电视与调频发送技术课程课件.ppt

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1、2009年5月14日,1,电视与调频 发送技术,2,电视与调频发送技术,内容提要,概述 图像中频调制技术与变频器 图像失真校正技术 调频立体声广播技术 固态射频功率放大器 功率合成技术与多工器 地面数字电视发射机简介,电视发射机的类型 电视发射机的组成 电视发射机的特点 调频发射机的类型 调频发射机的组成 调频发射机的特点,3,电视与调频发送技术,概述,按功率等级分(根据GY/T177-2001) 功率1kW 30W功率1kW 功率30W,4,概述,电视发射机的类型,按波段分 VHF发射机 UHF发射机,按功率放大器的类型 电子管电视发射机 速调管电视发射机功率 全固态电视发射机 IOT（感应

2、输出管）电视发射机 按图像和伴音的放大方式 分别放大式（双通道）电视发射机 共同放大式（单通道）电视发射机,5,概述,电视发射机的类型,分别放大方式（双通道）电视发射机,6,概述,电视发射机的组成,共同放大方式（单通道）电视发射机,7,概述,电视发射机的组成,残留边带幅度调制（VSB-AM）,8,概述,电视发射机的特点,固定黑色电平,9,概述,电视发射机的特点,工作在超短波波段 VHF 波段（48.584.0 MHz）（14CH） VHF 波段（167.0223.0 MHz）（612CH） UHF 波段（470.0566.0 MHz）（1324CH） UHF 波段（606.0798.0 MHz

3、）（2548CH） 800MHz以上与其他通信业务共用，现通常被规划用于GSM、CDMA等无线通信业务。 工作在超短波波段的电磁波，地波衰减很大，天波又会穿入电离层很深，以致穿出电离层而不被反射，因此，只能靠空间波传播，即以直线方式传播，所以传播距离有限，大约几十公里至一百多公里 。,10,概述,电视发射机的特点,调制极性采用负极性调制 发射机的效率和输出功率 干扰的影响 自动增益控制,11,概述,电视发射机的特点,(a)视频正极性信号,(b)视频负极性信号,(c)正极性调制已调波,(d)负极性调制已调波,峰值功率和平均功率 调制信号为全黑 电视信号（APL=0）,12,概述,电视发射机的特点

4、,伴音信号的调制方式 采用调频的优点： 为获得相同的信噪比，调频信号的发射功率可比调幅信号小很多，就可达到同样的覆盖面积。实际上，国标规定伴音发射机的输出功率是图像发射机输出功率（同步顶功率）的十分之一。 调频信号的调频指数mf大时，信噪比高，音质好。 调频信号的抗干扰能力强。 调频信号的载波幅度恒定，调频发射机的效率高。 伴音与图像采用不同的调制方式，对于减小两者之间的相互干扰很有利。,13,概述,电视发射机的特点,伴音载频、最大频偏和调频带宽的选择 伴音载频的选择 fV和fA之间的间距或者差值对任何频道都是一个定值，记为fd，则伴音载频fA=fV+ fd,14,概述,电视发射机的特点,我国

5、采用的是PAL-D制，625行/50场，视频带宽为6MHz,所以fd=6.5MHz，则fA=fV+6.5MHz。,最大频偏 最大频偏是调频波的重要参数，当最大频偏为25kHz时，其信噪比就已大大优于调幅系统，所以有些国家规定伴音发射机最大频偏为25kHz。我国电视标准规定伴音发射机的最大频偏为50kHz（调频广播得最大频偏为75kHz）。 调频带宽 调频波的带宽从理论上说是无限宽，但随着边频数量的增多幅度很快减小，所以整个调频波的能量大部分集中在载波附近的几个边频中，其他更高次边频的能量很小，可以忽略，所以调频带宽是指的有效带宽，即保留某些有效边频数的带宽。,15,概述,电视发射机的特点,调频

6、带宽的计算,16,概述,电视发射机的特点,调频波的带宽计算公式为 B=2nF n为保留的有效边频数，F为音频的最射频率，即15kHz，最大频偏为f=50kHz，所以调频指数 mf=f/F=50/15=3.3 如果保留大于1%未调制载波幅度值的有效边频数，可查得n=7，则 B=2nF=2715=210kHz,工程上经常用卡逊公式计算调频带宽，即 B=2（mf1）F =2（fF） 把参数带入可得 B=2（5015）=130kHz 实际上相当于保留大于10%未调制载波幅度值的有效边频分量。,电视发射机的射频幅频特性,17,概述,电视发射机的特点,单声道调频发射机和立体声调频发射机。 根据功率放大采用

7、的器件的不同，分为电子管发射机和固态发射机。 调频的广播波段处于VHF波段的中间，即VHF的波段（87.0108.0MHz）。 调频发射机的末级功放工作在丙类状态，以提高效率。,18,概述,调频发射机的类型,典型的立体声调频发射机组成 由立体声编码器、调频激励器、高频功率放大器（固态化功率放大器或电子管功率放大器）、谐波滤波器、定向耦合器、电源、控制及冷却系统组成。,19,概述,调频发射机的组成,立体声编码器采用国标规定的标推导频制式即AM-FM制式。调频激励器的作用是将单声、立体声复合信号或双节目基带信号用直接调频的方式调制在发射机的载频上，是整部发射机的关键部件，大部分电声指标取决于激励器

8、。调频激励器输出的射频信号经过功率放大器可达到所需要的功率，功放器件可以采用电子管也可以采用晶体管。功率放大器全部采用宽带电路，不需要调谐。,线性失真小 没有串信现象 信噪比好 能进行高保真度广播 效率高 容易实现多工广播 覆盖范围有限 “门限”效应和寄生调频干扰 多径失真,20,概述,调频发射机的特点,调频广播的特点是相对于调幅广播而言，是由于调频本身不同于调幅的许多特点决定了调频广播的优缺点。,图像中频调制技术 工作原理分析 非线性失真分析 电路参数的选择 残留边带(VSB)滤波器 变频器,21,电视与调频发送技术,图像中频调制技术与变频器,22,图像中频调制技术与变频器,图像中频调制技术

9、,晶体二极管双平衡调幅器 工作原理分析,二极管环行调幅原理电路图,u0为中频38MHz载波电压，u为调制信号电压，E0为直流偏置电压。在此电路中，为了获得良好的调制特性，要求选取u0 (u+E0)，且设D1D4四只二极管特性完全一致，工作在开关状态，两变压器B1、B2中心抽头对称。,23,图像中频调制技术与变频器,工作原理分析,当载波电压u0为正半周时，二极管D1、D2导通，D3、D4 截止，加在D1的电压uD1= u0+ u+ E0，电流i1可表示,式中，I0为载波电压u0在二极管上的产生电流脉冲峰值，I1为直流电压E0使二极管电流脉冲峰值产生增值，I2为调制电压u使二极管电流电流i1的峰值

10、随之变化的最大值，变化的规律与u相同。,D2的电压uD2= u0-u-E0，电流i2可表示为,负载电流iL=i1-i2，即,i,2,u,D2,-E,0,i,2,t,I,0,I,1,I,2,t,U,0,u,D2,= u,0,-,u,- E,0,(b),i,1,i,1,u,D1,t,E,0,I,0,I,1,I,2,(a),u,D1,= u,0,+,u,+ E,0,U,0,25,图像中频调制技术与变频器,工作原理分析,当载波电压u0为负半周时， D3、D4二极管导通，D1、D2 截止，同理可得,负载上的总电流也即整个周期的电流iL为,结论：输出频率成份为Nw0和Nw0(N=1，3，5)。 这说明利用

11、环行调幅器使它工作在不平衡状态，就可以得到所需要的带有一定载波的调幅波，偶次谐波均被抑制，频谱比较干净。,26,图像中频调制技术与变频器,残留边带(VSB)滤波器,残留边带滤波器理想的幅频特性,技术要求 通频带：32MHz38.75MHz 通带内最大衰减：AP1.5dB 过渡带：500kHz 在31.5MHz和39.25MHz处衰减：AS25dB 特性阻抗：50,27,图像中频调制技术与变频器,残留边带(VSB)滤波器,声表面波滤波器（SAWF）的结构和工作原理,自然谐振频率（或机械谐振频率）,v是声表面波的传播速度，约为3103m/s。,叉指换能器的几何形状同它的冲击响应h(t)对应，由此可

12、求得其网络函数H(j)。叉指换能器的几何形状同信号响应之间存在着一种简单的关系。,使叉指孔径（重叠）的结构形状包络与sinx/x 曲线的形状相同，即可得到接近矩形形状的振幅频率特性。,29,图像中频调制技术与变频器,变频器,根据所使用的非线性器件进行分类，可分为有源和无源两大类。无源变频器采用的非线性器件为晶体二极管，有源变频器采用的是晶体三极管或场效应管。 按变频器电路的组成形式分类，有单管变频器，平衡变频器和双平衡变频器。,变频器的组成、分类和要求 组成 分类 要求,变频损耗要小 ；失真与干扰要小 ；选择性要好,30,图像中频调制技术与变频器,变频器,与双平衡调幅器的结构完全一样，不同之处

