数字电视发射机滤波器修复分析

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一、引言

广播电视用的带通滤波器具有频率选择过滤杂波的作用，其能对特定频点以外的频率进行有效滤除，让发射机能发送比较纯正的载波，实现广播电视节目较高质量的视听效果。滤波器通常在发射机输出端与天线之间设置，是广播电视发射系统中不可或缺的重要设备之一。本人结合“村村通”乡镇台站装机的案例，讲述广西地面数字电视滤波器故障的修复过程。

二、故障现象

凯腾四方50W数字电视发射机（如图1），装机接好信号源和发射机线路后，开机调试好设备。但发射机总是反射功率过大，设备进行保护，功率开不起，调试软件上输出停播位告警。

三、故障分析

故障筛查，检查发射机接线正确，复查调试环节也不存在问题。试着把发射机滤波器去掉，发射机出口馈线直接接天线，这时开启发射机功率启动并能正常的发射信号，接收该信号也能正常的播放节目。从而确认该凯腾四方发射机功率开不起是因为中间环节的滤波器存在问题。滤波器一般在供应商出厂的时候都有合格检测，但在运输途中磕磕碰碰可能会出现问题。诊断滤波器的故障情况，需要用天馈线测试仪测试其驻波比。该凯腾四方数字电视发射机的滤波器是为36CH频道过滤杂波，该频道对应的中心频点是698MHz，用AnritsuS332D天馈线测试仪进行检测，测试步骤：1.打开天馈线测试仪S332D，选择频率-驻波比模式，设置频率检测范围：起始频率F1=680MHz，终止频率F2==720MHz；设置振幅底线=1，顶线=5。仪器RFOUT口接上测试线，测试线另一端接上标阻，按仪器上的STARTCAL键进行校准。2.仪器校准成功后按HOLD键，暂停扫描。摘掉标阻，测试线直接连接到滤波器输入端In口，滤波器输出端Out口接上50Ω电阻模块。3.按仪器上RUN键开始测试滤波器驻波比。按MARKER键标记节点M1=698MHz，测试出结果：该滤波器在698MHz频率处，驻波比达到3.27（如图2）。驻波比是用来表示天线、滤波器和电波发射台是否匹配的一个数值。驻波比等于1时，表示阻抗完全匹配，此时高频能量全部能辐射出去，没有能量的反射损耗；驻波比为无穷大时，表示全反射，能量完全没有辐射出去。该凯腾四方滤波器的驻波比为3.27，按照驻波反射的换算（SWR为驻波比）：功率反射率===28%发射机功率反射达到28%，反射过大设备进行保护。所以要调节修复滤波器，让其驻波比的值接近1，减少发射机的功率反射。

