基于中波塔大修代播共塔網絡的構建

王貴金 揚州廣電總臺傳輸控制中心中波發(fā)射部

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基于中波塔大修代播共塔網絡的構建

王貴金 揚州廣電總臺傳輸控制中心中波發(fā)射部

【摘 要】本文介紹了揚州中波臺120米鐵塔大修期間，帶播共塔網絡的構建及方案論證、設計及共塔網絡的安裝調試及檢測。

【關鍵詞】天線網絡 共塔 設計 干擾 匹配 調試

一、前言

揚州中波臺801KHz和1179KHz兩套廣播頻率共塔使用120米拉線鐵塔播出，至今已有二十六年。去年經專業(yè)機構檢測后發(fā)現(xiàn)有拉線斷線，檢測報告提出發(fā)射塔必須盡快進行大修。考慮到節(jié)目播出不允許長時間停播，如果該塔進行大修需要停用10天左右，原有的節(jié)目播出只有采用與其它的單頻塔實施共塔臨時代播，同時日常安播要求臨時共塔網絡的建設與使用，必須保證不影響原塔正常頻率的播出，臨時共塔網絡的搭建要面臨現(xiàn)場測量安裝調試不能影響安播的諸多限制因素和困難。

二、建設共塔網絡播出技術可行性論證

中波頻段526.5～1606.5kHz，其波長為575M-187M，傳統(tǒng)的中波天線是根據赫茲定理的半波長理論來設計的，發(fā)射天線振子大多采用76米、90米、120米等具有一定高度的鐵塔。為滿足發(fā)射機輸出頻率和阻抗匹配的要求，必須在天線下建匹配網絡。匹配網絡主要起保證阻抗匹配的作用，還有抑制鄰頻干擾，防范雷擊的作用。由于中波天線阻抗是工作頻率的函數，不同頻率的天線阻抗不同，天線阻抗、調配元器件的阻抗總是隨著頻率而變化。中波天線阻抗的高低端變化很大，即使是同一頻率，載頻和邊頻的天線阻抗也不同，這樣對同一付天線塔上不同的頻率，呈現(xiàn)的天線阻抗不同，其匹配網絡也不一樣，因此同一付天線塔多頻共塔是可性的。同一付天線塔最多可以幾個頻率共塔，理論上中波工作頻段在526.5～1606.5kHz范圍內，按照帶寬9kHz，共可以有120個頻率。而實際應用必須考慮設計網絡電路技術實施的可行性，現(xiàn)場安裝及調試能否實現(xiàn)等眾多因素，因此多頻共塔是受限的。在中波120個工作頻段，如果按照多頻共塔在技術上對頻率間隔的要求，從頻率之比的標準選擇，在同一付天線塔最多可實現(xiàn)5-6個頻率共塔。當然設計的網絡要考慮多個發(fā)射頻率的串擾問題，并塔頻率過多匹配網絡的設計、安裝及調試都比較困難，實際多采用2-3個頻率共塔。對兩頻并塔，根據以往雙頻并塔的經驗要求兩個頻率之比大于1.25比較好。

三、揚州中波臺臨時共塔建設方案

1、共塔網絡建設的原則

天線網絡的主要功能是實現(xiàn)發(fā)射機輸出與天線阻抗的最佳匹配，使發(fā)射機的高頻輸出功率最大化地轉變?yōu)闊o線電磁波傳播出去，天線網絡還應具有防雷擊，抗干擾的特點。如果是共塔網絡，多頻共塔應用設計必須考慮網絡電路實施的技術可行性，搭建網絡電路能夠提供的常規(guī)元器件種類，便于安裝調試及網絡運行穩(wěn)定性等因素。通常在每個頻率支路必須要有并聯(lián)阻塞共塔頻率的網絡，避免共塔頻率之間互相干擾；另外多頻率天線場天線網絡還要考慮其它發(fā)射頻率的干擾影響以及最終的阻抗匹配形式，需根據最終呈現(xiàn)的阻抗參數選擇不同匹配形式。揚州臺臨時共塔網絡電路的設計，兼顧兩個頻率搭配的合理間隔，分析了在原有的單頻網上開發(fā) 設計共塔電路的可行性?；驹瓌t是盡量減少改動原有網絡，選用常規(guī)元器件，避免采用特殊規(guī)格元器件，如特大電感、電容或特小電感、電容，有利于實際工程的施工建設，便于安裝調試。

