專利名稱：N+1射頻(rf)大功率智能合成系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)是N+1電視發(fā)射系統(tǒng)所必需的重要組成。用以支撐多臺500W及以上功率的數(shù)字電視發(fā)射機的發(fā)射系統(tǒng)，承擔(dān)RF功率合成，即為其無源合成系統(tǒng)；為我公司所獨創(chuàng)。本發(fā)明是在計算機的控制下，智能地將N+1臺發(fā)射機輸出的N+1路(通常N為< 8的正整數(shù))RF功率信號，其N路送至濾波器組；1路送至負載。N路RF功率信號經(jīng)濾波器組濾去帶外雜波后合成輸出，送至天饋系統(tǒng)，發(fā)射到空中，供用戶接收。本發(fā)明雖以“N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)”命名，實際上對N+1射頻(RF) 小功率智能合成系統(tǒng)也完全適用。且在實際中已有多個大功率、小功率的N+1射頻(RF)功率智能合成系統(tǒng)成功應(yīng)用。本發(fā)明所涉及的技術(shù)領(lǐng)域?qū)偻ㄓ嵓皬V播電視設(shè)備制造行業(yè)。
背景技術(shù)：
一般的射頻大功率合成系統(tǒng)，其設(shè)計思想仍然停留在模擬電視的模式之下，沒有應(yīng)用計算機控制而實現(xiàn)智能化運行；而且，大多采用的是隔頻合成發(fā)射或雙天線空中鄰頻合成技術(shù)；無法滿足N+1電視發(fā)射系統(tǒng)的需要。而本發(fā)明的特征不僅是大功率RF合成，使多臺發(fā)射機共用一套天饋系統(tǒng)，更在于低損耗(高效率)、能全鄰頻工作、智能化(計算機控制)可實現(xiàn)“N+1”切換功能。本發(fā)明的鄰頻多工合成系統(tǒng)，其橢圓函數(shù)大功率濾波器采用了交叉耦合技術(shù)；尤其是溫度補償技術(shù)的采用，主要研究的是，不同金屬材料的線膨脹與溫度補償之間的關(guān)系；本發(fā)明是發(fā)明人經(jīng)過長期的研發(fā)，掌握了豐富的實踐經(jīng)驗而具有獨創(chuàng)性。使多工器能在-20°C +60°C之間，很寬溫度范圍內(nèi)正常工作，大大擴展了其應(yīng)用領(lǐng)域。實現(xiàn)了鄰頻多工合成，單天線發(fā)射。鄰頻合成既可降低天饋成本，又可節(jié)省不可再生的頻率資源。本發(fā)明的特征1)大功率RF合成，使多臺發(fā)射機共用一套天饋系統(tǒng)；2)低損耗(高效率)；3)能全鄰頻工作；4)智能化(嵌入式軟件、計算機控制)；5) “N+1”智能切換功能。N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)由該系統(tǒng)的管理軟件(平臺)、交換機、合成器組、帶通濾波器組、智能同軸開關(guān)組及負載所組成。其原理框圖見《


》圖1。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為N+1電視發(fā)射系統(tǒng)提供智能化可實現(xiàn)“N+1”切換功能的、低損耗(高效率)、寬溫度范圍內(nèi)均能正常工作的鄰頻多工合成系統(tǒng)，實現(xiàn)多臺大功率數(shù)字電視發(fā)射機的單天線發(fā)射以降低廣電運營商的建設(shè)成本和節(jié)省不可再生的頻率資源。
在數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)中，一般將500W及以上功率的發(fā)射機稱為大功率發(fā)射機，承擔(dān)相應(yīng)功率多臺發(fā)射機RF功率合成的無源合成系統(tǒng)稱為大功率合成系統(tǒng)。N+1電視發(fā)射系統(tǒng)提供智能化可實現(xiàn)“N+1”切換功能的、低損耗(高效率)、寬溫度范圍內(nèi)均能正常工作的鄰頻多工合成系統(tǒng)，實現(xiàn)多臺大功率數(shù)字電視發(fā)射機的單天線發(fā)射。N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)是我公司獨創(chuàng)的、用于“N+1”數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的射頻(RF)大功率合成(N為彡2，彡20的正整數(shù))。它是在計算機——N+1射頻(RF) 大功率智能合成系統(tǒng)管理軟件(平臺)的控制下，根據(jù)“N+1電視發(fā)射系統(tǒng)”的工作狀態(tài)，智能地將N+1臺發(fā)射機輸出的N+1路RF功率信號端選出N路有用信號至濾波器組，1路在主發(fā)射機尚未出現(xiàn)故障而暫時無用的信號連至負載。