自适应数字电视发射机的制作方法

本实用新型涉及秸秆处理装置领域，具体是自适应数字电视发射机。

背景技术：

我国的地面数字电视广播正高速发展，目前对发射机的要求除了功能齐全外，因为数字电视的频率带宽比较宽470-860MHz，对发射机的宽带性能和稳定运行也提出了新的挑战。单个器件的输出功率不满足系统要求时，功率合成是一种提高系统输出功率的有效方法，威尔金森功分合路器的提出为之后功分合路的设计和发展奠定了基础，但由于这种合成器的工作带宽比较窄，在驻波比＜1.1和隔离度＞20dB的条件下，相对带宽＜20％，此后有多文献介绍展宽其工作带宽的方法，但这些方法虽然提高了带宽，但是增加了损耗，而且也只是静态而已，随着设备的运行，环境温度，器件的老化，合成效率会降低。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供自适应数字电视发射机，以解决现有技术中存在的缺陷。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

自适应数字电视发射机，包括依次连接的前置放大器(11)、N分路器(1)、功放单元(2)、N合路器(3)、定向耦合器(4)、检波器(5)和微处理器(6)，所述N分路器(1)将信号分成多路，每路信号对应一个功放单元(2)；每个所述功放单元(2)对信号进行相位、幅度调整后，送入N合路器(3)合成后输出，输出信号经定向耦合器(4)采样后，送入检波器(5)得到电压信号，微处理器(6)接收该电压信号，并根据微处理器(6)存储的电压功率对照表得出输出功率，输出功率小于设定值，则微处理器(6)控制每个功放单元(2)通过逐步逼近法进行信号的幅度、相位调整，达到额定功率；

进一步的，所述功放单元(2)包括功放微处理器(20)，所述功放微处理器(20)接收微处理器(6)控制信号；还包括依次连接的移相器(21)、定向耦合器1(23)、增益调节器(25)、功率放大器(27)、定向耦合器2(28)；所述移相器(21)通过数字电位器1(22)与功放微处理器(20)连接进行相位调整，所述增益调节器(25)通过数字电位器2(26)与功放微处理器(20)连接进行幅度调整；所述定向耦合器1(23)通过检波器1(24)、定向耦合器2(28)通过检波器2(29)分别将信号传输给功放微处理器(20)；

本实用新型的有益效果是：采用STM32系列的高端高速芯片，并采用高精度数字电位器和D/A转换器，既保证了强大的运算能力又保证了很高的控制精度，使发射机可以在-20°～55°的环境温度范围内进行自适应调整，保证实时大功率合成。

附图说明

图1为本实用新型原理结构示意图；

图2为本实用新型功放单元原理结构示意图；

图3为本实用新型移相器电路原理图；

图4为本实用新型增益调节器电路原理图；

附图标记如下：

11、前置放大器，1、N分路器，2、功放单元，20、功放微处理器，21、移相器，22、数字电位器1，23、定向耦合器1，24、检波器1，25、增益调节器，26、数字电位器2，27、功率放大器，28、定向耦合器2，29、检波器2，3、N合路器，4、定向耦合器，5、检波器，6、微处理器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1为自适应数字电视发射机的原理框图，数字电视发射机系统将信号源产生的射频信号进行功率适配前置放大，经N路同相等幅的N分路器分成多路送入功放单元(根据数字电视发射机的功率等级来确定系统用多少个功放单元，比如1KW发射机用3个功放单元，500W功放用2个功放单元)，功放单元再分别进行幅度、相位的一致性调整，再将调整放大后的信号送入合成器，最后信号经过检波送到微处理器，微处理器根据合成效果，以及各个功放单元的输入功率检测，根据算法，去控制每个功放单元的移相器、增益调节器，多次循环调整达到高效率功率合成。

下面详细讲解各部分的工作原理。

1系统内功率合成效率分析

功率合成技术中，合成效率是考量功率合成的性能好坏的重要参考指标之一，同频电信号合成的二个要素为：幅度、相位。下面以两路功放单元合成为例，就各要素对功率合成的影响进行分析，并由此推导出N路功率合成效率。

设两路放大器的输出功率分别为P1、P2，相位分别为θ1、θ2，则总输出功率为：

下面将具体针对以下几种情况分别进行讨论：

幅度相同，相位不同

此时P1＝P2，代入式1，计算得出输出功率为

P＝P1[1+cos(θ2-θ1)] (式2)