2、揚州臺共塔頻率選擇及共塔網絡建設要求

揚州臺共有四付發(fā)射塔，有兩個頻率是單頻單塔播出。新建臨時共塔時在現(xiàn)有的單頻播出的發(fā)射塔各增加一個頻率播出，揚州臺實施共塔的是1314 KHz和603 KHz 的兩個單頻網絡。要求新共塔網絡盡量在現(xiàn)有單頻網絡電路基礎上設計添加共塔網絡電路，保證搭建共塔網絡不影響原有頻率的正常播出。

天線共塔匹配的搭建，由于其復雜性，一副網絡從測試、設計到安裝調試成功，需要一定時間的停播進行安裝調試，而共塔網絡的所有安裝調試只能利用每周二兩小時的停機檢修時間，盡管搭建的臨時共塔網絡短期使用，但從安全播出出發(fā)，它的設計安裝與調試都必須按照網絡建設的標準實施，網絡技術參數符合要求，保證代播使用期間工作的穩(wěn)定可靠。

圖1　揚州中波天線塔分布示意圖

對于兩頻共塔的頻率搭配選擇，揚州臺現(xiàn)有6個頻率點（603 KHz、801 KHz、981 KHz、1179 KHz、1314 KHz、1521 KHz），4付天線，功率從1KW到10KW不等，各頻率點之間相隔近200KHz。揚州中波天線塔分布示意圖如圖1所示。

天線場全部在機房北部，由西向東依次為西北為1314單頻（A）塔76米，正北靠近機房981與1521雙頻76米（B）塔，正北遠離機房1179與801雙頻共120米（C）塔，東北方向為603 KHz單頻（D）塔76米，其中120米（C）塔與603 KHz的76米（D）塔相距較近約為80米左右，其它塔之間在150米以上。揚州臺的臨時網絡改造就是要將120米（C）塔播出的1179 KHz與801 KHz停用分別共塔在其它塔上播出。根據以往雙頻共塔的經驗要求兩個頻率之比大于1.25，從這點出發(fā)選擇，（B）中塔已有981 KHz與1521 KHz共塔，再共塔網絡更復雜；對共塔兩頻的選擇，如果選用1314 KHz與1179 KHz，801 KHz與603 KHz共塔，其中 1314 KHz與1179 KHz的共塔頻率比只有1.15，只有采用801 KHz與1314 KHz，1179 KHz與603 KHz共塔比較好，它們高與低的頻率比均大于1.25，滿足以往的設計經驗共塔可行性的要求。

3、801 KHz與1314 KHz單頻網絡共塔電路方案

A塔原1314 KHz與981 KHz調配網絡電路圖見圖2?，F(xiàn)有的1314 KHz匹配網絡電路中已有1314 KHz網絡是與981 KHz兩頻共塔電路，但僅有1314 KHz頻率用，該網絡設計采用了阻塞網絡抗干擾，接地電感防雷擊，阻抗轉換匹配等實用電路，網絡前端有801 KHz的并聯(lián)阻塞網絡，后端有1314 KHz阻塞網絡，如果采用801 KHz 與1314 KHz共塔使用方法，共塔網絡電路設計將會非常方便。一是改造原981KHz網絡，可將原981 KHz網絡支路的1314 KHz的阻塞網絡在801 KHz并聯(lián)阻塞網絡前端并接，支路后端拆除，重新設計其它防高頻串擾的阻塞網絡及網絡變換匹配電路，這樣801KHz共塔網絡支路的加入對原有1314 KHz網絡支路沒有影響；二是在801KHz阻塞網絡后完全斷開但不拆除原有981 KHz 的共塔網絡，重新設計801KHz的臨時共塔網絡，待大塔維修結束后將801 KHz臨時網絡拆除即可恢復981 KHz 的共塔網絡使用，從技術上講電路設計也可行，主要是調配房空間有無位置安放，調試是否方便，經過現(xiàn)場查看權衡分析比較，選擇斷開981 KHz支路網絡器件，搭建臨時平臺設計新建801 KHz臨時共塔網絡的方案。

