板障山隧道多載調(diào)頻波同頻廣播的實(shí)踐與應(yīng)用

梁劍

摘 要：珠海是一個多山丘的城市，板障山隧道是珠海市區(qū)的主要交通要道，直接貫通城市的南、北方向。多年來，隧道內(nèi)一直都無法收聽到無線調(diào)頻廣播。該文主要敘述通過在隧道內(nèi)進(jìn)行多載調(diào)頻波同頻廣播，在實(shí)施方案中最后利用同軸泄漏電纜作為多載調(diào)頻波的主要載體，終于比較圓滿解決了板障山隧道內(nèi)調(diào)頻廣播覆蓋的問題，為珠海的調(diào)頻廣播覆蓋事業(yè)劃上了比較完美的句號。

關(guān)鍵詞：調(diào)頻波 多載波同頻廣播 狹窄傳輸空間—— 隧道 泄漏電纜 實(shí)驗(yàn) 測試 覆蓋效果。

中圖分類號：TN93 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（a）-0056-03

隨著科學(xué)的發(fā)展和人民生活水平的提高，有車一族在今天不再是一件新鮮的事兒，相反，汽車、小汽車已逐步成為人們代步的交通工具。人們在開車、搭車的同時，對城市交通信息、無線資訊、時事新聞、CD音樂的需求越來越高。在這種情況下，珠海板障山隧道無線廣播覆蓋的問題被再次提到議程上來，并且隨著時間的推移，人們的呼聲越來越高……。

按上級領(lǐng)導(dǎo)的要求，珠海廣播電視臺發(fā)射中心在領(lǐng)導(dǎo)的帶領(lǐng)下，進(jìn)行了大量的技術(shù)探討，資料搜尋，實(shí)地考察和理論實(shí)驗(yàn)，在當(dāng)時資金比較少的情況下，最終確定在板障山隧道內(nèi)進(jìn)行多載調(diào)頻信號同頻廣播。

1 實(shí)前技術(shù)探討和理論實(shí)踐

1.1 板障山隧道的物理結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

板障山隧道的地理位置和物理結(jié)構(gòu)較為特殊，它位于板障山山脈的中心處，經(jīng)人工開鑿而成。隧道是按雙向四車道單向行車設(shè)計(jì)，南、北貫通珠海檸溪和拱北。隧道長1.21 km、寬12.3 m；（兩孔）、高7.45 m，其頂呈半圓狀。兩孔的中間（北端口，北向南600 m）有通道相連（通道：15.5×3.5 m）。珠海板障山隧道北端口圖（如圖1）。

1.2 板障山隧道無線調(diào)頻廣播的覆蓋情況

珠海主要調(diào)頻廣播發(fā)射基站位于景山公園的船底山（海拔：148 m）上，離板障山隧道約12 km，位于隧道的東邊，同屬于板障山山脈。基站調(diào)頻發(fā)射天線有效發(fā)射高度320 m左右（海拔），發(fā)射天線的極化方式為：（H）。同一付天線發(fā)射的調(diào)頻波有：珠海FM 95.1 MHz（5 KW）、珠海FM87.5 MHz；（5 KW）、中央音樂之星FM99.1 MHz（3 KW）、廣東珠江經(jīng)濟(jì)臺FM103.8 MHz（3 KW）。

板障山隧道的調(diào)頻廣播覆蓋情況：隧道的兩端，南端口和北端口有信號，接收電平≧55 dBuv；南端口、北端口向隧道內(nèi)延伸60 m左右，可聽到廣播聲音，其余無信號覆蓋。[1]

1.3 影響調(diào)頻波在隧道內(nèi)傳輸?shù)囊蛩亍?/p>

隧道作為一個縱向傳輸?shù)莫M窄空間，其四周由混土構(gòu)成，調(diào)頻波在其內(nèi)傳播時必然具有不同于地面調(diào)頻波的傳輸特性。調(diào)頻波頻率低，波長長，當(dāng)它在隧道等狹窄空間傳播時，影響它的傳播因素如下。

