淺談中波廣播發(fā)射對電視播出的干擾

張緯球

（哈密地區(qū)廣電局 技術(shù)科，新疆 哈密 839000）

1 引言

在廣播電視的日常工作中，干擾無處不在。有的存在于設(shè)備之間，如發(fā)射設(shè)備對接收設(shè)備或測試儀器的干擾、接收設(shè)備之間相互的干擾；有的存在于導(dǎo)線之間，如電磁輻射引起的共模干擾、異模干擾，一條信號傳輸導(dǎo)線對另一條導(dǎo)線的干擾；有的存在于電源之間，如用電設(shè)備的開關(guān)導(dǎo)致供電電壓的擾動、用電設(shè)備工作時產(chǎn)生的高次諧波等。干擾的形式也是多種多樣，有輻射干擾、傳導(dǎo)干擾、電壓干擾、電流干擾等。干擾所造成的影響可謂形形色色。例如，干擾輕的影響廣播電視信號的信噪比，使接收的電視圖像清晰度下降，接收的廣播聲音噪聲增大；干擾大的會使接收的圖像有明顯的噪波點或波紋干擾，接收的聲音信號和噪聲信號較難區(qū)別，讓人難以忍受；干擾嚴重者還會破壞電視同步掃描系統(tǒng)的正常工作、干擾信號淹沒聲音信號，從而使電視無法收看、廣播無法收聽，更為嚴重的還會使廣播電視設(shè)備遭受損壞[1]。

哈密7601臺建于1978年，發(fā)射機功率均為1 kW。哈密電視臺建于1983年，發(fā)射機功率為1 kW。兩臺位于同一個大院，中波廣播發(fā)射機房與電視發(fā)射機房相距約60 m，中波廣播發(fā)射天線與電視發(fā)射機房相距約150 m。最初中波廣播、電視發(fā)射均播出正常。1993年開始有干擾現(xiàn)象，中波廣播發(fā)射機開機后對電視發(fā)射圖像產(chǎn)生干擾，整個電視畫面有明顯的網(wǎng)紋干擾。廣播發(fā)射機關(guān)機后干擾消除。

2 中波廣播發(fā)射對電視播出信號產(chǎn)生干擾的原因

2.1 噪聲、干擾及電磁兼容的概念

噪聲是指電路中除有用信號以外的任何電氣信號或能量。噪聲的種類主要有熱噪聲、人為噪聲、自然噪聲。熱噪聲主要是由電氣設(shè)備中電子熱運動引起的，由物質(zhì)本身的特性決定的；人為噪聲主要指工業(yè)設(shè)備、電動機、變壓器、電力線、無線電波輻射等人為引起的輻射噪聲；自然噪聲是由于自然界中宇宙輻射、太陽輻射以及雷電輻射等引起的噪聲。通常，對廣播電視系統(tǒng)來講，關(guān)心的是系統(tǒng)的信噪比（S/N）。系統(tǒng)的噪聲主要分為兩種：一種是系統(tǒng)本身自有的熱噪聲或稱為本地噪聲N（Noise），包括電子熱噪聲、系統(tǒng)內(nèi)線路之間、電源與地線之間、放大器各級之間的相互干擾所形成的噪聲；另一種便是外界對系統(tǒng)運行產(chǎn)生的噪聲I（Interference），這一類噪聲就是通常意義上的干擾。不論是干擾還是噪聲，其實都是一種無用的能量，熱噪聲的特點是帶寬較寬、分布均勻、幅度較小，外界干擾則與干擾源的特性有直接關(guān)系。

干擾（Interference）：噪聲所導(dǎo)致的異常影響，如果噪聲造成不必要的結(jié)果，則稱為干擾。通常，干擾進入系統(tǒng)的形式有輻射和傳導(dǎo)，其路徑主要有接地線路、接地點、電源、接收天線等，干擾通常以噪聲的本質(zhì)表現(xiàn)出來，而噪聲是無法完全被去除的，只能減弱，使其無法產(chǎn)生干擾。對于噪聲與干擾的問題，尤其要重視干擾與噪聲之比（I/N），這是一個重要參數(shù)，它可反映出干擾的影響力。當(dāng)I/N>1.22時，干擾的影響已遠超過系統(tǒng)本身的噪聲，此時系統(tǒng)噪聲主要以干擾噪聲為主，干擾是不容忽視的；當(dāng)I/N<0.122時，干擾的影響較小，此時系統(tǒng)噪聲主要以本地噪聲為主，干擾噪聲可以忽略不計。

電磁兼容性（Electro-Magnetic Commpatibility，EMC）是指儀器設(shè)備于可能的電磁干擾環(huán)境下仍然能正常工作的能力。

2.2 電磁干擾的產(chǎn)生

電磁干擾（Electro-Magnetic Interference，EMI）的產(chǎn)生必須同時具備干擾源、干擾路徑、被干擾設(shè)備等要素，如圖1所示。

圖1 電磁干擾要素

電磁干擾傳播的主要途徑有3種：實際導(dǎo)線的傳播即傳導(dǎo)、共同阻抗的影響、電磁波輻射的影響。

噪聲經(jīng)由輻射路徑或?qū)嶋H導(dǎo)電路徑造成干擾的模式很多，如共模干擾和異模干擾、地回路干擾等。其中，輻射干擾途徑主要有發(fā)射天線或接收天線段所輻射的能量、內(nèi)含產(chǎn)生噪聲的元件或電路的機殼所輻射電磁噪聲、電纜或傳導(dǎo)線間的串話干擾。這3種干擾源將產(chǎn)生9種不同的組合：天線對天線、天線對機殼、天線對傳導(dǎo)線、機殼對天線、機殼對機殼、機殼對傳導(dǎo)線、傳導(dǎo)線對天線、傳導(dǎo)線對機殼、傳導(dǎo)線對傳導(dǎo)線。這9種電磁干擾途徑所產(chǎn)生的影響并不全然相同，只有3種途徑所產(chǎn)生的干擾較嚴重。如果設(shè)備含天線，且處理的信號是以載波輸送，則天線對天線的輻射路徑為主要的干擾路徑；若干擾源含天線設(shè)備，而受害端或接收端并未擁有天線設(shè)備，則主要干擾途徑為天線對傳導(dǎo)線、天線對機殼；若設(shè)備之間距離較近，且導(dǎo)線間的間隔很小，則主要干擾路徑為導(dǎo)線對導(dǎo)線。低頻磁場的環(huán)境下，機殼對機殼的干擾途徑并不會產(chǎn)生顯著的影響，在其他工作情況中，機殼不太會導(dǎo)致電磁干擾的問題。

由于干擾進入系統(tǒng)的路徑不同，其干擾的形式和產(chǎn)生的影響也不盡相同，如輻射干擾、共地干擾、傳導(dǎo)干擾等。共同阻抗可產(chǎn)生共模干擾。導(dǎo)線之間干擾的基本模式主要有：1）因電路間電場的相互作用而產(chǎn)生的電容性干擾；2）因電路間磁場的相互作用而產(chǎn)生的電感性干擾；3）因線路之間的互相干擾而產(chǎn)生的線路串?dāng)_。

2.3 中波廣播對電視播出產(chǎn)生干擾的認識

中波廣播對電視播出產(chǎn)生干擾的情況如圖2所示。

從圖2反映的干擾現(xiàn)象判斷，干擾源是中波廣播無線電信號，在圖中以波浪線的形式表現(xiàn)出，它對電視播出產(chǎn)生干擾的方式是輻射干擾。

中波廣播發(fā)射頻率與電視發(fā)射頻率相差很大（中波廣播頻率為526.5～1606.5 kHz，而電視發(fā)射頻率為50～1000 MHz），中波廣播信號的高次諧波信號相對也很弱，加之中波廣播發(fā)射頻率處在視頻帶寬內(nèi)，因此確定，中波廣播信號對電視播出的干擾不是對電視射頻系統(tǒng)的干擾，而是對視頻系統(tǒng)進行干擾，是中波載波干擾信號進入電視視頻通道干擾視頻播出或通過電源系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，即被干擾的系統(tǒng)或設(shè)備是電視中心播出系統(tǒng)和該系統(tǒng)與電視發(fā)射系統(tǒng)的信號傳輸導(dǎo)線[2]。

中波天線是建在地面上的垂直單極子，以大地作為輻射電流的回路。天線的實有增益和輻射效率有關(guān)，要提高天線的實有增益就應(yīng)減少地損耗，地網(wǎng)就是為了減少損耗而敷設(shè)的。

天線的地面電流呈輻射狀流回天線底部，地面總徑向電流Ip是天線底部電流和位移電流之和，中波信號的地面損耗等于徑向電流Ip在天線底部周圍以ρ≤0.5λ為半徑、深度為δ的地表層內(nèi)產(chǎn)生的損耗，其中λ為中波廣播的波長。

中波廣播的電磁場按照距離遠近通常分為3個區(qū)域：遠場區(qū)、近場區(qū)、中場區(qū)。遠場區(qū)（r?λ，r為中波廣播幅射的距離）又稱為輻射區(qū)，電基本振子的電磁場主要包含1/r項，電磁場能量交換不受場源控制，從而不斷向遠方傳播。近區(qū)（r?λ）又稱感應(yīng)區(qū)，電磁場主要由包含1/r2及1/r3的項決定，含1/r的項可忽略。介于二者之間的是中場區(qū)，各項皆不可忽略。

哈密廣電局的電視播出系統(tǒng)就處于中波廣播電磁波中場區(qū)，既受感應(yīng)場的影響，又受輻射場的影響。天線附近的感應(yīng)場主要是束縛電磁波，它的能量不僅在電場和磁場之間相互交換，而且還在感應(yīng)場與天線之間相互交換。也就是說，從天線發(fā)出的電磁能，有一部分不斷返回天線，它們是由電荷和電流“感應(yīng)”而形成的電場和磁場，不能脫離電荷和電流的控制而存在。感應(yīng)場在播出機房設(shè)備外殼、各類金屬物件表面感應(yīng)產(chǎn)生電荷、電流，然后通過播出系統(tǒng)接地點、天線周圍的地表面返回天線底座，由此產(chǎn)生的干擾進入播出系統(tǒng)，影響正常播出。感應(yīng)的電場或磁場對播出系統(tǒng)中封閉的回路很容易形成干擾電壓，進而串入傳輸導(dǎo)線中。

造成干擾的主要原因有：從電視播出系統(tǒng)的工作環(huán)境可以確定，廣播發(fā)射機通過電力線將中波干擾傳導(dǎo)到電視播出機房，進入電視播控中心的放像系統(tǒng)；中波廣播發(fā)射的無線信號輻射到電視播控中心放像機的電源線、音視頻信號傳輸線、機殼等產(chǎn)生干擾；中波廣播載波信號和其三次諧波信號通過地線及電視中心放像設(shè)備的屏蔽系統(tǒng)產(chǎn)生干擾；中波廣播信號通過暖氣管道感應(yīng)進入電視播出機房形成對電視信號的干擾；中波廣播發(fā)射天線地網(wǎng)被破壞，天線輻射效率降低，地面感應(yīng)電流增大（包括天線底部電流和位移電流），播出系統(tǒng)的接地點成為感應(yīng)電流回路，使感應(yīng)信號進入播出系統(tǒng)；電視播出系統(tǒng)屏蔽效果不好，抗干擾能力較弱。

引起電視播出異常的主要干擾因素有被干擾系統(tǒng)的靈敏度和干擾的大小。系統(tǒng)的靈敏度（Susceptibility）是指系統(tǒng)設(shè)備能正常工作的最惡劣噪聲環(huán)境，靈敏度高的系統(tǒng)表示很小的干擾信號就能使該系統(tǒng)工作異常。也就是說，對于弱信號源電路，稍有干擾進入，系統(tǒng)的正常工作就會被干擾。一般來講，干擾大對系統(tǒng)的影響就大，干擾小對系統(tǒng)的影響就小。但是，干擾的大小是相對的，它是相對于有用信號的大小來說的。干擾大，但信號強，系統(tǒng)靈敏度較低，則干擾應(yīng)確定為一般或較小，如電視發(fā)射系統(tǒng)屬大功率設(shè)備，其與電磁干擾信號的比（信噪比）很容易滿足電磁兼容的技術(shù)指標；干擾小，但信號較弱，系統(tǒng)靈敏度較高，則干擾應(yīng)確定為一般或較大，如電視播出系統(tǒng)屬弱信號系統(tǒng)，其靈敏度很高，較小的干擾都可產(chǎn)生極大的影響。

