1、 房少軍教授房少軍教授2011年年12月月10日日目錄一、大功率數字電視多工器概況二、3dB定向耦合器的設計三、濾波器的設計四、雙工器組裝、連接測試大功率數字電視雙工器概述 地面數字電視信號傳輸主要依靠數字電視發射天線把電視信號向外輻射出去。通常情況下，電視臺會同時廣播或轉播一個以上的不同的節目。如果每部發射機都配備一副天線，則投資會大幅度的提高，鐵塔也要預留出地方放置其他頻道的天線。為了解決這個問題，可以采用多個頻道信號共用一副天線的方法，稱之為多工。 雙工器就是將兩個頻道共用一副天線，數字電視功率較大，隔離度要求高，通常采用的是橋式雙工器。橋式雙工器通過級聯可組成多工器。 橋式雙工器原理

2、橋式雙工器由兩個3dB定向耦合器和兩個帶通濾波器構成的。電視信號 由1端輸入，在3、4端形成功率各一半的信號，其中3端與1端同相位，4端相位比1端滯后 ，兩路信號經過帶通濾波器到達3、4端，由于4端與2端同相位，3端經過 相位延遲后到達2端，這樣對于 的兩路信號在2端同相位合成。而在1端已經延遲 的信號經過定向耦合器后再延遲 ，共延遲 ，這樣， 的兩路信號在1端正好反相抵消，無輸出。電視信號 由1端輸入，在3，4端輸出兩路各一半功率的信號，在帶通濾波器的輸入端被全反射，由于相位的關系，在2端合成一路信號 ，于是，在2端電視信號 和 被合成一路信號由天線輻射出去。0900900900900180

3、1F1F1F2F2F2F1F星型雙工器介紹通過調節L1和L2的長度達到F1和F2能共用天線又不相互干擾。通常F1和F2相隔較遠。此結構已設計用于調頻廣播。雙工器的相關指標功率容量：雙工器所能承受的最大功率容量駐波比：各輸入通道的回波損耗，一般要求1.1下插入損耗：能量通過雙工器所引起的損耗，一般要求0.3dB下輸入隔離度：各輸入通道之間的隔離度，一般要求-30dB下橋式雙工器的重要組成部分 3dB定向耦合器定向耦合器 濾波器3dB定向耦合器原理及設計由于數字電視發射系統發射功率大，對定向耦合器的駐波比和隔離度要求都很高，通常VSWR1.1dB,隔離度達到-30dB以下，因此傳統的微帶結構就不能

4、夠應用，本設計給出了采用金屬板電橋結構的定向耦合器。由于金屬板電橋的耐高壓擊穿特性，使得定向耦合器的功率容量大大提高。金屬板定向耦合器結構圖 耦合帶狀結構定向耦合器 該類型定向耦合器結構簡單，性能良好，而且功率容量大適合數字電視發射的要求。根據寬面耦合帶狀線的綜合，可設計出定向耦合器的大概尺寸，然后利用HFSS軟件進行仿真優化，得到要求的性能指標。3dB定向耦合器優化、仿真 由仿真結果可知，在f=400MHz650MHz的頻帶范圍內，反射系數都達到了-30dB以下，耦合度在 范圍內基本可以覆蓋接近30個數字電視頻道 （a）定向耦合器的反射系數S11、隔離度S41曲線（b） 定向耦合器的傳輸系數

5、S21、耦合系數S31曲線 3dB定向耦合器仿真結果30.1 dB（）功率容量的估算我們觀察此定向耦合器在中心頻率處場強分布， 當PORT1輸入功率為1W時，金屬板上最大場強8.9417E+2 V/m ，板間為空氣介質，空氣的擊穿場強為3.00E+6 V/m。所以得到該定向耦合器的最大功率容量為3.355KW。耦合板所承受的輸入功率主要耦合板間距有關，適當在不影響耦合度的情況下，增大板間距，功率容量可以相應增大。此外，觀察耦合板場強分布圖，我們發現，兩金屬板之間的場強幾乎都在7.1534V/m以下，所以該定向耦合器的功率容量應該能夠更高一些。 定向耦合器實物圖若端口1為輸入端，則端口2為直通端

