696_Formirovanie_radiosignalov_CHast'_1._UMO_

Усилитель мощности цифрового передатчика.

Для цифрового ТВ принцип построения усилительного тракта практически не отличается от аналогового ТВ.

Оконечные усилители построены по блочному принципу. Как правило, до мощностей передатчика 200 Вт используется единственный выходной блок усилителя.

Построение передатчиков мощностью 500 Вт и более, происходит путем суммирования мощностей усилительных блоков. Суммирование производится

сминимальным влиянием усилителей друг на друга. В качестве базовых кассет,

спомощью которых ведется наращивание мощности передатчика, используются:

•Полярис TVA 100 – 100 Вт rms

•Полярис TVA 200 – 200 Вт rms

•Полярис TVA 500 – 500 Вт rms

Усилитель Полярис TVA 500 (рис. 56) состоит из:

•Блока усилителя мощности, обеспечивающего 500 Вт средней мощности цифрового сигнала;

•Блока питания встроенного в корпус усилителя мощности;

•Схемы контроля управления и защиты (ПЗ - 15);

•Вентиляторы;

Рис. 56 - Внешний вид УМ Полярис TVA 500.

71

Устройство и принцип работы УМ Полярис TVA 500.

Рис. 57 - Структурная схема УМ Полярис TVA 500. Схема усиления.

Рис. 58 - Структурная схема УМ Полярис TVA 500. Схема питания и управления.

Усилитель мощности представляет собой линейный усилитель с регулируемым коэффициентом усиления (изменение Кр ~ 20 дБ) и фазы (изменение j ~ 80°). Входная мощность 1 ¸ 5 мВт. Выходная средняя мощность

500 Вт.

Входной сигнал поступает на управляемый p-i-n диодный аттенюатор с диапазоном регулирования около 20 дБ и последовательно на электронный фазовращатель. Предварительный усилитель состоит из двух каскадов, первый

72

выполнен на одиночной микросхеме AH202, второй – на транзисторе MRF6V2010. Предоконечный каскад построен на двух транзисторах MRF374 в классе AB включенных по балансной схеме.

Оконечный усилитель выполнен на основе 4-х балансных ячейках, каждая из которых состоит из двух полевых транзисторов MRF6VP3450 по схеме с общим стоком в классе АВ. Деление и суммирование мощности в ячейке выполнено на квадратурных трехдецибельных направленных ответвителях, выполненных печатным способом.

Деление и суммирование мощности четырех ячеек выполняется на квадратурных трехдецибельных направленных ответвителях. «Пары» складываются кольцевым мостом. Все устройство сложения выполнено печатным способом на единой плате, которая также содержит рефлектометр падающей и отраженной мощности и контрольный ответвитель общего балласта.

Суммированный сигнал через рефлектометр поступает на выходной разъем. Рефлектометр регистрирует сигналы падающей и отраженной волны, подаваемые на плату защиты и индикации. Все каскады защищены от перегрузки по току, система защиты ПЗ-15, при превышении порога по току, блокирует входной аттенюатор и напряжение смещения, затем плавно открывает аттенюатор и выдает напряжение смещения. Если причина перегрузки не устранена, усилитель снова заблокируется. Входными параметрами для системы защиты являются: напряжения с детекторов выходной и отраженной мощности, токи каскадов и температура радиатора.

Все каскады питаются от внутреннего импульсного источника питания БПС - 3000.32. Питание источника осуществляется от трехфазной сети переменного тока 380 вольт. Сеть подключается к разъему на задней стенке кассеты.

Охлаждение кассеты производится протяжкой воздуха через радиаторный канал двумя вентиляторами фирмы EBM производительностью 640 м3/час каждый. Забор воздуха осуществляется с передней панели и выбрасывается через заднюю панель. Вентиляторы работают на отсос. За температурой радиаторов следят цифровые термодатчики. При достижении температуры радиатора 60°С срабатывает система защиты и блокирует усилитель до снижения температуры.

