淺談廣播電視發(fā)射系統(tǒng)中濾波器的設計

于恩龍

（吉林省廣播電影電視局331臺，吉林 永吉 132200）

1 濾波器簡介

射頻信號通過不一樣的頻率來區(qū)分彼此，而濾波器的工作原理也是利用頻率的差異將其分開，射頻濾波器會選擇可用信號，把其他信號拒之門外，因此通過的信號已經(jīng)被篩選，濾波器在廣播電視的各種裝置中有很強大的作用，一般發(fā)射機以及天線中間安裝這種裝置，阻止發(fā)射器連帶的其他信號，進而有助于增強信號的內(nèi)容規(guī)范性，濾波器的形式和種類都比較多，想將其分門別類也有很多形式，例如利用選頻的辦法，用此法可分成低通、高通、帶通以及帶阻和全通等幾種；按照濾波器函數(shù)近似方法又可以分為巴特沃斯濾波器、反切比雪夫濾波器以及切比雪夫濾波器和貝塞爾濾波器等幾種；而按照處理輸入模擬信號的方法又可以分為離散時間模擬及連續(xù)時間模擬兩種。設計濾波器時，需要掌握與濾波器有關的參數(shù)，確定諧振腔的多少，而規(guī)劃處理應當具備的形態(tài)之后，再通過電路結(jié)構(gòu)的調(diào)整實現(xiàn)最終形態(tài)。

2 濾波器的典型結(jié)構(gòu)

調(diào)頻的發(fā)射頻率為50MHZ，為VHF波段，而電視的發(fā)射頻率則為860MHZ，為UHF波段，二者的發(fā)射頻率均相對較高。如果濾波功能通過集中參數(shù)元件來實現(xiàn)，對器件有很大損傷，降低使用時間，裝置本身的功率被影響，無法正常發(fā)揮，難以產(chǎn)生穩(wěn)定效用，因此平常狀態(tài)下，高頻濾波器的工作狀態(tài)的形成要利用電容的分配狀態(tài)以及電感的分配形成的，波導和問軸傳輸線是微波濾波器功能能夠展開的前提，根據(jù)頻率通帶的情況，濾波器可以分成四種，低通、高通以及帶通和帶阻，在廣電事業(yè)中，四種形式都會被使用，而帶通是使用最寬泛的一種。

2.1 低通和高通濾波器

低通濾波器一個非常典型的結(jié)構(gòu)就是高低阻抗傳輸線的交替級聯(lián)所組成的糖葫蘆式濾波器，其電感是采用高阻抗線進行等效串聯(lián)的，而電容則是通過低阻抗線實現(xiàn)等效并聯(lián)的。通過對其高低阻抗值和長度的調(diào)整就能制造出性能好、結(jié)構(gòu)簡單的低通濾波器。而高通濾波器的一般結(jié)構(gòu)是幣IJ用同軸短路短截線進行電感的并聯(lián)，電容的串聯(lián)則是在內(nèi)導體圃盤中鋪墊聚四氟乙烯來實現(xiàn)，最后構(gòu)成梯形的高通濾波器。

2.2 帶通和帶阻濾波器

廣電發(fā)射裝置中對于帶阻濾波器的選擇是針對一些異常頻率，這種濾波器的組成元素為特殊的諧振器，對于內(nèi)部短截線的波長的顯示，通常為1/4，這與諧振器中停頓波長值幾乎相等。帶通的使用范圍最大，遠高于其他幾種，也是廣播電視系統(tǒng)中最為基礎的應用內(nèi)容，根據(jù)帶寬的實際情況來劃分，有寬與窄兩種情況，一般來說窄帶濾波在寬度上要小于1/5，而寬帶的值則會大于2/5，這是區(qū)分二者的關鍵，廣電系統(tǒng)更傾向于選擇窄帶，其代表有頻道濾波器，窄帶帶通濾波器最典型的結(jié)構(gòu)就是級聯(lián)式耦合諧振腔結(jié)構(gòu)。帶通濾波器里面一個非常重要的成分為諧振腔，在一定范圍內(nèi)，它可以對電磁能量進行控制和約束。諧振腔的狀況優(yōu)劣可直接影響濾波器的狀態(tài)好壞，對諧振腔功能的判斷可以通過兩種方法，一種稱為諧振頻率，另外一個是品質(zhì)因數(shù)，諧振頻率的概念是說，在諧振剛路上電磁能量進行轉(zhuǎn)換的頻率，它的情況跟回路路線情況關聯(lián)很大，而諧振回路出現(xiàn)磨損和消耗等也會給品質(zhì)因素，也就是Q值造成影響，它的內(nèi)涵是說在諧振時廣播電視發(fā)射系統(tǒng)中所儲存的磁能或電能和一個周期內(nèi)系統(tǒng)損耗能量比的二倍。諧振腔中的品質(zhì)因數(shù)越高，表明其諧振響應曲線就越尖銳。通常來說，開路諧振腔或者同軸短路的典型無級品質(zhì)因數(shù)大概為幾千，問軸諧振腔的品質(zhì)因數(shù)要明顯小于波導的品質(zhì)因數(shù)，而矩形波導的品質(zhì)因數(shù)又低于圓波導的品質(zhì)因數(shù)。通常圓波導典型無載品質(zhì)因數(shù)大概在20000～40000之間，而矩形波導典型無載品質(zhì)因數(shù)的值m0在10000～20000之間。

