных устройствах сложения составляют примерно 5...10 % [2, 27]. С учетом этого можно рекомендовать применение малогабаритного диплексера для сложения мощности двух передатчиков, если относительная расстройка между частотами сигналов передатчиков больше 5...20 %.

Пример конструктивной реализации малогабаритного диплексера

Рис. 5.2. Пример конструктивной реализации малогабаритного диплексера

Для примера на рис. 5.2 приведена фотография диплексера 5-го канала телевидения. Методика изготовления и настройки, рассмат- риваемв1х диплексеров с учетом требований ГОСТ [44], подробно описана в [33].

Обкладки конденсаторов режекторных фильтров диплексера, подключаемые к выходам направленных ответвителей, изготовлены из латунной фольги толщиной 0,5 мм. Обкладки конденсаторов режекторных фильтров диплексера, подключаемые к катушкам индуктивности, изготовлены в виде тонких пленок, напыленных на двухмиллиметровые керамические подложки. Использование вместо керамики стеклотекстолитовых пластин приводит к их выгоранию из-за больших напряжений на конденсаторах режекторных фильтров, поскольку эти напряжения в величину добротности превышают напряжения, приложенные к режекторным фильтрам. Индуктивности режекторных фильтров изготовлены из залуженного медного провода диаметром 1,8 мм и экранированы для исключения влияния крышки диплексера на его характеристики. Точная подстройка режекторных фильтров на заданную частоту осуществляется с помощью заземленных металлических штырей, которые видны на фотографии и вводятся в области соединения конденсаторов и индуктивностей фильтров.

Настойка диплексера заключается в следующем. Вначале регулировкой длины продольной щели металлических экранов HOI и Н02 добиваются того, чтобы коэффициент ответвления мощности каждого из направленных ответвителей был равен 0,5. При заданной абсолютной расстройке Дог относительная расстойка По будет больше при выборе резонансной частоты режекторных фильтров равной меньшей из частот передатчиков. Поэтому в качестве первого передатчика выбирается передатчик с меньшей частотой радиосигнала (на рис. 4.8 это усилитель радиосигнала звукового сопровождения), и режекторные фильтры настраиваются на указанную частоту. После этого измеряются потери мощности по каждому из входов диплексера.

Если требуется уменьшить потери мощности первого передатчика, следует увеличить емкости конденсаторов режекторных фильтров и уменьшить номинал катушек индуктивности, и наоборот. Затем измеряется развязка между входами диплексера, которая должна быть не менее 25...30 дБ. С помощью изменения в небольших пределах длины продольной щели металлических экранов HOI и Н02 можно дополнительно увеличить развязку на 5...10 дБ. Это необходимо для уменьшения уровня интермодуляционных составляющих в спектре сигнала излучаемого антенной.

Для примера осуществим проектирование диплексера при условиях: волновое сопротивление антенно-фидерного тракта IL — 50 Ом; частота радиосигнала первого передатчика Д 151 МГц, частота радиосигнала второго передатчика /2 = 169 МГц.

При настройке режекторных фильтров на частоту Д относительная расстройка По — (/2 — /i)//i = 0,12. Из (5.1) получим, что указанному значению По соответствуют относительные потери мощности передатчиков в диплексере АР = 0,073. Используя (5.2), найдем: Ьи 7,726; Сн = 0,129. Денормируя полученные значения элементов диплексера, определим: С = C„/(/?a27t/i) = 2,73 пФ; L — LISR/(2~fi) — 407 нГн. Для изготовления направленных ответвителей может быть использован провод марки МГТФ 1x0,5. Требуемая длина каждого из двух проводов изготавливаемого направленного ответвителя может быть рассчитана по формуле (3.4). В нашем случае /ц — (Д + /2)/2 — 160 МГц и требуемая длина каждого из двух проводов d — 0,44 м.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >