对数字电视发射机输出滤波器的讨论

成都新光微波工程有限公司，我国的数字电视地面广播标准制定后，数字电视发射机得到迅猛的发展，然而对数字电视发射机的输出滤波器、多工合成器的要求，没有正式的标准，特别是现在农村无线覆盖采用DTMB国标方案己成趋势，农村覆盖需要有较多的电视节目套数，对覆盖半径较大的系统，必须要多台大功率单频道发射机进行多工合成，一付天线发射成为最佳选择，滤波器是多工合成器的核心组成部分，它对整个发射系统技术性能指标的影响不可小视，目前国内己建成的大功率单频道发射系统中，一部分厂家多工合成器技术不过关，采用了进口多工合成器，费时费钱不划算，大家对于输出滤波器、多工合成器的要求说纷纭，我们在实践中感到有些用户的要求不太实际。我想通过本文（以讨论滤波器为主）发表一点自己的看法，与大家一起进行讨论。

数字电视发射机的激励器指标应当是相当好的，经过后面的全固态功放以后，由于功率放大器及各种分配和合成网络将引入非线性失真和线性失真。并且固态功放往往是宽带特性的，要得到一个标准的频带特性，性能满足系统要求的输出滤波器是必不可少的。

现在电视发射台的天线塔上各种电视和调频发射天线装得满满的，再想增加数字发射频道的天线已经非常困难，因此采用双工器、多工器使多部发射机共用一个发射天线的用户越来越多。对这些大功率数字合成网络应该有些什么要求，也是没有标准可循。然而，这些合成网络的性能主要取决于数字系统用滤波器，所以认真讨论一下对滤波器的要求是很有必要的。（为了区别于利用数字技术实现数码流的滤波，我们把这些发射机输出线性滤波器暂称为“数字系统用滤波器”吧，本文就略称为滤波器。）

输出滤波器应当是一个工作在要求的频带内的带通滤波器，应满足要求的功率容量，在通带内应满足一定的带宽要求，而且应有尽量小的振幅波动和尽量小的时延。对于数字电视还要求过渡带尽量陡峭，阻带要满足特定的衰减量。

主要性能：

1.0滤波器的功率容量。

数字电视发射机功率是以带内平均功率计量的，所以输出滤波器也应当以能承受多少平均功率来定义它的功率容量。然而这“承受”两字就缺乏一个科学的数量概念。在实践中似乎存在两种理念。一种是滤波器本身有较好的温度补偿装置，它就允许加较大的RF功率，允许有较大的温升，只要其曲线设有多大的漂移，即使外壳都烫手也是允许的。我见过某些进口系统就是这样。

第二种是用户要求插入损耗尽量小，而且要求加额定功率后，不能有烫手的感觉。没有数量级概念。看来只有规定加额定功率后最大温升为多少度，才能以数据说明问题。有的用户甚至提出不准许合成系统加冷却措施，这一点是不是一种过于苛刻的要求。我见过R/S的20KW发射机的输出滤波器就加液冷！

对于采用一端短路一端开路的中小功率同轴谐振腔式滤波器其功率容量主要取决于外导体腔的大小，而内导体的直径则由选定Q值而决定的。一般外腔越大插入损耗容易作的小些，承受功率也大些。（这里不涉及大功率的圆柱波导型滤波器）。滤波器的功率分档是按发射机的输出功率而定的。常用的有：

20W,50W,100W,300W,500W,1KW,1.5KW,2KW等等。这个系列应当也有标准才行。

对滤波器承受射频功率的定义，我建议以:加额定射频功率，工作一小时以上，滤波器的温度达到动态平衡以后，用点温计测出温度最高点，与当时室温差就是“最大温差△t”。当滤波器的温度稳定性达到2KHz/K°时，△t≤15°C,滤波器应当是能稳定工作的。这种用数据说话的定义，比用手摸应当说是科学一点，不知大家有何异议？可以发表出来讨论。α

对数字电视用滤波器除了考虑对数字平均功率的承受能力之外，还要看到，数字电视信号的峰—平比大，我国的DMB-T的峰—平比为7dB(5倍)。也就是说1KW数字滤波器要考虑承受的最大峰值功率达5KW！因此在接插件的选用和内部打火距离的考虑都要认真设计，否则很有可能造成高频拉弧。

2.0插入损耗

滤波器插入损耗定义为在中心频率点f。点的插入损耗值。其大小与工作频率有关，例如SPINNER公司的在UHF工作的滤波器（型号为BN61,63,67），在UHF低端470MHz时插入损耗为≤0.45dB，而到高端860MHz则插入损耗只能作到≤0.65dB.

插入损耗值也与功率容量有关，功率容量越大腔体内外导体也越大，例如SPINNER公司的2.5KW滤波器（BN61.63.17）在低频端可以作到≤0.45dB，而200W滤波器（BN61.63.66）却只能达到≤0.9dB.

插入损耗值与设计好坏和制造工艺有密切的关系。腔体的损耗包括有腔体电流流过导电表面的欧姆损耗，接插件和调谐元件的接触电阻损耗，焊接质量引入的损耗.还有腔体不适当的介质，也会引入介质损耗。有一次我们试图用聚四氟乙烯棒将FM腔体很长的内导体支撑起来，结果插损明显地增加了0.07dB。一个设计正确的滤波器一定要有正确的加工工艺保证。电镀质量、调整质量都要得到保证才能得到较低的插入损耗。我们曾经遇到，同一份设计图纸在不同厂家制造，插入损耗差别很大。经过长期考验，认为科圣公司加工的滤波器质量比较稳定。

3.0带内频谱不平坦度

在数字电视的有效带宽内，频响特性与发射机（含激励器）的线性失真和非线性失真都有关系，带内不平坦度最终要影响数字电视的误码率（BER）。激励器虽然带有线性和非线性失真的校正，但系统希望滤波器能满足规定的指标。

在国家标准：“数字电视地面广播传输系统帧结构，信道编码和调制”（GB20600—2006）的4.10.1频谱特性，图17中没找到“射频有效带宽”。仅在介绍DMB-T/H融合方案时有“信号带宽统一为7.56MHz”这种提法。“地面数字电视广播发射机性能能测试方法”（GY/T229.4-2008）中4.4.3.1规定“射频带内频谱不平坦度（[FS:Page]f。±3.591MHz）应在±0.5dB以内”。看来实际的信号带宽满足7.182MHz已够用了。在“移动多媒体广播发射机技术要求和测量方法”（GD/J020-2008）的4.5.7规定为：射频有效带宽7.512MHz。

为了让各种制式的数字电视都能顺利地通过输出滤波器（或各种多工器），数字电视滤波器的有效带宽定为7.56MHz较为合理。在f。±3.78MHz内,不平坦度调到±0.5dB是能达到的。对发射机而言是可定为≤±0.5dB。但我还没见过滤波器带内调整为+0.5dB的。有人认为测f。±3.8MHz时≤-1dB。但从有效的带宽的定义出发还是测f。±3.78MHz内≤-0.5dB。能体现这个“带内”的定义。

4.0输入匹配——滤波器输入、出阻抗都是50欧姆。

有关匹配从国外资料看驻波比一般都取VSWR≤1.22。实际与功率等级和调整的认真程度有关。大功率滤波器的输入装置结构较为复杂，级间耦合也可微调，调整也相对要仔细一些，一般都可以达VSWR≤1.1（5，少量的可达VSWR≤1.1--栅除）

5.0选择性

5.1频谱边沿选择性

在电视频道带宽之外的频谱能量，主要依靠合适的滤波器进行抑制。

国标GB20600-2006的带外谱模板有两种，一种是不严格模板：当数字发射机和模拟发射机（PAL制）位于同一个发射台，并且数字电视发射机使用的频谱位于模拟电视发射机的上邻频或下邻频时，可使用不严格模板。这里两者都是同功率等级的发射机。如果发射功率不同需按比例进行修正。另一种是严格的模板：当数字电视信号的相邻频道用于其它服务（如更小发射功率）时，需要更高带外衰减的即严格的模板。

对上面两段文字分析后可见：无论“严格”或“不严格”都是针对同一个发射台的上下邻频而言，只是被干扰的发射机的类型和功率相差很大，邻频与隔频没有特别提要求。

国标两种模板和移动多媒体广播发射机的一种模板的转折点数据见表一、表二、表三。

（都是在仪器参考带宽4KHz的数据）。

数据

这里应当说明一下：无线电发射设备的杂散发射参考带宽按国际电联ITU-RSM.329-8文件规定为4KHz。所以国标GB20600-2006的带外频谱模板都

是按测试仪器的参考带宽为4KHz时测得的。但是我们用网络分析仪或频谱分析仪看带内频响，兼测带外频响时，往往是对应电视有效带宽在仪器参考为10MHz或20MHz等条件下测试，两种方法应有一个加权系数：

㏒（f/0.004）

其中△f和参考带宽单位都为MHz。若△f=7.56MHz则=32.764dB≈32.8dB.如果在带宽20MHz的网络分析仪上测出±4.2MHz的频谱值为-36dB（这是对发射机的基本要求）对带外频谱值应再增加一个加权系数即可：