圖2　A塔原1314KHz與981KHz調配網絡電路圖

圖3　603KHz單頻網絡電路

4、1179 KHz與603 KHz單頻網絡共塔電路方案

現(xiàn)有603 KHz單頻網絡電路見圖3。網絡電路僅在前端有一1053 KHz的并聯(lián)阻塞網絡，沒有1179 KHz的阻塞網絡，后端有801 KHz的阻塞網絡。而在現(xiàn)有天線發(fā)射場并沒有1053 KHz的播出頻率，當初603KHz網絡電路設計采用1053 KHz阻塞網絡是抑制801 KHz、981 KHz和1179 KHz多頻干擾變通應用的結果。603KHz在揚州中波臺所有發(fā)射頻率中屬于頻率最低的，在其鄰頻高端依次有801 KHz、981 KHz和1179 KHz，其中發(fā)射功率801 KHz為3KW， 981 KHz和1179 KHz 均為10KW，801 KHz和1179 KHz共塔與603 KHz塔相距近不足100米，981 KHz塔與603 KHz塔相距有200米；在603KHz網絡電路設計自然要考慮這幾個頻率的干擾，通常在電路設計中采用串聯(lián)阻塞網絡或并聯(lián)吸收網絡的形式，但這幾個阻塞網絡對603 KHz頻率呈現(xiàn)的都是參數值較大的感性阻抗，而603KHz天線阻抗實部小于50歐，如果虛部太大，很難實現(xiàn)末端電路匹配50歐，需串聯(lián)電容抵消感性阻抗調整虛部的適當值，但串聯(lián)電容就破壞了電感接地防雷的直流通道，不利于網絡的抗雷擊。經過試驗選擇981 KHz和1179 KHz的中間頻率1053 KHz阻塞網絡，再配合電感L3，L2調整使末端電路匹配為50歐，末端又采用復合并聯(lián)網絡消除801的干擾，從而建立了603KHz網絡，使用至今一直穩(wěn)定可靠。

現(xiàn)選擇1179 KHz與603 KHz共塔，雙頻共塔，要考慮鄰頻干擾的問題。因原603 KH網絡沒有對1179 KHz的阻塞網絡，必須對原有的網絡電路進行改造重新設計，進行簡單改動，可將1053 KHz改為 1179 KHz的阻塞網絡，再調整電感L3參數，保證虛部與原來大致一致，最終通過微調L2，L3使末端電路匹配依然為50歐，后續(xù)電路可以不變動，這樣使共塔的1179 KHz網絡支路不會影響原有的603 KHz網絡支路。電路設計為前段由603 KHz阻塞與1179 KHz阻塞網絡并聯(lián)，后續(xù)再依據鄰頻干擾程度及阻抗參數選擇使用適當的阻塞網絡和匹配形式，進而實現(xiàn)1179 KHz與603 KHz共塔網絡的改造搭建。