（1）調(diào)頻波在狹窄的隧道內(nèi)傳播時，有一部分能量被折射入隧道的土壤里被土壤吸收，隧道內(nèi)土壤的導(dǎo)電率大小決定著調(diào)頻波的被吸收程度。實(shí)踐證明：無線電波在導(dǎo)電率較高的土壤里傳播時其衰減是很大的，并且隨著頻率的增大，其衰減會隨著距離的增加按指數(shù)規(guī)律變化。據(jù)統(tǒng)計(jì)，土壤的導(dǎo)電率為10-3/Ω.m，工作頻率為100 KHz時，無線電波在土壤中傳播衰減為：170 dB/km，工作頻率提高到1 MHz時，衰減為550 dB/km；當(dāng)土壤的導(dǎo)電率為：10-3/Ω.m，工作頻率為100 KHz時則衰減高達(dá)1720 dB/km。[2]

（2）隧道的幾何形狀和橫截面尺寸對無線電波的傳輸距離有著重大影響。當(dāng)在隧道內(nèi)發(fā)射電磁波時，由于隧道幾何尺寸的狹窄，會從隧道的多個面形成“無數(shù)”次的多徑反射，在接收點(diǎn)，它們和正向波疊加在一起會形成“無數(shù)”次的干涉現(xiàn)象，它會很快地消耗電磁波的能量，致使無線電波無法在隧道內(nèi)傳播較遠(yuǎn)的距離。

（3）隧道內(nèi)的抽風(fēng)設(shè)備和行駛中的車流也會對調(diào)頻波的傳輸特性造成破壞。行駛中的車輛越高大，造成的影響就越大。我們曾于隧道內(nèi)做過這樣的實(shí)驗(yàn)：在隧道旁邊用掃頻儀測量一支5單元寬帶調(diào)頻發(fā)射天線的幅頻特性（天線架設(shè)6.0 m高，水平極化），當(dāng)沒有汽車經(jīng)過時，其幅頻特性是比較平坦的；當(dāng)只有小汽車經(jīng)過時，影響不大；當(dāng)公共汽車和大型卡車經(jīng)過時，其幅頻特性的高端就會變得比較差，而且不穩(wěn)定。

（4）調(diào)頻波在隧道內(nèi)傳播時，發(fā)射功率的大小對它的傳播距離影響不大。

我們曾于隧道內(nèi)做過這樣的實(shí)驗(yàn)：于隧道內(nèi)架設(shè)一支5單元寬帶八木調(diào)頻發(fā)射天線。天線設(shè)于6.5 m高，增益≧8 dB、最大輸入功率為200 w、極化為（H）。用一臺100 w的調(diào)頻發(fā)射機(jī)（95.1 MHz）對其發(fā)射，傳輸1 Kc信號。開始時發(fā)射機(jī)輸出功率為5 W，用汽車收音機(jī)收聽，記錄收測效果和傳輸距離；其后把發(fā)射機(jī)輸出功率調(diào)到30 W和70 W，發(fā)現(xiàn)信號的傳輸距離均為300 m左右。汽車離發(fā)射天線較近時，收聽的信號清晰，汽車行駛兩百多米時出現(xiàn)噪聲，超過300 m時噪聲越來越大，再行幾十米就聽不到聲音。

1.4 板障山隧道北端口頂部調(diào)頻信號收測情況

收測位置：隧道北端口頂部。

收測條件：八木五單元調(diào)頻接收天線（參數(shù)見表1）、鐵架一個，水管一條（長3 m、Ф6 cm），天線方向?qū)ο虼咨桨l(fā)射天線。用頻譜儀收測數(shù)據(jù)見表2。

2 實(shí)施方案（一）

2.1 工作原理

利用多載波同頻傳輸技術(shù)，將隧道外收到的多載波調(diào)頻信號用小功率發(fā)射機(jī)放大后，在隧道內(nèi)對多付天線進(jìn)行發(fā)射，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)頻波在隧道內(nèi)的傳播和覆蓋。

2.2 基本材料設(shè)備（廠家訂做）

八木五單元調(diào)頻接收天線一支、調(diào)頻段四路帶通濾波器一個、有線電視放大器；MW-BLE-H）三臺（參數(shù)見表3）、八木五單元調(diào)頻發(fā)射天線四支（參數(shù)見表1；使用“八木”原因：收、發(fā)天線具有互易性，雙偶極子尺寸過大）；100 W立體聲調(diào)頻發(fā)射機(jī)一臺；（可達(dá)國標(biāo)GY50—89乙級指標(biāo)，要求：發(fā)射機(jī)的輸入電平≧90 dBuv時，可達(dá)100W輸出）；功分器三個；同軸電纜SYWV-75-12630 m（參數(shù)見表4）、HCAAYZ-50-22皺紋射頻同軸電纜120×4 m（參數(shù)見表4）；相應(yīng)接頭一批。endprint