四、故障处理

带通滤波器顾名思义是有特定的通频带，只允许通过某一范围内的频率分量，其它范围的频率分量被衰减到极低水平。此筛选频率分量功能由滤波器内部的电阻、电感和电容组成的RLC谐振电路实现。凯腾四方50w数字电视的滤波器内部为谐振腔体结构，一个腔体能够等效成电感并联电容，从而形成一个谐振级，实现滤波功能。凯腾四方腔体滤波器内部为六腔体结构，为六阶滤波，其内部结构如图3与等效电路如图4。腔体滤波器等效电路图，图中并联电感电容表示单独的谐振腔，串联的电感表示谐振腔之间的磁耦合。LC并联，发射机信号穿过滤波器电压从Vi变成V0，信号的频率低时电容阻抗大，但电感阻抗很小，电流都走电感，输出电压V0很小；信号频率高时电感阻抗大，但电容阻抗很小，电流都走电容，输出电压V0很小；信号频率适中不大不小时，电容与电感的阻抗相当，此时通过两者的电流大小相当但相位相反，互相抵消，LC并联的综合效果变成阻抗极大，电压输出V0很大。所以带通滤波器能吸收不必要的杂波，只允许特定的频率波通过。滤波器的好坏，关键在其阻抗是否匹配，阻抗若不匹配驻波比就会异常，修复需要机械调节谐振腔开路端和谐振腔之间的调谐螺钉，通过调整调谐螺钉改变电感、电容来改变阻抗，进而改变其谐振频率和带宽。用仪器测试滤波器，边调节调谐螺钉，边观测滤波器回波损耗的波形，将通频带的回波损耗降低到一定数值，其驻波比能得到相应的改善。回波损耗是传输线端口的入射波功率与反射波功率之比，以对数形式来表示，单位是dB，一般是负值，其绝对值称为反射损耗。根据回波损耗与驻波比的关系，当回波损耗数值为0时，驻波比无穷大；当回波损耗数值为负无穷大时，驻波比为1；回波损耗的数值达到23db时，对应的驻波比约为1.15，符合滤波器驻波比的指标要求。故修复此故障滤波器需要通过调节调谐螺钉改善其回波损耗，将滤波器通频带698MHz处回波损耗的波形大概降至-23db以下，对应的驻波比为小于1.15，此处的功率反射足够小，满足发射机的要求。调试凯腾四方36CH（698MHz）滤波器的回波损耗：1.打开天馈线测试仪S332D，选择频率-回波损耗模式，设置检测频率范围：起始频率F1=680MHz，终止频率F2==720MHz；设置振幅顶底线=0db，底线=40db。仪器RFOUT口接上测试线，测试线另一端接上标阻，按仪器上的STARTCAL键进行校准。2.仪器校准成功后，摘下标阻，测试线直接接到滤波器输入端In口，滤波器输出端Out口接上50Ω电阻模块，进行扫描。按MARKER键标记节点M1=698MHz，M2=697MHz，M3=699MHz。标记3个相近频点，是为了在698MHz处调出足够带宽的波形，防止滤波器因温度升高时，波形跑偏而影响驻波比。3.松动滤波器的调谐螺钉螺帽，观察滤波器的回波损耗曲线，此时回波损耗波形变化比较敏感，用手指按压或抽拉每颗调谐螺钉，试探回波损耗波形的走向。用螺丝刀微扭调谐螺钉，先左右调节波形的频率，把波形的波谷调至标记的698MHz处，再把此处波形的波谷适当调宽。然后上下调节波形的振幅，把调宽的波谷整体的往下移。这个过程需要细心，也需要耐心。4.调节滤波器698MHz处回波损耗的波形降至-23db以下（如图5），切换天馈线测试仪的模式到频率-驻波比模式，查看调节后的驻波比曲线（如图6），此时698MHz处的驻波比为1.07，且驻波曲线的带肩够宽，则波形符合要求。5.调试好滤波器的驻波比后，对滤波器的调谐螺钉进行螺帽紧固即可。紧固螺帽时，需同时观察仪器上滤波器驻波比的变化，以免动作过大而造成波形偏移。经过调试修复，该凯腾四方滤波器的驻波比从3.27变到1.07，已符合发射机阻抗匹配的要求。我们将滤波器重新接回发射机线路，发射机开机成功且功率正常，并且接收信号能正常的播放节目。

五、结束语

广播电视系统的每一个设备，都有其重要的作用。广播电视滤波器在日常工作中，故障率相对较少，但掌握其检修维护是我们广电人的必备技能之一。为确保广播电视节目的安全播出，保障人民群众视听节目的权益，广播电视系统的每一环节都不容忽视。

参考文献：

[1]郭勤武,江娟,雷泽林,章天金.六腔带通介质腔体滤波器的设计与优化[J].内蒙古科技大学学报,2016(04).

[2]雷光,王培章,许舵.S波段电容加载型同轴腔体滤波器的设计[J].军事通信技术,2010(3).

作者:韦大福 莫雪祥 韦曦奇 单位:1.广西广播电视柳州分中心 2.广西广播电视百色分中心