Кассета усилителя имеет электронную регулировку коэффициента усиления и фазы. Увеличение, уменьшение усиления и фазового набега производится нажатием соответствующих кнопок на передней панели. Диапазон регулировки усиления около 20 дБ, регулировки фазы - ± 35°.

Кассета усилителя на лицевой панели имеет два светодиода: индикатор наличия напряжения питания – «ПИТАНИЕ» и индикатор срабатывания защиты – «ЗАЩИТА». В центре панели расположен жидкокристаллический 2х строчный 16ти символьный индикатор, отображающий текущие параметры усилителя. При достижении, каким либо параметром порога, происходит срабатывание защиты и последующая блокировка усилителя (индикация этого

73

параметра начинает мерцать). На задней панели расположен разъем для подключения системы дистанционного контроля.

Основной частью усилителя являются платы с двумя установленными транзисторами. Именно характеристиками оконечной ячейки определяются основные параметры усилителя мощности (линейность и КПД).

В настоящее время есть два основных разработчика транзисторов для ТВ передатчиков – NXP (Philips) и Freescale (Motorola). И те и другие поставляют LDMOS транзисторы, обеспечивающие наибольшее усиление и линейность. В усилителях серии «Полярис» используются транзисторы фирмы Freescale.

Рис. 59 - Топология ячейки 470-800 МГц на транзисторах MRF6VP3450.

74

Рис. 60 - Топология ячейки 170-230 МГц на транзисторах MRF6VP2600.

Коррекция нелинейности.

Стандарт DVB накладывает существенные требования на линейность тракта усиления.

Зачастую выполнить эти требования с помощью настройки и оптимизации режимов и цепей согласования усилительных ячеек не представляется возможным.

В связи с этим, для повышения тракта усиления сигнала, используется корректор нелинейности (или предкорректор). Фактически предкорректор – это программа, установленная в модуляторе, которая позволяет изменить коэффициент передачи усилителя в зависимости от амплитуды сигнала.

Принцип действия предкорректора показан на рисунке 61.

При больших амплитудах входного сигнала, коэффициент передачи усилителя Кр – уменьшается. Это вызывает появление искажений. Для компенсации этого уменьшения коэффициента передачи необходимо пропорционально увеличить амплитуду входного сигнала на входе усилительного тракта. Эту задачу и решает предкорректор. Аналогично

75

производятся предыскажения фазы входного сигнала для компенсации амплитудно-фазовых искажений в усилителе.

Рис. 61 - Принцип действия предкорректора.

В настоящее время коррекция нелинейности осуществляется вручную при настройке передатчика, а также автоматически – при наличии в модуляторе блока адаптивного нелинейного корректора.

Фильтрация выходного сигнала.

Фильтрация выходного сигнала осуществляется с помощью канальных фильтров.

В зависимости от требования, может использоваться фильтр с критической или некритической маской.

Рис. 62 - Внешний вид канального фильтра.

76

Таблица 23. Характеристики канального фильтра.

Система жидкостного охлаждения.

Сразвитием технологии LDMOS , мощность транзисторов, используемых

воконечных каскадах усилителей, постоянно увеличивается.

Внастоящее время пиковая мощность аналогового ТВ сигнала, отдаваемая транзистором, достигает 400-600 Вт, соответственно мощность OFDM сигнала достигает 90-120 Вт.

С другой стороны КПД оконечных каскадов усилителей DVB передатчиков не превышает 15-20 процентов. Это обусловлено высоким пикфактором цифрового сигнала (4-5) и высокими требованиями к линейности усиления.

Всвязи с этим, на одно из первых мест выходит проблема обеспечения нормального теплового режима транзисторов.

Использование жидкостного охлаждения является наиболее эффективным способом отвода тепла, выделяемого мощными транзисторами.

Рис. 63 – График температуры фландца транзисторов от температуры окружающей среды.

77

В цифровых передатчиках Полярис мощностью выше 1000 Вт (rms) применяется жидкостная система охлаждения.

Применение жидкости в качестве теплоносителя позволяет:

•уменьшить размеры передатчика;

•значительно уменьшить акустический шум;

•уменьшить температуру активных элементов;

•уменьшить выделение тепла от передатчиков в аппаратном зале;

•сократить расходы на монтаж системы охлаждения.