本文中，由于干擾源是中波天線發(fā)射出的電磁波，而受害端是電視播出設(shè)備及連接線，因此，主要是中波天線對AV信號傳輸線、天線對放像機機殼的干擾。從干擾現(xiàn)象分析，由于播出機房處于中波廣播信號的強場強區(qū)，此干擾信號對電視信號源和電視中心的電源系統(tǒng)的干擾最為明顯。

3 解決電磁干擾的方法

通過上述分析可知，中波廣播對電視播出產(chǎn)生的主要干擾、干擾的主要路徑、主要方式和干擾的感受體。那么，采取哪些措施可以降低、減少這些干擾呢？

首先應(yīng)當(dāng)清楚，針對不同的干擾路徑、不同的干擾方式和不同的干擾感受體，其降低或減少干擾的措施是不同的。例如，針對干擾路徑主要是輻射和傳導(dǎo)的干擾，解決的方法主要有屏蔽、接地、隔離；對于干擾源和干擾感受體，則應(yīng)盡量抑制噪聲與干擾源，降低感受體對干擾的反應(yīng)，減少傳導(dǎo)路徑的干擾噪聲輸送量。

在實際工作中，控制電磁干擾的基本方法主要是屏蔽與接地，通過破壞產(chǎn)生干擾的條件，實現(xiàn)降低干擾強度的目的。在對干擾感受體采取良好屏蔽措施的同時，如果再輔以適當(dāng)接地，則絕大部分的電磁噪聲干擾問題都可以迎刃而解。當(dāng)然，如果接地不佳，不旦無法減低電磁噪聲的干擾，而且還會形成另一個電磁干擾噪聲源。因此，確定良好的接地目標是：盡量降低各電路共同使用的接地阻抗所產(chǎn)生的噪聲電壓；避免產(chǎn)生不必要的地回路，降低外來電磁波的輻射干擾對系統(tǒng)的影響。

雖然干擾是無法消除的，但可以通過減小干擾或增加系統(tǒng)對干擾的屏蔽衰減，來提高系統(tǒng)的抗干擾能力，從而實現(xiàn)有效排除干擾的目標。為此，筆者針對中波廣播對電視播出干擾的問題，提出以下建議措施來解決干擾的問題。

從中波廣播發(fā)射系統(tǒng)方面可采取的措施有：1）按設(shè)計要求重新敷設(shè)好中波天線地網(wǎng)系統(tǒng)，提高中波天線輻射效率，降低地面感應(yīng)電流；同時做好電視發(fā)射塔和發(fā)射機房的接地屏蔽，同時將暖氣管道與發(fā)射機房工作接地系統(tǒng)并接，排除中波廣播發(fā)射信號對電視信號視頻通道的干擾；2）中波廣播發(fā)射與電視發(fā)射機房分建兩地。

在電視播出中心方面采取的措施有：1）電視放像機機殼和AV切換器與控制桌隔離，使放像機、切換器相對于控制桌懸浮，同時布設(shè)一根控制桌至機房高頻接地點的接地專線；2）在電視放像機機殼外部增加一套屏蔽罩，放像機機殼與屏蔽罩相互不連接，屏蔽罩與控制桌連接一個地；3）將電視播出系統(tǒng)與電視發(fā)射機之間的連線進行更換，更換成雙屏蔽或四屏蔽等屏蔽效果更好的視頻線；4）將音視頻信號傳輸線的布置盡量與中波廣播電磁波傳播方向一致，以減少電磁波對線路的輻射干擾；5）最大限度地減小AV連接線長度，減少信號地線與實際地線的所形成的面積，從而減少輻射干擾量；6）使播出系統(tǒng)的AV信號線與播出系統(tǒng)的電源供電線遠離，減少導(dǎo)線之間的相互干擾。

電視發(fā)射系統(tǒng)方面采取的措施有：1）進一步做好電視發(fā)射機房高頻接地系統(tǒng)，做好發(fā)射機接地；2）將發(fā)射機機械調(diào)壓器更換為凈化電源穩(wěn)壓器，對電源干擾進行隔離；3）使輸入的AV信號與發(fā)射機電源供電線遠離。

[1]林國榮.電磁干擾及控制[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[2]馮錫增.廣播電視技術(shù)手冊 第11分冊 有線電視[M].北京：國防工業(yè)出版社，1996.