13、仅在于： （1）输入信号不同：此处ul是本振信号电压，本振频率为fL=fV+38MHz；uIF为中频已调波信号。 （2）工作状态不同：因为电路中不加直流偏置，使其工作在平衡状态，输出频率成份为N0（N=1，3，5），就可以抑制载波。 （3）输出回路所选择的信号频率成分不同：这里输出回路所选择的是变频后的下边带信号，uRF为变频后的射频信号。,热载流子二极管双平衡变频器,群时延失真校正技术 微分增益和微分相位失真校正技术 互调失真校正技术,31,电视与调频发送技术,图像失真校正技术,32,群时延失真校正技术,群时延失真概念 群时延的定义 群时延失真及对图像质量的影响 产生群时延失真的主要环节,群

14、时延的“群”是指频率群，即多频信号，所以，群时延是指频率群信号通过网络时的时延。调幅波就是一个多频信号，当它通过网络时，不仅其中的载波会产生相时延，其包络也会产生时延，这个时延就是群时延，所以也叫包络时延。,在不同的频率处，斜率不同，即g不同，所以，在信号所占频带内各频率分量附近的群时延数值有偏差，由这种偏差而产生的失真叫群时延失真。注意：关键是偏差的大小，而不时群时延本身数值的大小。,图像失真校正技术,33,图像失真校正技术,群时延失真校正技术,群时延失真校正原理和校正方案的选择 校正原理 校正方案的选择,采用均衡的方法，设置一校正电路，使其产生与被校正电路相反的群时延特性，使总的群时延特性

15、获得均衡，即g在通带内接近一个常数（在规定的容差范围内），如图所示。,校正电路放置的位置：视频通道？ 中频通道？射频通道？ 校正电路的选择：无源全通型网络和有源全通型网络 采用有源全通型网络具有更多的优点,34,图像失真校正技术,群时延失真校正技术,时延均衡器的电路分析 LCR并联形式的基本节电路（二阶全通网络）,其中,当 时，max为虚数，没有最大值点，相当于图中Q=0.577的曲线，从=0起单调下降。而当Q0.577时，max为实数，时延特性为先升后降，出现最大值。当Q较大时，（即max0），可得时延最大值为,公式推导见书P83,35,图像失真校正技术,群时延失真校正技术,时延均衡器的电路

16、分析 LCR串联式基本节电路 （二阶全通网络） 中频群时延校正电路 用于中频通道的群时延校正电路可采用与LCR串联式基本节完全相同的电路结构，输入为中频信号，但电路元件与视频通道的彩色均衡器有所不同，一般采用集总参数的分离元件，在电路的设计上要考虑分布参数的影响。,其中，,公式推导见书P85,36,图像失真校正技术,群时延失真校正技术,彩色均衡器的电路组成举例 NEC全固态电视发射机中的彩色均衡器,发射机均衡器和接收机均衡器是由5节LCR串联形式的有源全通网络组成。,当每一节的Q值和0给定后，我们可以计算任意频率点上的总延时量:各节在这一点上时延量的和 。,37,图像失真校正技术,微分增益和微

17、分相位失真校正技术,微分增益和微分相位失真概念 DG和DP,微变传输系数：,38,图像失真校正技术,微分增益和微分相位失真校正技术,微分增益和微分相位失真概念 DG和DP失真 DG失真和DP失真对彩色图像的影响,用传输系统中整个动态范围内的DG偏差相对值和DP偏差值来表示 。,一般以黑色电平处的微分增益DGB或微分相位DPB作参考。,39,图像失真校正技术,微分增益失真校正技术,视频DG失真校正电路,日本NEC全固态电视发射机中的视频DG失真校正电路方框图,40,图像失真校正技术,微分增益失真校正技术,中频两路合成型DG失真校正电路,工作原理： 如果使放大器为非线性放大，且使信号产生黑扩张，而