2.3 信號流程圖（圖2）

信號流程：

將接收天線收到的四套調(diào)頻信號經(jīng)帶通濾波器處理后，用SYWV-75-12同軸電纜送到北端口，于該處安裝第一級模塊放大器（輸出電平：92—— 102dBuv）；將放大后信號用75Ω電纜；同上）向隧道內(nèi)傳送300 m，于該處安裝第二級放大器（電平同第一級）；然后再用75 Ω電纜（同上）將放大后的信號送到離北端口600 m處兩孔的通道內(nèi)。于該通道內(nèi)安裝100 W發(fā)射機(jī)和第三級放大器（電平同上，將其輸出送入發(fā)射機(jī)）；將發(fā)射機(jī)放大后的信號用三個功分器分為四等分，然后用HCAAYZ-50-22同軸電纜分別送入四付發(fā)射天線進(jìn)行發(fā)射。天線的位置：每個孔道兩付發(fā)射天線，設(shè)于孔道圓頂6.5 m高處，水平安裝，分別離北端口500 m和700 m，兩發(fā)射天線輻射方向相反，一付指向北端口，一付指向南端口。

2.4 板障山隧道調(diào)頻廣播覆蓋的實(shí)測數(shù)據(jù)和效果

（1）用小汽車上的收音機(jī)進(jìn)行收測，在隧道內(nèi)均可收聽到四套調(diào)頻廣播信號，大多數(shù)地方收聽還是比較清晰的。但也有三處地方收聽的噪聲比較大，它們分別為（對北端口）：80～200 m、550～650 m、1000～1120 m處。

（2）發(fā)射機(jī)輸出30 W和輸出70 W的收測效果相差不大。發(fā)射功率與反射功率數(shù)據(jù)：30 W時，反射功率為1.2 W；60 W時，反射功率為2.1 W；70 W時，反射功率為3.6 W。

（3）該方案2006年建成到2010年6月結(jié)束將近工作四年時間。期間故障發(fā)生比較多。其原因：由于隧道的工作環(huán)境差，灰塵大，溫度較高，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)的散熱風(fēng)扇損壞比較多，當(dāng)發(fā)射機(jī)的散熱風(fēng)扇損壞時也容易損壞功放管。另外，發(fā)射機(jī)的保護(hù)次數(shù)也略多，斷電重啟后發(fā)射機(jī)可工作。這可能跟高大的車流有關(guān)，偶爾會引起發(fā)射機(jī)駐波比過大保護(hù)。

3 實(shí)施方案（二）

3.1 更改實(shí)施方案原因

板障山隧道重新裝修，所有設(shè)備必須拆離；故障率較高，維修極不方便；覆蓋效果不理想；國內(nèi)生產(chǎn)的泄漏電纜性能已達(dá)到國際先進(jìn)水平，價格大幅下調(diào)。

3.2 工作原理

利用多載波同頻傳輸技術(shù)，將隧道外收到的多載波調(diào)頻信號用小功率發(fā)射機(jī)放大后，送入泄漏電纜。根據(jù)泄漏電纜既具有同軸電纜傳輸線的功能又具有發(fā)射天線的輻射功能的特點(diǎn)，把泄漏電纜作為多載波調(diào)頻信號的傳輸載體，這樣既解決了隧道內(nèi)信號的傳輸問題，又解決了隧道內(nèi)接收點(diǎn)的信號電平問題，從而實(shí)現(xiàn)多載調(diào)頻信號在隧道內(nèi)的傳播和覆蓋。

3.3 基本材料設(shè)備

八木五單元調(diào)頻接收天線一支，調(diào)頻段四路帶通濾波器一個、有線電視模塊放大器（MW-BLE-H）一臺，100 W立體聲調(diào)頻發(fā)射機(jī)一臺，功分器一個，同軸電纜 SYWV-75-1230 m，HCAAYZ-50-22皺紋射頻同軸電纜20×2 m；RMC50L-158-1泄漏電纜1200×2 m（參數(shù)可參考漢勝漏纜技術(shù)指標(biāo)）；HCAAYZ-50-12跳線2×2根。DIN接頭一批，吸收負(fù)載（50 Ω、5 W）2個。