四、最終共塔網絡設計電路方案

1、共塔網絡的阻抗參數

利用周二下午停機檢修時段，分別測試1179 KHz、801 KHz在共塔天線的阻抗參數，測試數據除了載頻還應有邊頻阻抗，現(xiàn)場測試載頻數據如下：

盆腔炎性疾病為臨床婦科中一種比較常見的疾病類型，主要包含盆腔腹膜炎、輸卵管炎、子宮內膜炎及輸卵管卵巢膿腫等，其中，最為常見的是輸卵管卵巢炎與輸卵管炎。對于盆腔炎性疾病后遺癥，其乃是盆腔炎性疾病的一種典型遺留病變，在臨床中又被稱之為慢性盆腔炎，主要臨床表現(xiàn)為盆腔黏連、腰骶酸痛、慢性盆腔痛及白帶異常等，因而會引起不孕、異位妊娠、月經不調及慢性盆腔痛等，對婦女生活、工作造成嚴重影響[1]?，F(xiàn)將我院采用中藥治療取得的較好治療效果總結如下。

1314KHz 350+j265 801 KHz 30.8-j27.6

1179 KHz 160+j194.8 603 KHz 21.8-j143.7

圖4　A塔1314KHz與801KHz調配網絡電路圖

2、設計電路方案分析

設計電路方案必須考慮多頻率天線場發(fā)射塔位置及各頻率發(fā)射功率大小，考慮雷擊、匹配形式、網絡帶寬及器件的選用方便。由于揚州臺正常有6個頻率同時播出，981 KHz，1179 KHz功率最大都是10KW，天線之間相距也比較相近，大多相距在100-200米，最近的兩塔不足100米，因為天線之間相距近，天線間鄰頻倒送感應電壓很大，在設計的網絡電路中可以采用串聯(lián)抑制阻塞網絡或并聯(lián)吸收網絡。對于防雷采用在天線底部電路接微亨級的電感入地，電路中串接隔直流電容以消除吸收雷擊影響，同時滿足一定的通頻帶帶寬。603kHz頻率在中波頻段上屬于低頻端，使用76米拉線塔，存在天線阻抗實部小，虛部邊帶變化大，網絡帶寬窄，更易出現(xiàn)邊帶反射的現(xiàn)象。對這種反射必須控制在合理的范圍內，否則在實際使用中會因網絡阻抗變化大，出現(xiàn)機器反射功率變大的保護現(xiàn)象。我們討論設計了多種方案，根據以往的經驗及現(xiàn)場試驗，最終選擇滿足上述要求的網絡電路方案，如圖4、圖5所示。

在圖4調配網絡電路中，1314 KHz為原有電路，L2為防雷接地電感，采用801KHz并聯(lián)阻塞，通過L7調整實部為50歐，虛部調整C9容量；在添加共塔的801 KHz電路中，C10防雷隔離和抵消1314KHz阻塞網絡的部分感性虛部，再配合L11調整匹配為50歐，考慮到801KHz的鄰頻是981KHz，603KHz，當采用串聯(lián)981KHz，603KHz 的阻塞網絡后，1179KHz的干擾也將得到抑制，可以不添加1179KHz 的阻塞網絡，最后可通過調整C14容量改變801 KHz阻抗網絡的虛部。

在圖5網絡電路設計中，對于603KHz的電路通道，因603KHz在低頻端，只有高頻率干擾，最近鄰頻為801KHz，現(xiàn)603KHz與1179KHz共塔，在603KHz電路通道中必須有1179KHz和801KHz 的阻塞網絡，其它的頻率干擾可以不考慮，網絡電路設計可以將原有的阻塞網絡1053 KHz改為 1179 KHz，通過調整L0改變虛部，再微調L2保持匹配為50歐。801KHz的阻塞網絡呈現(xiàn)感性，可與C3配合改變虛部。在1179KHz電路通道中，因1179KHz是大功率，比它高的鄰頻是1314KHz和1521KHz都為小功率，且發(fā)射塔離得又遠，可以不考慮它們的干擾影響，比它低的鄰頻801KHz和981KHz都是大功率，603KHz又是共塔頻率，必須防范干擾，如果采用阻塞網絡需三個，這樣網絡電路復雜，為了電路簡潔801KHz可以不用，共塔網絡使用時801KHz將移到1314KHz塔距離變遠，因而1179KHz電路通道僅用603KHz和981KHz的阻塞網絡，再通過L6調整匹配為50歐，并與C6配合改變虛部，完成網絡電路設計。