N+1數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)中正常狀態(tài)時有N臺主發(fā)射機在工作，一旦N+1數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)中某臺發(fā)射主機發(fā)生故障時，N+1數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)管理控制中心自動進入切換流程，自動地關(guān)閉故障發(fā)射主機，啟動N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)管理軟件。隨之將故障發(fā)射主機的輸出自動地切換到負載上，將備份發(fā)射主機的輸出切換到該主發(fā)射機對應(yīng)的濾波器輸入口上，這就是N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)的智能控制功能——即N+1 路RF功率信號端選出N路有用信號的切換功能。N路有用信號的RF功率信號經(jīng)濾波器組濾去帶外雜波后，由合成器組合成輸出， 送至一套天饋系統(tǒng)，發(fā)射到空中，供用戶接收。

圖1為本發(fā)明的原理框圖。圖2為本發(fā)明系統(tǒng)管理軟件(平臺)的主界面圖。圖3為本發(fā)明的智能控制功能軟件流程圖。圖4為本發(fā)明的智能恢復(fù)功能軟件流程圖。圖5為本發(fā)明的智能同軸開關(guān)嵌入式軟件流程圖。圖6為本發(fā)明濾波器的波形特性圖。圖7和8為本發(fā)明的溫度補償?shù)恼f明圖。圖9為本發(fā)明的星點式合成器工作原理框圖。圖10為本發(fā)明后級橋式合成器基本單元組成圖。圖11為本發(fā)明一個六路合成器組的典型示例。圖12為本發(fā)明典型的“7+1”國標數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的射頻輸出信號頻譜照片。
具體實施例方式N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)管理軟件(平臺)是N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)的重要組成，通過交換機采用因特網(wǎng)的連接方式對N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)設(shè)備的工作狀況進行跟蹤、檢測，提供給N+1數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)管理控制中心需要采集的信息和數(shù)據(jù)，并在N+1數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)管理控制中心的主界面圖上實時顯示。其主界面圖見《

》圖2。N+1數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)中正常狀態(tài)時有N臺主發(fā)射機在工作，一旦N+1數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)中某臺發(fā)射主機發(fā)生故障時，N+1數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)管理控制中心自動進入切換流程，自動地關(guān)閉故障發(fā)射主機，啟動N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)管理軟件。給同軸開關(guān)控制器下達指令，實施N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)的智能控制功能；隨之將故障發(fā)射主機的輸出自動地切換到負載上，將備份發(fā)射主機的輸出切換到該主發(fā)射機對應(yīng)的濾波器輸入口上，N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)的智能控制功能完成。接下來N+1數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)管理控制中心再自動完成其余的切換流程，啟動備份發(fā)射機，完成視音頻信號的切換，備份發(fā)射機開始正常工作，替代有故障的主發(fā)射機。N+1 數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)恢復(fù)正常，故障發(fā)射機停機檢修。故障發(fā)射機檢修完成后，重新啟動，N+1數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)管理控制中心檢測到主發(fā)射機的功率已恢復(fù)正常，重新關(guān)閉主發(fā)射機和備份發(fā)射機，再次啟動N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)管理軟件，實施N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)的智能恢復(fù)功能；給同軸開關(guān)控制器下達指令，自動將備份發(fā)射機輸出切換到負載上，并自動將主發(fā)射機輸出切換回原來的濾波器輸入口上，N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)的智能恢復(fù)功能完成。接下來N+1數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)管理控制中心自動重新啟動主發(fā)射機，N+1數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)恢復(fù)N臺主發(fā)射機正常工作狀態(tài)，備份發(fā)射機處于關(guān)閉(冷備份)狀態(tài)。N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)的智能控制功能軟件流程圖見《

》圖3。N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)的智能恢復(fù)功能軟件流程圖見《

》圖4。智能同軸開關(guān)組具有N臺智能同軸轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器，用以控制N個大功率射頻 (RF)智能同軸開關(guān)，每個大功率射頻(RF)智能同軸開關(guān)具有兩路射頻(RF)輸入口和兩路射頻(RF)輸出口，采取串聯(lián)組合的方式，實現(xiàn)“N+1”路大功率射頻(RF)切換。智能同軸轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器受控于嵌入式微機監(jiān)控軟件，具有用于自動控制的網(wǎng)絡(luò)接口。其工作狀態(tài)可通過面板直觀地進行顯示。智能同軸開關(guān)組具有位置傳感器，以確保智能同軸開關(guān)轉(zhuǎn)換到位后，才能啟動所支撐的大功率發(fā)射機。智能同軸開關(guān)組可支持手動和自動切換，本地和遠程切換；手動切換的優(yōu)先級高于自動切換。本智能同軸開關(guān)組具有的功能如下1)具有末端發(fā)射機狀態(tài)識別功能；2)手動、自動控制功能可選；3)當設(shè)于自動狀態(tài)時，發(fā)射系統(tǒng)可無人值守；4)控制準確、可靠和穩(wěn)定。同軸開關(guān)組的智能主要體現(xiàn)在以下三個方面1、網(wǎng)管通訊功能；2、位置傳感檢測功能；3、自動伺服切換功能。智能同軸開關(guān)組中的每一個智能同軸開關(guān)都由同軸開關(guān)和相應(yīng)的智能同軸開關(guān)控制器組成。每個大功率射頻(RF)智能同軸開關(guān)具有兩路射頻(RF)輸入口和兩路射頻(RF) 輸出口 ；安裝有一臺驅(qū)動電機和兩個位置檢測傳感器，用于驅(qū)動智能同軸開關(guān)在兩路輸入輸出之間轉(zhuǎn)換切換，并精確感知、控制、確認智能同軸開關(guān)轉(zhuǎn)動到位，避免同軸開關(guān)轉(zhuǎn)動不到位造成發(fā)射機空載或同軸開關(guān)內(nèi)打火、拉弧等嚴重故障，造成燒壞發(fā)射機等嚴重損失。由于具備網(wǎng)管通訊功能，智能同軸開關(guān)能將自己的位置狀態(tài)等信息上傳N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)平臺，并接受其發(fā)出的指令，實施相應(yīng)控制。當然，每個智能同軸開關(guān)還必須能夠承受、轉(zhuǎn)載相應(yīng)的射頻(RF)大功率信號，如 500W、1000W、2000W、3000W 等射頻(RF)大功率信號。智能同軸開關(guān)嵌入式軟件流程圖見《