比較常用的諧振腔有波導和同軸諧振腔兩種，其中VHF，UHF以及FM頻段主要采用同軸諧振腔，常見的同軸諧振腔為一端短路，一端加載的同軸腔。同軸線的內(nèi)外導體長度、同軸線的特性阻抗直接影響著腔內(nèi)的諧振頻率，腔體的大小由功率容量來決定。而I波段及UHF高端等微波波段主要采用波導腔，波導腔又有網(wǎng)柱波導腔及矩形波導腔兩種，所謂的圓柱波導腔是一個封閉的圓柱金屬簡，其諧振頻率的高低由腔體實際物理尺寸的大小及腔內(nèi)電磁場模式來決定。所謂的矩形波導腔是一個長方體金屬盒，同樣的，腔體實際物理尺寸的大小和腔內(nèi)電磁場模式?jīng)Q定其諧振波的頻率大小。把數(shù)個諧振頻率一樣的諧振腔按照一定的輻合方式級進行聯(lián)接，就組成了傳統(tǒng)帶通濾波器，對其輸入輸出端和各諧振腔間的耦合做相應調(diào)整，就能滿足帶通濾波器的相關性能要求。諧振腔間的耦合方式要包括磁耦合、電耦合以及電耦合成磁耦合，輻合環(huán)的位置、大小以及方向，探針的位置，深淺程度以及是粗是細，加上耦合縫在什么方位，這些都是耦合兩發(fā)生變化的重要因素，級聯(lián)式耦合帶通濾波器其優(yōu)點體現(xiàn)在技術穩(wěn)定、可靠，在調(diào)試工作方便很簡單，至于腔體怎樣進行排列并無特別說明，而帶外的衰減曲線也相對平穩(wěn)，不會大幅度起落。

3 輸入模擬信號的處理方式

3.1 離散時間模擬濾波器

離散時間模擬濾波器最典型的代表即為開關電容濾波器，時鐘頻率以及電容比例決定其濾波性能，其頻率精密度甚至可以達到1/1000，通過電容濾波器的開啟和管壁產(chǎn)生的信號并不產(chǎn)生量化，持續(xù)工作，不過，由于采樣工作范圍有所限制，因此，頻率采集工作要設置超過2倍的信號才不會出現(xiàn)混疊的情況。離散時間濾波器方法的效果想要達成，通常會選擇過采的方法，就是上文提到的將頻率值設置大于頻率最高值的2倍，這樣讓工作可靠性提高，所以，應選擇高帶寬的放大器，和速度很快的時鐘一起使用。

3.2 連續(xù)時間模擬濾波器

這種持續(xù)發(fā)送的模擬信號能夠選擇與其相適應的濾波器完成處理，不必提取進入信號的樣品，所以，不必再另外選擇平滑濾波器，則能很好控制頻率很快、狀態(tài)不穩(wěn)的濾波，但是這種濾波器尚有缺點難以解決，一方面這種頻率受到電容商和電的流通量的限制，另一方面這些因素又會被更大的操作以及氣溫等的轉(zhuǎn)變所干擾，所以，對這種濾波器頻率掌握的精度控制在1/5或者3/10這個區(qū)間。

因此可以了解，如果濾波器要求在帶寬精度很高的地方使用，就必須有相關的校正辦法，不會導致兩種電波混淆或重疊，這當中調(diào)諧電容就是很好的一個方法，要適當找到電中，對其進行調(diào)整，叫濾波器就會發(fā)生頻率的變化，調(diào)整效果很好。

[1]張欣.廣播電視發(fā)射系統(tǒng)中濾波器的設計[J].硅谷，2008(2).

[2]王文謙，謝鵬飛.廣播電視發(fā)射系統(tǒng)中濾波器的設計[J].科技風，2008(23).