A=36dB-=-36dB-32.8dB=-68.8dB

针对±4.2MHz这两点有关。对于多媒体模板的要求:-72dB,则有

A1=-7（-68.8）=-3.2dB这个值就只有靠滤波器去滤除了。

对于国标严格模板：△A2=-83-（-68.8）=-15.2dB

对于△A1，一般6腔带交叉反馈的带通滤波器可达±4.2MHz时衰减-4dB。但对△A2，即使采用8腔带交叉反馈的滤波器也只能达到-8d(见SP1NNER公司的BN616341型的数据)。8腔带交叉反馈的带通滤波器我们还没有试制过，所以我们只能暂时承担不严格模板要求的频道规划的产品。不知国内哪个企业能生产在±4.2MHz时衰减-15.2dB的滤波器？这里应当再补充一点有关交叉反馈的内容。数字电视滤波器如果不采用交叉反馈,±4.2MHz的选择性根本不可能达到-4dB,所以它是数字滤波器必备的，可以采用电容反馈和电感反馈，仔细调整其耦合程度可以达到最佳的选择性，但是有一个矛盾的地方:耦合越紧，选择性越好。但两边的鼓包凸起越高，这样使±6MHz附近的选择性变坏了。见图1,希望有第二个吸收点正好吸收在第一点产生的鼓包上。但是在同轴谐振腔滤波器中还没找到这样的结构。只有在双模圆柱型谐根腔滤波器中有这样两组吸收点。

说明

5.2邻近频道选择性

邻近频道的选择性主要指±6MHz——±12MHz之间的频谱值应达到国标或部标的频谱模板的要求值

综合上面的讨论，我觉得以“多媒体发射机的频谱模板”作为参考，在转换用参考带宽20MHz列表与SP1NNER公司给出一个表格非常接近，干脆就参考其表格暂作我们的技术要求吧。

说明

注：（1）的插入损耗值随功率等级、不同型号而定

（2）此表±3.8的值是针对6腔滤波器而定的，8腔值要加大。

5.3关于谐波抑制的讨论

电视发射机的无用发射包括相邻频道的和隔频道的无用发射，还有谐波输出（包括二次、三次等等）。数字电视滤波器可以将邻近频道的无用发射滤去，遗憾的是对二次以上的谐波的滤除却不尽理想。见图2和图3。可见低频道滤波器的二次谐波抑制还不错，三次谐波则无能为力了。对于高频道的滤波器，对二次谐波的抑制能力就很差了，所以只有整机再配一个糖葫芦式低通滤波器才行。

图(2)2OCH的谐波曲线。图(3)45CH的谐波曲线。

 [FS:Page];众所周知，同轴谐振腔的阻抗——频率特性具有多谐振性，可以在很多频率点产生并联谐振。这些寄生谐振也无法抑制，因为抑制措施往往造成主谐振腔插损加大等毛病。

所以我们只能把它当作一种缺陷公布，在UHF高频段加一个糖葫芦式低通辅助解决。

6.0带内时延差△t

带内频谱的不平坦度和时延的不均匀性都要影响系统的误码率（BER）。滤波器带内频响调的越平坦，带内的时延差也就越小，一般在频带两个边沿最大。取两者中最大的一个减去f。处的时延即为带内最大时延差。见图8。

7.0滤波器的温度稳定性

用金属材料作的同轴谐振腔即使在调整时锁紧装置都已锁牢。但由于热胀冷缩作用也会使曲线产生漂移。最主要的是内导体筒在升温时线膨胀会使频响特性向低频端漂移。采用了温度补偿以后可以减少漂移，但也要防止补偿过渡，那样升温时曲线会向高频段漂移。补偿适当才是所需要的。

SPINNER公司的温度稳定性指标：≤2KHz/K应当是可以达到的。

图(4)无温补措施，由常温升至5O度曲线向左漂移图(5)有温补措施，由常温升至7O度，曲线漂移很小。

小结

上面通过对数字电视发射机输出滤波器的技术要求的讨论，揭示了数字电视滤波器的一些特殊性，也提出了供参考的数字滤波器的指标。滤波器生产厂家承诺每台滤波器都可以按订货要求的频道调试合格並提供下述图6,图(7)，图(8)。随机出厂检验曲线。

（6、7）

（8）

基本参数从这三张曲线图中大部分都可以判读出来，只有功率容量、温度稳定性不必每个产品都测试，可以定为只在产品定型时测试。有了这些参考测试数据后用户一定会更满意的。

成都新光微波工程有限责任公司根据己有的滤波器技术，开发出了20W,50W,100W,300W,500W,1KW,1.5KW,2.5KW系列滤波器，同时形成了系列多功合成器产品，己在新疆库尔勒市、塔城地区、搏湖县、克州、巴里坤、江苏响水、四川双流等地实地应用，既有邻频合成也有隔频合成，建设实践活动中积累了一些经验，欢迎大家共同探讨，共同提高。