》圖5。多路數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的合成系統(tǒng)對帶通濾波器有較為苛刻的要求，插入損耗、 矩形系數(shù)(選擇性)和溫度穩(wěn)定性是其最重要的指標。插入損耗越大，就會讓越多的射頻(RF)功率信號在此損耗而不能傳送出去；除了浪費能源外，損耗的射頻(RF)功率信號在此轉(zhuǎn)換成溫升；濾波器溫度升高，就會造成頻率特性漂移和工作不穩(wěn)定。矩形系數(shù)越高，濾波器的濾波特性越好，越適合于多路鄰頻工作；但是，矩形系數(shù)越高，其帶內(nèi)波動越難控制，帶外抑制也成困難，又反過來制約其多路鄰頻工作的應(yīng)用。濾波器的溫度變化，引起頻率漂移；這對濾波器的頻率穩(wěn)定性是至關(guān)重要的。頻率漂移過大，其他指標再好也失去意義。而頻率特性隨溫度漂移一直是較難解決的問題。雖然為此產(chǎn)生了很多解決方法，但結(jié)合實際的應(yīng)用，適合于批量生產(chǎn)的，從體積到價格、性能都優(yōu)越的濾波器仍然難求。由于長期專業(yè)研究與生產(chǎn)經(jīng)驗的積累，獲取了大量的實用數(shù)據(jù)和計算仿真模板， 引入計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用。我們設(shè)計的腔體帶通濾波器使插入損耗低，矩形系數(shù)高，頻率溫度漂移??；體積小，溫升低，工作穩(wěn)定可靠。帶通濾波器組的特征是腔體橢圓函數(shù)大功率濾波器采用了交叉耦合技術(shù)；尤其是溫度補償技術(shù)的優(yōu)選采用，主要研究的是，不同金屬材料的線膨脹與溫度補償之間的關(guān)系； 本發(fā)明是發(fā)明人經(jīng)過長期的研發(fā)，掌握了豐富的實踐經(jīng)驗而具有獨創(chuàng)性。關(guān)于插入損耗濾波器插入損耗定義為在中心頻率點&點的插入損耗值。其大小與工作頻率有關(guān)，例如某款在UHF工作的濾波器，在UHF低端470MHz時插入損耗為< 0. 35dB,而到高端 860MHz則插入損耗只能作到< 0. 37dB。插入損耗值也與功率容量有關(guān)。功率容量越大，腔體內(nèi)外導(dǎo)體也越大，插入損耗也就越小。例如某款2. 5kW濾波器在低頻端可以作到< 0. 34dB，而另一款200W濾波器卻只能達到;^ 0. 38dB。插入損耗不僅與設(shè)計好壞直接關(guān)聯(lián)，還和制造工藝有密切的關(guān)系。腔體的損耗包括有腔體電流流過導(dǎo)電表面的歐姆損耗，接插件和調(diào)諧元件的接觸電阻損耗，焊接質(zhì)量引入的損耗，還有腔體不適當?shù)慕橘|(zhì)，也會引入介質(zhì)損耗。有一次我們試圖用聚四氟乙烯棒將腔體很長的內(nèi)導(dǎo)體支撐起來，結(jié)果插損明顯地增加了 0. 07dB。一個設(shè)計優(yōu)良的濾波器一定要有良好的加工工藝保證，電鍍質(zhì)量、調(diào)整質(zhì)量都要得到保證才能得到較低的插入損耗。我們曾經(jīng)遇到，同一份設(shè)計圖紙的不同制造，插入損耗差別很大。在這點上，本發(fā)明具有加工的工藝訣竅。下面對帶通濾波器的選擇性及其溫度穩(wěn)定性進行詳細說明。關(guān)于帶通濾波器的選擇性在電視頻道帶寬之外的頻譜能量，主要依靠合適的濾波器進行抑制。國標GB20600-2006的帶外頻譜模板有兩種，一種是不嚴格模板當數(shù)字發(fā)射機和模擬發(fā)射機(PAL制)位于同一個發(fā)射臺，并且數(shù)字電視發(fā)射機使用的頻譜位于模擬電視發(fā)射機的上鄰頻或下鄰頻時，可使用不嚴格模板。這里兩者都是同功率等級的發(fā)射機，如果發(fā)射功率不同，需按比例進行修正。另一種是嚴格的模板當數(shù)字電視信號的相鄰頻道用于其它服務(wù)(如更小發(fā)射功率)時，需要更高帶外衰減的即嚴格的模板。由上面的分析后可見無論“嚴格”或“不嚴格”都是針對同一個發(fā)射臺的上下鄰頻而言，只是被干擾的發(fā)射機的類型和功率相差很大，鄰頻與隔頻就沒有特別提要求。國標兩種模板和移動多媒體廣播發(fā)射機的一種模板的轉(zhuǎn)折點數(shù)據(jù)見表一、表二。表一、國標不嚴格模板的轉(zhuǎn)折點Gf是相對&的值)
權(quán)利要求
1.N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)，包括N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)管理軟件(平臺)、交換機、合成器組、帶通濾波器組、智能同軸開關(guān)組及負載。