3.4 信號流程圖（圖3）

信號流程：

將接收天線收到的四套調(diào)頻信號經(jīng)帶通濾波器處理后，用SYWV-75-12同軸電纜送到北端口，于該處安裝一個模塊放大器 （輸出電平：92—— 102dBuv），然后將其輸出送入100W立體聲調(diào)頻發(fā)射機(jī)進(jìn)行放大，將放大后的信號用一個功分器分為兩等分，通過兩條同軸電纜HCAAYZ-50-22，分別送入兩條同軸泄漏電纜RMC50L-158-1進(jìn)行信號傳輸和覆蓋。

3.5 泄漏電纜設(shè)計(jì)預(yù)案。

（1）95%覆蓋漏纜末端的最小功率要求。

根據(jù)RMC50L-158-1的技術(shù)參數(shù)可知：RMC50L-158-1的耦合損耗為68dB，每百米損耗：0.82 dB（120MHz）；隧道的寬度因子：20×logD/2（D為隧道寬度，實(shí)際為7米，6.15米是車道寬度）；衰落余量：10 dB，則：漏纜末端的最小功率；X）要求：X-（68+20×1og7/2+10）≥-62dBm，得X27dBm。

（2）漏纜末端實(shí)際功率。

發(fā)射機(jī)輸出為60W（約47.5dBm），接頭及連接電纜HCAAYZ-50-22（20 m）損耗1dB；漏纜接頭及跳線（2根）損耗：2dB；1200 mRMC50L-158-1損耗：1200×0.82=9.8dB；一個功分器損耗：3.5dB。則：漏纜末端信號強(qiáng)度：47.5-3.5-1-2-9.8=31.2dBm>27dBm。

（3）漏纜末端車體內(nèi)信號強(qiáng)度（Y）計(jì)算。

Y等于漏纜末端信號強(qiáng)度減去漏纜耦合損耗、減去空間損耗；6dB）、減去衰落余量。即：Y=31.2-68-6-10=-52.8dBm>-62dBm。設(shè)計(jì)滿足覆蓋要求。[3]

3.6 應(yīng)用泄漏電纜，隧道內(nèi)調(diào)頻廣播覆蓋的實(shí)測數(shù)據(jù)和效果

（1）發(fā)射機(jī)的輸出功率為60W，反射功率為0.2W，反射功率不隨輸出功率的大小而變化。

（2）用小汽車上的收音機(jī)進(jìn)行收測，時速50 km/h，結(jié)果：四套調(diào)頻廣播均清晰，信號平穩(wěn)，無噪聲和陰影區(qū)。

（3）發(fā)射機(jī)安裝在隧道口，通風(fēng)效果好，工作溫度比較低，故障大幅下降，方案；（二）從實(shí)施到現(xiàn)在基本上沒有出現(xiàn)過保護(hù)方面的故障。

4 結(jié)語

板障山隧道調(diào)頻廣播是一個比較復(fù)雜的系統(tǒng)工程，技術(shù)難度相對較大。材料、設(shè)備的科學(xué)性、可靠性、穩(wěn)定性是項(xiàng)目成功的關(guān)鍵。珠海是一個多山丘城市，要想實(shí)現(xiàn)珠海郊區(qū)隧道的調(diào)頻廣播覆蓋，目前無論是資金、技術(shù)壓力是比較大的，但隨著光技術(shù)、泄漏電纜技術(shù)的廣泛應(yīng)用，珠海調(diào)頻廣播覆蓋事業(yè)必然會出現(xiàn)一個新的局面……。

參考文獻(xiàn)

[1] 方德葵，倪世蘭，錢岳林.電視與調(diào)頻發(fā)送技術(shù)[M].北京：中國廣播電視出版社，2005.

[2] 李繼生.地鐵隧道電磁波傳播特性的研究[J].天津：天津科技大學(xué)學(xué)報，2005，20（1）：34-36.

[3] 郝云飛，李來杰，傅文中.泄漏電纜輕軌干線覆蓋工程設(shè)計(jì)研究[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2010（7）：31-33，endprint