18、放大器为线性放大，则合成后的信号将变成黑扩张（也叫白压缩），如图（a）所示。,如果使放大器为线性放大，放大器为非线性放大，且使信号产生黑扩张，则合成后的信号将变成黑压缩（也叫白扩张），如图（b）所示。,41,图像失真校正技术,微分增益失真校正技术,在调整DG失真时，其输出功率（同步顶功率）应保持不变，但实际上由于电路在调整黑扩张时，使输出功率发生变化，导致输出功率不稳定。为了使发射机的输出功率不随DG的调整而变化，故在DG校正之后加有AGC（自动增益控制）电路。,保护电路主要是保护射频功放电路，特别是电子管功放。当无视频信号或视频信号中断时，中频调制器输出为等幅的中频载频振荡，由于AGC的作用

19、，使中频信号增大到原同步顶电平一样的等幅中频载频振荡，从而使发射机过载。为了防止这种过载现象的发生，故在AGC放大电路的输出端增加保护电路，在无视频信号或视频信号中断时，保护电路将自动地把AGC放大电路的输出信号幅度降低约6dB。,实际DG校正电路的考虑和构成 AGC电路 保护电路,42,图像失真校正技术,微分相位失真校正技术,校正原理 正交型DP校正电路（用于视频）,43,图像失真校正技术,互调失真校正技术,互调分量和互调失真 一次方项为线性项，不产生新的频率分量； 二次方项中包含直流、(2V，2S，2A)、（VS，VA，SA）； 三次方项中包含（3V，3S，3A）、（2VS，2VA，2SV

20、，2SA，2AV，2AS，VSA）,其中有两个频率分量： 互调失真校正电路,共同放大时电压动态范围的变化,射频功放的输入、输出特性曲线,对图像画面造成固定的网纹干扰,互调失真校正原理图,44,电视与调频发送技术,调频立体声广播技术,AM-FM导频制立体声调频广播 立体声编码器 频率调制技术,45,调频立体声广播技术,AM-FM导频制立体声调频广播,制式简介 立体声广播是在单声调频广播的 基础上发展起来的 ，为了充分利用原有单声调频广播发送和接收设备，单声调频广播和立体声广播间应具有兼容性和逆兼容性，这与彩色和黑白电视间的兼容性是类似的。解决兼容性问题的最简便的办法，是不直接对左右两路信号进行频

21、率分割，而是对左、右路信号的“和”(称为和信号)与“差”(称为差信号)进行频率分割。这种兼容性系统称为和差系统。 在“和差”制调频立体声广播的研究过程中，主要的有三种方式：第一种是AM-FM导频制；第二种是极化调制制；第三种是FM-FM制。,46,调频立体声广播技术,AM-FM导频制立体声调频广播,AM-FM导频制立体声调频广播 导频制是将和信号(简称“M”信号，ML+R)作为主信号，其频谱范围为30Hz15kHz，再将差信号(简称“S”信号，SL-R)的频谱搬移到和信号频谱的上端，使它们不相互重叠，差信号频谱的搬移是采用38kHz信号做为副载波，用差信号对它进行抑制载波双边带调幅来实现的。所

22、以导频制属于AM-FM方式。 为了在立体声接收机中解调出差信号，必须在接收机内产生一个频率、相位均与发射系统相同的38kHz的副载波。为此，在发射端，在和、差信号频谱的间隔处，再传输一个19kHz的未调振荡，在接收机内利用倍频器，由此引导出38kHz副载波，故将19kHz取名为导频信号，所以这种制式称为导频制。,47,调频立体声广播技术,AM-FM导频制立体声调频广播,导频制立体声基带信号频谱图,导频制立体声复合信号的数学表示式,s为副载波角频率（对应的fs=38kHz）， P为导频信号电压幅度,48,调频立体声广播技术,AM-FM导频制立体声调频广播,交错效应 又称蜂房效应，是导频制的一个有

23、趣特性。简单地说，交错效应是指主、副信道信号各自对主载波的频偏可达到它们的和对主载波的频偏,M信号的最大峰值点正好与Scosst信号的零点相对应，M信号的零点又正好与Sconst信号的最大峰值点相对应，即两者的最大峰值点和零点相互交错，当M信号产生最大峰值点频偏为67.5kHz时，Scosst信号对应的频偏为零，而当M信号对应的频偏为零时，Scosst信号产生的最大峰值频偏为67.5kHz。M、Scosst信号产生的频偏此起彼伏，于是，它们和的最大频偏不会超过67.5kHz，而刚好是67.5kHz。上述结果是由M、Scosst信号最大峰值点和零点交错带来的，所以称为交错效应。,49,调频立体声