对应的合成效率为：

从式3可以发现，两路信号之间的相位差会对合成效率产生较大的影响，当θ2-θ1＝0°时，效率最高为100％；当θ2-θ1＝180°时，效率最低为0％。表1给出了相位离散度对合成效率的影响。当两路相位差不超过5°时，功率合成效率超过99％，符合设计要求。

表1

相位相同，幅度不同时

当θ1＝θ2，ΔP＝P1/P2，由式1计算输出合成功率

对应的合成效率为：

从式4可以发现，相位一致幅度的离散度对合成效率的影响比较小，当P1、P2其中一个等于0时，合成效率最低为50％；当P1＝P2＝时，合成效率最高为100％。表2幅度离散度对合成效率的影响。当两路幅度差不超过1dB时，功率合成效率超过99％，符合设计要求。

表2

(3)幅度和相位同时存在不平衡时

输出合成功率为

对应的合成效率为：

从式7可以发现，幅度和相位同时存在不平衡时，并且幅度差值不超过2dB时，合成效率受相位差的影响较大。表3幅度、相位均有离散，对合成效率η和损耗L的影响。当两路幅度差≤1dB，相位差≤5°时，和幅度差功率≤0.5dB，相位差≤10°时，合成效率超过99％，符合设计要求。

表3幅度、相位均有离散，对合成效率η和损耗L的影响

以上分析对下一步逐步逼近算法提供理论基础和依据。

2.移相器的设计

本发明设计的是压控移相器，主要采用90°相移的3dB电桥、变容二极管和8位数字电位器组成。

如图2，port1为3dB电桥的输入端，port2为直通端，port3为耦合端，port4为隔离端。输入信号进入3dB电桥后分为两路，一路进直通端2，一路进耦合端3，2端口和3端口分别接变容二极管，使进入的两路信号分别被反射回1和4端口，这样在1端口的反射信号反相抵消，在4端口的反射信号同相叠加。因此，信号全部从端口4输出，通过改变变容二极管的电抗可以使输出信号的相位发生变化，本设计采用的是4个变容二极管，在传统电路的基础上增加PIN1、PIN2两个二极管，提高移相的线性度和范围，通过选择合适的变容二极管型号和供电电压，本移相器可以做到在120°内线性变化，同时采用8位高精度数字电位器，步进可以达到28＝256个，也就是移相精度达到120°/256＝0.5°，满足设计的要求。

3.增益调节器的设计

本实用新型采用8位高精度数字电位器，控制模拟衰减器HSMP-3866的设计方法，其中HSMP-3866是由4个PIN二极管组成的平衡式π型衰减器，微处理器通过控制SRC2的电压改变链路的增益衰减值，通过预设好的供电电压和调整改电路的阻容值，可以把增益的调节范围控制在20dB之内，同时采用12位D/A转换芯片，这样调节精度就可以达到20dB/4096＝0.005dB，满足设计的要求。

由于功放的参数并不是固定的，会随着环境温度、供电电压、输出负载而变化，因此必须采用反馈原理来随时更新查找表的参数，这就是自适应技术。

①、输出信号经过定向耦合器G采样，采样信号经过检波器H得到一个电压值，通过查表法得到相应的输出功率。如果此时功率没达到设计要求，进入下一步。

②、根据前面的分析，微处理器通过数字电位器优先调整相位，依次调整功放单元1到N的移相器，循环数次后，使得此时输出功率检测为最大。

③、微处理器通过对比各功放单元1-N的输入信号，经过定向耦合器B采样送入检波器C的功率值和各功放单元的输出信号，经过定向耦合器E采样送入检波器F的功率值，判断哪一路的功率差值最大，微处理器通过数字电位器调整增益调节器，根据差值的大小依次调整功放单元的增益调节器，因为有了各功放单元的输出与输入的功率差值，给增益调节的步进提供了参考依据，大大减小了循环的次数，循环数次后，使得此时输出功率检测为最大。

④、循环②③2个步骤，使得输出功率逐步逼近最大值，直到符合设计要求。

⑤、当循环数次后还是没找到符合设计要求的值，采取降额处理，继续循环②③2个步骤，使得输出功率逐步逼近降额后的值，直到符合设计要求。

从系统可以看出，微处理器控制部分是本系统的关键，控制的精度直接影响到功率合成的改善程度，本系统采用STM32系列的高端高速芯片，并采用高精度数字电位器和D/A转换器，既保证了强大的运算能力又保证了很高的控制精度，使发射机可以在-20°～55°的环境温度范围内进行自适应调整，保证实时大功率合成。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。