圖5　A塔603KHz與1179KHz共塔網絡電路圖

五、共塔網絡的安裝調試及檢測

1、共塔網絡的現(xiàn)場調試安裝

根據設計的網絡電路參數要求，在調配房用環(huán)氧板建安裝平臺，選擇實際參數最接近電路需要的各類器件進行組裝。現(xiàn)場網絡器件安裝完全按照技術規(guī)范要求保持適度的分布空間，連線盡可能直來直去，接地線盡可能短而寬，線圈與線圈之間相互垂直，以減少互感。

網絡調試就是實現(xiàn)理論與實際工程數據的一致，通過選用不同參數器件的搭配組合，達到預期的效果。調試順序上，先調各支路，再調阻塞網絡，最后聯(lián)調。在實際工作中由于網絡元器件參數的變化，分布互感的影響，測試方法以及儀器的精度，導致理論與實際數據的差別很大，設置無法實現(xiàn)匹配。我們在網絡調試中也遇到許多意想不到的測試結果，有時同一整體的一段銅皮，測試夾位置不同，測試數據天壤之別，這類現(xiàn)象都是高頻網絡分布參數的影響所致，需要不斷分析，找出原因進行調整，最終達到網絡實際測試阻抗參數與理論數據大體一致。

2、同頻網絡的串擾處理

在臨時網絡共塔帶機調試階段，出現(xiàn)了同頻網絡的串擾影響，有的串擾反射還比較大。801 KHz與1179 KHz除了自身的120米塔共塔，還新建了兩個臨時共塔網絡，只要臨時網絡并機調試完工試用，就存在同頻干擾的問題。同頻網絡各對自身頻率無阻塞，高頻干擾強，若連接發(fā)射機將導致指示表打表超限，試機可斷開與發(fā)射機連接。在對臨時網絡的并機試用中，發(fā)現(xiàn)一些新干擾問題，120米塔801 KHz與1179 KHz兩個頻率全部停用使用兩個臨時網絡正常，如果120米塔801 KHz與1179 KHz開機運行，臨時共塔的原有603 KHz，1314 KHz網絡就出現(xiàn)同頻干擾，斷開同頻共塔臨時網絡一切正常。干擾嚴重的是603 KHz頻率，它的發(fā)射塔與120米塔相近，自身發(fā)射功率僅是1KW，通過發(fā)射機末節(jié)槽路調整改變效果不大。主要原因，一是兩塔比較靠近，1179 KHz功率大，同頻干擾大，二是603 KHz由單頻改雙頻網絡，存在引發(fā)原有網絡阻抗變化的問題，后采取在603 KHz原有網絡入端加對應吸收回路，再微調網絡，消除了干擾影響。

3、共塔網絡技術指標

臨時網絡搭建結束后，為了檢驗臨時網絡的使用性能，決定對臨時網絡并機帶載試用。將臨時網絡接入發(fā)射機逐步加大到額定功率，經過一段時間運行觀察后，再測試網絡技術指標，連接發(fā)射機，不加任何預加重網絡，按照發(fā)射機技術指標標準進行測試，經測試主備發(fā)射機的技術指標如下表所示。

六、結束語

揚州中波臺經過方案論證、設計、安裝調試，在項目施工前完成了共塔代播搭建工作，在整個項目十多天的施工期間使用兩付臨時共塔網絡播出，期間還經受了連續(xù)幾日的雨天雷擊考驗，共塔運行效果穩(wěn)定可靠，臨時共塔網絡為順利完成中波120米天線塔大修改造工程打下了堅實的基礎。