24、广播技术,AM-FM导频制立体声调频广播,分离度 构成立体声定位信息的是左、右路信号的强度差和时间差（相位差）。重放立体声节目时，经左、右两路扬声器（或耳机）发出的声音要能按比例地再现这种强度差和时间差，从而以“声像”的形式重现原声场的声音。若在信号传输过程中，这种强度差和时间差发生了变化，则会造成重现声场声像位置的混乱。 左右信号分离度是立体声广播的一项重要指标，它是衡量立体感的一个尺度，它的好坏将直接影响到立体声的收听效果。分离度越高，说明左右声道之间的串音越小、声象定位也越准确，它是表征立体声广播质量好坏，立体感是否显著的一项指标，所以也叫立体声的特征指标。,50,调频立体声广播技术,A

25、M-FM导频制立体声调频广播,分离度的定义 当只传送左(或右)信号，并把它的输出经过理想的解调器解调，解调器左(右)声道输出电压L0(R0)与右声道出现的串信输出电压RL(LR)幅度之比。通常以分贝(dB)数来表示，即,式中，M、S为理想解调器的输出量 。 对发送和接收设备来说，影响分离度的主要因素是：左、右（或主、副）信道的电平差和相位差，以及导频信号与副载波的相位差，这三个因素的影响最大。,51,调频立体声广播技术,AM-FM导频制立体声调频广播,导频制立体声发射系统,导频制立体声接收系统,52,调频立体声广播技术,立体声编码器,立体声编码器也叫立体声调制器，它的作用是把左、右两个传声器输

26、出并放大后的L、R信号经过处理变换成立体声基带信号。 立体声编码器产生基带信号可以有不同的方法。早期采用的是矩阵型编码器，它的分离度指标不高，随着电子工业技术的发展，现在已被陶汰。目前，大都采用开关型的，它的分离度指标很容易达到要求。 分离度是立体声的特征指标。分离度太差，立体声将失去立体感。尽管30dB以上的分离度已具有较好的立体感，但人们仍在不断地从技术上努力改善这一指标，使整个音频频段内都具有更高的水平，以保证声象的稳定。立体声调制器的技术发展过程主要是围绕提高分离度而进行的。,53,调频立体声广播技术,立体声编码器,开关型立体声调制器 开关方式也可称为时间分割方式，如图所示。在发送端用

27、开关轮流传送L和R信号，在接收端也用一个与发送端开关同步的开关轮流接收L和R信号。只要两个开关同步好，就可以完成传输两路信号的任务。,如果以重复频率为38kHz的矩形脉冲作为开关信号，将正向脉冲作为L信号的开关信号，使L信号通过；将反向脉冲作为R信号的开关信号，使R信号通过，就可以得到脉冲调制的信号，只要滤去其中的高次谐波，就可以得到复合信号。,54,调频立体声广播技术,频率调制技术,变容二极管直接调频电路 变容管是利用半导体PN接的结电容随反相电压变化的特性制成的一种晶体二极管，是一种电压控制的可变电抗器件 。,由于变容管特性的非线性，在单音调制电压U作用下结电容变化曲线Cj（t）是上下不对

28、称的非余弦波。当u幅度较大时，这种非线性会引起调频的失真。,55,调频立体声广播技术,频率调制技术,变容二级管的等效电路,品质因数：,截止频率：,式中，Cj0为反相电压等于零时的变容管电容；n为变容管的变容指数，超突变型二极管的n值在15之间；VD为PN结的内建电位差； u=UQ+ u= UQ +Ucost为外加反向电压；m称为电容调制度；CjQ为工作点Q处变容管电容。,56,调频立体声广播技术,频率调制技术,变容二极管调频原理,回路总电容是CS与Cj相串后， 再与CP相并联而得，即C=CP+CjCS 所以振荡器的振荡频率：,三点式振荡器的等效电路,式中，m 1= CS /（CjQ+ CS），

29、 m 2 = CjQ/（CP + CjQCS），k=U/（VD+UQ）,调制灵敏度：,57,调频立体声广播技术,频率调制技术,变容二极管的n值不是固定的，随电压u改变。通常采用特性曲线进行分析。当u为正半周时，变容二极管负极电位降低，即反向偏压减小，变容二极管的电容增大；当u为负半周时，变容二极管负极电位升高，即反向偏压增大，变容二极管的电容减小。由于Cju曲线的非线性，虽然调制信号电压为一简谐波，但电容随时间而变化的规律是非简谐波形。由于fC的关系也是非线性的，如果这两个非线性配合得好，就有可能互相补偿，使fu的关系为线性关系，即可实现线性调频。,实际问题的考虑 n值与非线性失真,58,调频

