固态发射机功率的分配与合成

李广顺

辽宁省广播电视传输发射中心（沈阳110000）

自2004年8月，辽宁省广播电视传输发射中心在彩电塔试播无线数字电视发射以来，现在共有五个频道发射数字电视节目，涵盖数字标清电视、数字高清电视、数字手机电视、数字移动电视。为不同的终端用户服务，满足客户需求。因此，需要对这些功放模块的输出功率进行功率合成，功率合成器在发射机中是无源器件之一。

利用多个功率放大电路同时对输入信号进行放大，然后设法将各个功放的输出信号相加，这样得到的总输出功率可以远远大于单个功放电路的输出功率，这就是功率合成技术。

理想的功率合成器不但应具有功率合成的功能，还必须满足下列条件：①功率相加条件；②相互无关条件；③功率相减条件。

图1为采用7个功率增益为3dB，最大输出功率为10 W的高频功放，利用功率合成技术，可以获得40W的功率输出。

其中采用了三个一分为二的功率分配器和三个二合一的功率合成器。

实现理想功率合成的关键是魔 T型混合网络。魔T型混合网络有四个端点，分别是A端、B端、C端和D端，如图2所示。它的作用是：①C端为同相功率合成端。当A、B两端输入等值同相功率时，C端负载RC上获得两输入功率的合成，而D端负载RD上无功率输出。②D端为反相功率合成端。当A、B两端输入等值反相功率时，D端负载RD上获得两输入功率的合成，而C端负载RC上无功率输出。③当C端和D端的负载RD、RC间满足特定关系时，A、B两输入端彼此隔离。即任一端功率放大器的工作状态变化或损坏时，不会影响另一端功率放大器的工作状态，并维持其原输出功率。④利用该网络还可实现功率分配的功能。当 RA=RB时，加在D端的功率放大器将其输出功率均等地分配给RA和RB，且它们之间是反相的，而C端无功率输出；加到 C端的功率放大器将其输出功率均等地分配给RA和RB且它们之间是同相的，而D端无功率输出。

图1 功率合成与分配电路

图2 功率合成示意图

1 魔T网络

利用传输线变压器可以组成各种类型的功率分配器和功率合成器，且具有频带宽、结构简单、插入损耗小等优点，然后可进一步组成宽频带大功率高频功放电路。

图3所示的网络具有上述特性，它既可以作功率分配，又作功率合成，因此称为魔T网络。

2 魔T网络的结构特点

图3所示，魔T网络由4：1传输线变压器和相应的 AO、BO、CO、DD四条臂组成，其中DD臂是平衡臂，臂的两端均不接地。

传输线变压器的特性阻抗和每条臂上的阻值（负载电阻或信号源内阻）满足以下关系：

RA=RB=ZC=R RC=0.5R RD=2R

图3 魔T网络

3 魔T网络的功能

3.1 功率合成

功率合成有两个方面：反相功率合成、同相功率合成。

反相功率合成电路的优点是：输出没有偶次谐波，因此失真较小；输入电阻比单边工作时高，因而引线电感的影响减小。

在同相功率合成器中，由于偶次谐波在输出端是相加的，因此输出中有偶次谐波存在，这是不如反相功率合成电路的地方（反相功率合成电路中的偶次谐波在输出端互相抵消）。

3.2 功率分配

功率分配同样有两个方面：同相分配和反向分配。

功率分配是指将某一高频信号的功率均匀地分配给几个独立的负载，使每一个负载获得大小相等，相位相同（或相反）的分信号。它的作用与功率合成刚好相反。为了使功率合成电路中每个放大器能获得相同的激励功率，必须要有功率分配电路。

功率合成和分配主要是由合成网络和分配网络来完成。其实，它们的结构形式是一样的，只不过是信号源和负载的位置相互调换了而已。因此，通常把这种网络总称为混合网络。在电视发机中，常用的高频混合网络是用传输线变压器和带状线构成的，这种混合网络具有频带宽、结构简单、插入损耗小等优点，能满足宽频带功率合成和分配的要求。

功率合成器或功率分配器在发射机工作中若发生故障，会使整机输出功率下降，由于输入输出匹配被破坏，易使功放模块损坏。发射机在播出过程中，功率下降或单元模块显示反射告警，应及时检查功率合成器或功率分配器。

4 结 语

目前彩电塔使用的地面数字无线发射机，均是由晶体管作为放大器的基本单元，合成器与分配器在整机正常工作中尤为重要，分立的放大单元（功放模块）与合成器、分配器之间连接必须可靠，以保证安全优质播出。