Таблица 24. Основные технические характеристики системы жидкостного охлаждения.

В качестве охлаждающей жидкости используется:

•дистиллированная вода (для одноконтурной системы охлаждения с установкой теплообменников внутри помещения);

•водный раствор этиленгликоля (антифриз HOT STREAM), содержащий антикоррозийные, антипенные и другие добавки (для двухконтурной системы охлаждения с установкой теплообменников снаружи

Принцип работы двухконтурной системы жидкостного охлаждения.

Один из насосов (второй в резерве) нагнетает охлаждающую жидкость в блоки передатчика. Через теплообменник каждого блока усилителя проходит примерно 150 мл жидкости в секунду.

При работе передатчика на номинальной мощности охлаждающая жидкость, проходя через передатчик, нагревается примерно на 2 градуса.

Нагретая жидкость от усилительных блоков делится на два потока. Часть жидкости попадает непосредственно на трехходовой клапан, остальная -

78

поступает на внешний охладитель. Охлажденная жидкость возвращается на трехходовой клапан. От положения задвижки трехходового клапана зависит количество жидкости, прошедшее через внешний модуль и поступившей непосредственно с выхода кассет усилителей, т.е. пропорции жидкости в малом и большом контуре.

Рис. 64 - Двухконтурная система жидкостного охлаждения. 1 - расширительный бак, 2 - насос основной и резервный,

3 - трехходовой клапан с сервомотором, 5 - охладитель жидкости.

Взимнее время после длительного простоя передатчика температура охлаждающей жидкости в теплообменнике может быть очень низкой, например -30 градусов С. Поступление в передатчик жидкости с такой температурой недопустимо т.к. возникнет конденсация паров воды из атмосферы и возможно обледенение. В таком случае система управления с помощью сервомотора перекрывает поток жидкости через большой контур (через охладитель жидкости).

По мере нагрева охлаждающей жидкости до номинальной температуры сервомотор начинает открывать трехходовой клапан, что приведет к подмешиванию сильно охлажденной жидкости с горячей от кассет. В результате на насосы и в дальнейшем на вход кассет поступит жидкость с номинальной температурой, а температура жидкости во внешнем охладителе повысится. В зависимости от температуры окружающей среды, температуры жидкости после кассет и после внешнего охладителя система управления установит задвижку трехходового клапана в такое положение, чтобы на его выходе жидкость имела стабильную оптимальную температуру.

Влетнее время при высокой температуре окружающей среды система управления полностью перекроет движение жидкости по малому контуру, и вся жидкость пойдет через внешний охладитель.

Система может работать в автоматическом и ручном режиме управления.

79

Одноконтурная система охлаждения.

Работа одноконтурной системы охлаждения аналогична двухконтурной. Главное отличие – отсутствие трехходового клапана. В связи с этим жидкость всегда протекает через теплообменник. Для исключения вероятности замерзания жидкости теплообменник должен быть установлен внутри помещения.

Рис. 65 - Одноконтурная система охлаждения.

1 - расширительный бак, 2 - насос основной и резервный, 3 - охладитель жидкости.

4.5. Серия передатчиков Полярис ТВЦ

Модельный ряд цифровых передатчиков серии «Полярис ТВЦ» Полярис ТВЦ 1 Полярис ТВЦ 10 Полярис ТВЦ 200 Полярис ТВЦ 500 Полярис ТВЦ 1000 Полярис ТВЦ 2000 Полярис ТВЦ 5000

Передатчики мощностью 1 Вт, 10 Вт, 100 Вт, 200 Вт, 500 Вт, передатчики, состоящие из одного или двух блоков, с воздушным охлаждением усилителей мощности.

Передатчики мощностью 1000 Вт, 2000 Вт, 5000 Вт. Передатчики выполняются в стоечном варианте с применением системы жидкостного охлаждения. 1000 Вт со встроенным гидромодулем и охладителем, а 2000 Вт и 5000 Вт с отдельной насосной станцией и внешним модулем охлаждения жидкости.

80