30、立体声广播技术,频率调制技术,串联电容CS 、并联电容CP对Cu特性曲线的影响 串联电容CS C =CjCS= CjCS/(Cj+CS)，总电容C将减小，当改变CS使其值与Cj相当或小于Cj时，则CS使C减小得就多，并且随着的Cj增大，CS使C的减小也增多，反之，Cj很小，则CS使C减小得就越少。因此，串联电容CS对C高电容端影响大。 并联电容CP C= Cj+CP，总电容C将增加，同理，并联电容CP对C低电容端影响大。,59,调频立体声广播技术,频率调制技术,锁相稳频电路 因为调频锁相环路(PLL)中的压控振荡器(VCO)输出为调频波，即u0(t)=Uomcos（0t+mfsint） PLL

31、的主要作用是稳定其中的0，而不能影响或破坏VCO的调频性能，即对频偏不应产生影响，但实际上PLL的稳频功能与VCO实现调频这两者是互相矛盾的，这就决定了调频锁相环路的特殊性。我们讨论的重点是在实际电路中如何缓解这一矛盾。,调频锁相环路方框图,VCO,60,调频立体声广播技术,频率调制技术,分频器在调频锁相环路中的作用 保证鉴相器工作于鉴相特性的线性范围，使锁相环路工作正常。 鉴相器的鉴相线性范围在理想情况也只有2，只有通过分频，而且分频比要足够大，才能使最大相移缩小到极小范围，以保证鉴相器工作在线性范围。 为了降低输入到鉴相器中的两信号间的频率差，有利于环路进行正常捕捉。 环路滤波器是低通滤波

32、器，一般截止频率设计得非常低(不超过20Hz)。锁相环路在开始跟踪时，鉴相器输出交流差拍信号电压(误差电压) 频率较大，不能通过环路滤波器环路不能进行跟踪捕捉。 鉴相器目前大多采用集成型鉴相器，其最高工作频率有限，通过分频器降低输入到鉴相器的频率，有利于采用集成型鉴相器。,61,调频立体声广播技术,频率调制技术,环路滤波器的主要作用 抑制鉴相器输出端载波泄露和标准信号的各种谐波，即滤除鉴相器输出中的射频分量，以保证输出一个直流或很低频率的控制电压，使振荡器正常工作 。 阻止伴音调制信号反馈到变容二极管，引起逆调制。 常用的环路滤波器 RC比例积分滤波器 积分滤波器与RC双T网络串接 有源比例积

33、分滤波器,62,调频立体声广播技术,频率调制技术,鉴相器的特性 鉴相器输出电压随两个输入信号相位差变化而变化的规律。 一般用曲线表示，常见的形状有正弦形、三角形和锯齿波形等。,调频锁相环路中的鉴相器广泛采用集成型鉴相器，鉴相特性为锯齿波形。锯齿形的线性范围最宽，所以同步带也最宽。,63,调频立体声广播技术,频率调制技术,扩展捕捉带的方法 捕捉带与同步带 捕捉带BP：是指最终能使锁相环路锁定所允许的最大起始频率范围。也就是能使锁相环路由失锁状态进入锁定状态，其压控振荡（VCO）信号与标准信号之间的频差数值。 同步带Bn：是指锁相环路已经锁定后，由于某种原因使压控振荡器频率发生变化，由锁定状态变为

34、失锁状态时，压控振荡信号与标准信号的频差数值。 一阶锁相环路，BP=Bn 二阶锁相环路，BPBn 由于加入低通滤波器，使鉴相器输出电压衰减，VCO的变化范围变小，所以捕捉带变窄，这样捕捉范围缩小，环路有可能从失锁不能进入锁定状态。,64,调频立体声广播技术,频率调制技术,扩展捕捉带的方法 在锁相环路中，由于环路滤波器的接入使捕捉带变窄，从而导致捕捉范围缩小，环路有可能从失锁不能进入锁定状态。为了扩大环路在失锁时的捕捉范围，保证快速锁定，就需要设法扩大失锁时的捕捉范围，即扩展捕捉带。 扩展捕捉带的方法：扫描法、预置法、辅助鉴频法和变宽带法（最简单）。 变宽带法工作原理 变宽带法就是设法在环路处于