6、，端口3為耦合端，端口4為隔離端。實物調試后測試結果回波損耗S11隔離度S41實物調試后測試結果耦合系數S31傳輸系數S21橋式雙工器的重要組成部分 3dB定向耦合器 濾波器濾波器 同軸諧振腔是由一端短路一端開路的同軸線構成的，它的開路端是利用一段處于截止狀態的圓波導來實現的。由兩端面處的邊界條件可知，在諧振時，其腔長等于諧振波長的四分之一的奇數倍，即所以，它的諧振波長為： /4/4021/4 (1,2,3,.)lpp （）（1240pl 同軸諧振腔原理數字電視方腔圓軸濾波器可等效為 同軸諧振腔，因為圓軸末端與腔壁存在電容效應，所以圓軸長度小于/4/4同軸諧振腔間耦合系數的提取諧振腔間的耦合強

7、弱可用耦合系數來表示，耦合系數越大，耦合越強。如果磁耦大于電耦，則認為該耦合為磁耦合，相反則為電耦合。兩腔間的總耦合等于磁耦減電耦。圖（a）、（b）分別通過在同軸諧振腔開路端開窗和添加耦合桿來實現電耦合；圖（c）、（d）分別通過在同軸諧振腔短路端開窗配合調諧螺釘和耦合環的形式實現磁耦合。輸入輸出耦合一個諧振腔只有與外界存在能量的交換才有實用價值。圖（a）采用同軸探針直接與諧振桿相連，耦合最弱，有載Q值最大；圖（b）采用同軸探針頂端圓盤來增大探針與諧振桿之間的電容，屬于電耦合方式；圖（c）采用同軸探針彎折與諧振腔外壁相連構成耦合環，屬于磁耦合方式。 圖（b）、（c）耦合強，有載Q值比較小。*根據

8、給定的指標，計算出濾波器的耦合系數、有載Q值等參量。*根據客戶要求的重量、外形、尺寸等，確定合適的單腔腔體尺寸。*選用合適的諧振腔阻抗，盡量保證諧振腔的無載Q值最大無載 Q值越大，諧振腔的損耗越小。諧振腔的等效阻抗在76歐姆時， 無載Q值最大。通過下式可以計算得到方腔圓桿的諧振腔阻抗值， 由此可以確定腔體的尺寸。(上式中，是填充介質的相對介電常數，b是諧振腔的邊長，a是諧振桿的直徑) * 單腔仿真，得到實現中心頻率的諧振桿高度和調諧螺釘的深度。* 雙腔仿真，得到實現耦合系數的開窗寬度、高度或耦合桿的位置。* Q值仿真，得到輸入輸出接頭的尺寸和位置。* 全腔仿真及調試，得到理想的交叉耦合濾波器的

9、結構和尺寸。60 ln(1.0787) /Zb/ar濾波器設計過程濾波器的HFSS仿真模型 HFSS中對濾波器進行優化、仿真HFSS仿真結果實物加工與測試濾波器加工實物圖 通過不斷調節可調頻率、耦合 螺釘使測試結果滿足要求雙工器組裝、連接測試雙工器的整體連接圖待兩個定向耦合器和濾波器都調試好后，進行組裝、測試。組裝時一定要固定好，且盡量保持清潔網絡分析儀測試CH16 反射損耗CH16為窄帶通道信號，由測試圖看出，反射損耗在-30dB一下，即駐波滿足1.1下的要求網絡分析儀測試CH16 插入損耗由圖看出，窄帶通道的插損滿足-0.3dB下網絡分析儀測試CH21 反射損耗寬帶信號CH21的駐波也滿足1.1下網絡分析儀測試CH21 插入損耗寬帶信號的插損在-0.