2.如權(quán)利要求1所述的N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)，其特征在于，系統(tǒng)是在計算機——N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)管理軟件(平臺)的控制下，根據(jù)“N+1電視發(fā)射系統(tǒng)”的工作狀態(tài)，智能地將N+1臺發(fā)射機輸出的N+1路RF功率信號端選出N路有用信號至濾波器組，1路在主發(fā)射機尚未出現(xiàn)故障而暫時無用的信號連至負載；本系統(tǒng)與N+1數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)管理控制中心進行信息交換，即N+1數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)中正常狀態(tài)時有N 臺主發(fā)射機在工作，一旦N+1數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)中某臺發(fā)射主機發(fā)生故障時，N+1數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)管理控制中心自動進入切換流程，自動地關(guān)閉故障發(fā)射主機，隨之啟動本發(fā)明的系統(tǒng)管理軟件，實現(xiàn)N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)的智能控制和智能恢復(fù)的功能。
3.如權(quán)利要求1所述的N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)，其特征在于，智能同軸開關(guān)組具有N臺智能同軸轉(zhuǎn)換開關(guān)控制器，用以控制N個大功率射頻(RF)智能同軸開關(guān)，每個大功率射頻(RF)智能同軸開關(guān)具有兩路射頻(RF)輸入口和兩路射頻(RF)輸出口，采取串聯(lián)組合的方式，實現(xiàn)“N+1”路大功率射頻(RF)切換。
4.如權(quán)利要求3所述的智能同軸開關(guān)組，安裝有一臺驅(qū)動電機和兩個位置檢測傳感器，用于驅(qū)動智能同軸開關(guān)在兩路輸入輸出之間轉(zhuǎn)換切換，并精確感知、控制、確認智能同軸開關(guān)轉(zhuǎn)動到位，避免同軸開關(guān)轉(zhuǎn)動不到位造成發(fā)射機空載或同軸開關(guān)內(nèi)打火、拉弧等嚴重故障，造成燒壞發(fā)射機等嚴重損失；并由于本智能同軸開關(guān)組具備網(wǎng)管通訊功能，智能同軸開關(guān)能將自己的位置狀態(tài)等信息上傳N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)平臺，接受其發(fā)出的指令，實施相應(yīng)控制；其工作狀態(tài)可通過面板直觀地進行顯示。
5.如權(quán)利要求3所述的智能同軸開關(guān)組，其特征在于，智能同軸開關(guān)組具有以下功能1)具有末端發(fā)射機狀態(tài)識別功能；2)手動、自動控制功能可選；3)當設(shè)于自動狀態(tài)時，發(fā)射系統(tǒng)可無人值守；4)控制準確、可靠和穩(wěn)定。
6.如權(quán)利要求1所述的N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)，其特征在于，帶通濾波器組的橢圓函數(shù)大功率濾波器采用了交叉耦合技術(shù)和溫度補償技術(shù)的結(jié)合；即采用了溫度傳感技術(shù)和計算機技術(shù)，使多金屬線膨脹系數(shù)與溫度補償之間的關(guān)系一一精準對應(yīng)，以充分利用諧振腔材質(zhì)、形狀和尺寸的最佳搭配，得到良好的溫度特性，以使系統(tǒng)整體獲得極高的頻率穩(wěn)定性。
全文摘要
本發(fā)明涉及的大功率智能合成系統(tǒng)是N+1電視發(fā)射系統(tǒng)所必需的重要組成。用以支撐多臺500W及以上功率的數(shù)字電視發(fā)射機的發(fā)射系統(tǒng)，承擔(dān)RF功率合成，即為無源合成系統(tǒng)；為我公司所獨創(chuàng)。本發(fā)明是在計算機的控制下，智能地將N+1臺發(fā)射機輸出的N+1路(通常N為≤8的正整數(shù))RF功率信號，其N路送至濾波器組；1路送至負載。N路RF功率信號經(jīng)濾波器組濾去帶外雜波后合成輸出，送至天饋系統(tǒng)，發(fā)射到空中，供用戶接收。N+1射頻(RF)大功率智能合成系統(tǒng)由該系統(tǒng)的管理軟件(平臺)、交換機、合成器組、帶通濾波器組、智能同軸開關(guān)組及負載所組成。本發(fā)明的特征不僅是大功率RF合成，使多臺發(fā)射機共用一套天饋系統(tǒng)，更在于低損耗(高效率)、能全鄰頻工作、智能化(計算機控制)可實現(xiàn)“N+1”切換功能。
文檔編號H04N5/38GK102215353SQ20111009148
公開日2011年10月12日 申請日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者余才文, 宋培康, 曾俊, 李正武, 湯旭光, 蔣小獻, 許小波, 鄧玉明, 陳祖云 申請人:成都新光微波工程有限責(zé)任公司