35、失锁状态时，将环路滤波器自动短路掉，使环路变成一阶锁相环，即BP=Bn，使环路捕捉范围扩大，而当环路一旦锁定时，开关自动断开，环路滤波器也自动接入环路，使环路重新恢复正常工作，不会影响环路性能。,65,调频立体声广播技术,频率调制技术,变宽带法工作原理,VCO,变宽带法原理框图,固态射频功率放大器件的特点 工作状态和负载特性 馈电和偏置电路 集总参数阻抗匹配电路 分布参数阻抗匹配电路,66,电视与调频发送技术,固态射频功率放大技术,67,固态射频功率放大技术,固态射频功率放大器件的特点,双极型晶体管（BJT） 结构特点 特征频率fT和等fT曲线族,由于趋边效应（趋肤效应）的作用，发射极电流只集

36、中于发射区与基区靠近的边缘处，而发射区中心几乎无电流通过，提高工作频率和增大输出功率二者是矛盾的。为了解决矛盾，射频大功率晶体管采用多发射极结构，尽量增大发射极的总周长LE，使LE比发射极结面积AE大得多。将发射极做成条带状，增大发射极的总周长，这样在较小的结面积的情况下，发射极的总周长增加了，发射电流也相应增大，从而提高了输出功率，同时结面积小，管子的输入输出电容也小，提高了管子的射频特性。为了LE/AE尽可能大，可采用梳状、覆盖状、枝状和菱形等结构。,f0.5f区间，称为晶体管的低频工作区。 0.5ff0.2fT区间，称为晶体管的中频工作区。 f0.2fT区间，称为晶体管的射频工作区。,f

37、TIc和fTUce的关系曲线,呈扇形展开的输出特性曲线,等fT曲线族,69,固态射频功率放大技术,双极型晶体管（BJT） 二次击穿 防止二次击穿的主要措施： 尽量减少晶体管芯片和晶体管内的缺陷，减少结表面电场和电位分布的不均匀性。 采取发射集镇流电阻，限制晶体管发射极电流的增加。 采取箝位稳压的方法。 改善晶体管的散热条件，有助于提高抗二次击穿的能力。 安全工作区（SOA）,四项限制因素：最大允许功耗曲线PCM、最大反向击穿电压线BVCEO、集电极最大允许电流线ICM和二次击穿临界线PSB。一般不另给出射频工作条件下的安全工作区，而认为射频安全工作区可比直流安全工作区放宽约34倍，允许射频工作

38、条件下的动态工作点超出直流安全工作区。,70,固态射频功率放大技术,固态射频功率放大器件的特点,功率场效应晶体管 VMOSFET 高输入阻抗，低驱动电流。 射频特性好，开关速度快。 负电流温度系数，热稳定性优良。 安全工作区大。 LDMOSFET（横扩散金属氧化物硅场效应管） 可以在高驻波比（10：1）情况下工作。 增益高（典型值13dB）。 饱和线平滑，有利于模拟和数字电视射频信号的放大。 可以承受大的过驱动功率，特别适用于地面数字电视中的COFDM调制的多载波任务。 偏置电路简单，无需复杂的带正温度补偿的有源低阻抗偏置电路。,71,固态射频功率放大技术,工作状态和负载特性,A（甲）类状态的

39、工作点和负载线,最佳负载电阻,最大输出功率,最佳线性输出功率,72,固态射频功率放大技术,馈电和偏置电路,馈电电路,电路组成的基本原则： 使射频电路和直流电路互不影响。 直流电路能够将直流电源连接到电极上。 射频电路能将输入信号传送到基极，再将集电极输出信号传送到负载或下级功放电路上。 射频电路对高次谐波应呈短路状态。,基极偏置电路 温度补偿基极偏置电路,要满足这些要求通常应使用射频旁路电容、隔直流电容以及射频扼流圈等元件，并要求这些元件的射频阻抗对射频匹配网络的作用要小到可以忽略不计，还要注意避免产生寄生震荡。,73,固态射频功率放大技术,集总参数阻抗匹配网络,串并联阻抗等效变换,型匹配电路

40、,从匹配角度看应使,于是得,从调谐角度看应使,于是得,因为 ，所以,注意：在此电路中只有当R1R2时，Q为实数，才能实现匹配。,74,固态射频功率放大技术,型匹配电路,T型匹配电路,75,固态射频功率放大技术,分布参数阻抗匹配电路,传输线变压器阻抗匹配网络 1:1传输线变压器 1:4和4:1传输线变压器,平衡-不平衡转换器,76,固态射频功率放大技术,分布参数阻抗匹配电路,实际问题的考虑 消除输入电感Lin的影响 消除输出电容C0的影响,把Lin当作匹配电感元件的一部分或一个单独的电抗元件。如在晶体管输入端并一个电容与Lin组成一节型匹配电路，如图（b）所示。 在晶体管输入与匹配电路之间串接一

41、个小电容，在工作频率上产生串联谐振，将Lin的影响消除，如图（c）所示。,把C0当作匹配电路容抗元件的一部分，如图（b）所示，这个方法仅限于电容输入型匹配电路，而对于其它型匹配电路就难于实现。 在集电极不采用扼流圈而用小电感，以便与输出电容在工作频率上产生并联谐振，将C0抵销掉，如图（c）所示。 在晶体管输出端与匹配电路之间外加一串联电感与输出电容C0组成一节倒型L匹配电路再与后面的匹配电路相接，如图（d）所示。,77,固态射频功率放大技术,分布参数阻抗匹配电路,微带传输线匹配电路 微带线的结构及主要参数,微带传输线，简称微带线，是用于传输微波波段信号的一种传输线，又称为微波印制电路。它是在低

42、损耗的介质上覆盖一窄导体，介质的另一面覆盖金属作为接地导体，其结构如图示。介质基片一般用陶瓷片，聚苯乙烯或聚四氟乙烯玻璃纤维等做成。,微带线的主要参数 ：,特性阻抗ZC,特性阻抗ZC和有效介电常数e与微带板的厚度H、宽度W和填充介质r有关。当微带线较窄时，即W/H愈小，ZC愈高， 越小；而当微带线较宽时，即W/H愈大，ZC愈小， 越大。,带内波长g,损耗 介质损耗、导体损耗、辐射损耗,品质因数Q Q值比波导或理想传输线的Q值要低得多,功率容量 受到填充介质的电击穿强度、耐热能力以及微带导体因电流密度过大发热烧融等因素的限制,注意：,78,固态射频功率放大技术,分布参数阻抗匹配电路,利用微带线构

43、成电感和电容元件 利用小于g/8微带线实现 一小段高特性阻抗的微带线可等效为一串联电感，即可以认为这一小段微带线相当于电感元件，以串联的形式接入电路。一般要求lg/8，ZC80 一小段低特性阻抗的微带线可等效为一并联电容，即可以认为这一小段微带线相当于电容元件，以并联的形式接入电路。一般要求lg/8，ZC10 利用小于g/4微带线实现 并联电感：XL=ZCtgl，式中，l为小于g/4终端短路线 并联电容：XC=ZCctgl，式中，l为小于g/4终端开路线,功率合成技术概述 传输线变压器功率合成与分配 定向耦合器功率合成与分配 其他形式的功率合成网络 电视双工器与多工器,79,电视与调频发送技术

44、,功率合成技术与多工器,80,功率合成技术与多工器,功率合成技术概述,功率合成与分配 功率合成是指利用两个以上的晶体管放大器，同时对输入的射频信号进行放大，然后利用合成网络将各个放大器输出功率相加，得到总的输出功率。 功率分配则是将某一射频信号均匀地、互不影响地分配给几个晶体管功率放大器。 功率合成与分配网络的结构形式是相同的，或者说这两种网络是可逆网络，并且是无源的。通常把它们通称为混合网络。,81,功率合成技术与多工器,功率合成技术概述,对混合网络的主要技术要求： 阻抗匹配。标准化的晶体管射频功率放大器，输入端和输出端的额定阻抗为50，所以要求用于功放级合成的混合网络各端阻抗均为50，对匹

45、配指标要求较高。 宽带性能好，传输特性和各端阻抗匹配应能覆盖一个波段。 隔离性能好，当合成各路之一损坏时，对于其它各路功放的工作状态影响要小。 插入损耗足够低。 合成网络对阻抗失配不太敏感。 体积小、安装方便。,82,功率合成技术与多工器,传输线变压器功率合成与分配,功率合成网络 同相合成网络 为了使电路处于匹配状态工作，选取RA =RB=R=ZC，RC=R/2，RD =2R。 反相合成网络,当PA=PB时，PC=2PA，PD=0。显然，两信号源的注入功率完全送至RC上，RD上的功率为零；,当PA=2PB时，则,当PB=0（即一信号源发生故障），只有PA时，则,当两信号源相位相差时,改变uSB或uSA的极性,83,功率合成技术与多工器,传输线变压器功率合成与分配,功率分配网络 同相分配网络 反相分配网络,若设RA=nR，RB=R，RD=2R,当n=1时，R