淺談發(fā)射機(jī)多工器原理及維護(hù)

王安武

摘 要： 多工器工作原理，高山發(fā)射臺(tái)技術(shù)人員通常要做的如何把多工器技術(shù)融入到發(fā)射系統(tǒng)中，發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除故障，更好地為廣播電視發(fā)射服務(wù)。

關(guān)鍵詞： 多工器；原理；維護(hù)；3db耦合器

一、基本情況

永州大華山電視調(diào)頻轉(zhuǎn)播臺(tái)是湖南省十九個(gè)1KW以上骨干臺(tái)之一，發(fā)射基地轉(zhuǎn)播兩個(gè)地面無線數(shù)字電視復(fù)合流、四套模擬電視節(jié)目和五套廣播節(jié)目。兩套中央數(shù)字無線發(fā)射使用一套多工和天饋系統(tǒng)，五套廣播節(jié)目中中央臺(tái)兩套共一套天饋系統(tǒng)，湖南臺(tái)交通頻道和新聞?lì)l道以及永州交通音樂頻道共一套天饋系統(tǒng)。隨著調(diào)頻發(fā)射、模擬發(fā)射和地面無線數(shù)字發(fā)射共存，且每個(gè)業(yè)務(wù)都在發(fā)展，而我臺(tái)鐵塔容量小，增設(shè)天線又存在經(jīng)費(fèi)不足，限制了發(fā)射節(jié)目套數(shù)的增加，在這種情況下，多工器的應(yīng)用為我臺(tái)解決了鐵塔容量不足的困難。

二、多工器簡(jiǎn)介

多工器在廣播電視領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，多工器就是使不同頻率的多部發(fā)射機(jī)發(fā)射出來的廣播電視節(jié)目用同一副天線同時(shí)互不干擾地發(fā)送各自節(jié)目的技術(shù)設(shè)備。特別在現(xiàn)在發(fā)射數(shù)字化，天饋資源緊張化，設(shè)備維護(hù)集中化的大環(huán)境下，使用多工器能更大力度的保障安全播出。現(xiàn)在中央地面無線覆蓋工程基本都使用多工器完成資源的整合發(fā)射。

三、多工器的組成和工作原理

多工器是在雙工器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的它是多個(gè)由雙工器組合而成的。多工器的主要類型有星點(diǎn)式、星點(diǎn)-定向耦合混合式、定向耦合雙工器串聯(lián)式等等。

3分貝定向耦合器和帶通濾波器是組成多工器最主要、最基本的器件，兩者缺一不可。因此對(duì)其運(yùn)用的好壞，將對(duì)多工器的性能和指標(biāo)產(chǎn)生影響，從而影響發(fā)射機(jī)的正常工作，下面就對(duì)發(fā)射臺(tái)常用的多工器進(jìn)行簡(jiǎn)單地介紹。

1、雙工器

雙工器是實(shí)現(xiàn)兩臺(tái)不同工作頻率的調(diào)頻發(fā)射機(jī)共用一副發(fā)射天線的設(shè)備。目前，常用的雙工器主要是由3分貝定向耦合和帶 通濾波器組合而成的，其主要形式有星點(diǎn)式雙工器、定向耦合雙工器兩種。

①星點(diǎn)式雙工器

星點(diǎn)式雙工器是由兩個(gè)帶通濾波器和一個(gè)星形分支電路組成的。F1帶通濾波器，只對(duì)功率信號(hào)F1呈低阻抗，對(duì)高于或低于F1的各頻率都呈高阻抗，λ/4饋管和F2帶通濾波器對(duì)功率信號(hào)F1都呈高阻抗，功率信號(hào)F1不能向功率信號(hào)F2方向傳輸。所以，功率信號(hào)只能通過F1帶通濾波器和呈低阻抗的λ/4饋管到星點(diǎn)向天線傳輸；同理，功率信號(hào)F2只能通過F2帶通濾波器和呈低阻抗的λ/4饋管到星點(diǎn)向天線傳輸，從而達(dá)到功率信號(hào)F1和F2的相互隔離，并達(dá)到雙工的目的，其原理圖如圖4所示：

由于星點(diǎn)式雙工器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，所以被廣泛采用。但是由于它只能過一組濾波器對(duì)兩個(gè)功率信號(hào)進(jìn)行隔離，所以兩個(gè)功率信號(hào)的最少頻率間隔較大，否則會(huì)因?yàn)楦綦x度太低而無法正常使用。

②定向耦合雙工器

定向耦合雙工器是由兩個(gè)3分貝定向耦合器A、B、兩個(gè)F1帶通濾波器、一個(gè)F2帶通濾波器和一個(gè)吸收電阻R以及長(zhǎng)度相等的同軸饋管所組成的，其原理圖如圖5所示：

當(dāng)功率信號(hào)F1從3分貝定向耦合器A的1端輸入時(shí)，根據(jù)3分貝定向耦合器原理，在其2、4端各輸出F1/2的功率信號(hào)，且4端的輸出與1端相同，2端的輸出滯后1端90°。由于兩個(gè)F1帶通濾波器對(duì)功率信號(hào)F1都呈低阻抗，所以分別順利傳輸?shù)?分貝定向?yàn)V波器B的5端和7端。由于6端和7端相同，6端滯后5端90°，所以功率信號(hào)F1在6端得到相加，而傳輸?shù)教炀€。

從F2帶通濾波器輸入功率信號(hào)F2，在3分貝定向耦合器B的5端有與8端同相位的F2/2的功率信號(hào)，7端有滯后于8端90°相位的F2/2功率信號(hào)。由于帶通濾波器F1對(duì)功率信號(hào)F2呈高阻抗，所以兩路功率信號(hào)都被反射5、7端，由于6端與7端同相位，滯后于5端90°，所以功率信號(hào)F2在6端相加，并傳輸?shù)教炀€。

實(shí)際上，兩個(gè)帶通濾波器并不能完全對(duì)F2進(jìn)行反射，必有一部分泄漏到3分貝定向耦合器A的2端和4端，在3端相加而被吸收電阻吸收，而不會(huì)串到1端對(duì)F1造成竄擾。

由于1端只能輸入F1信號(hào)，所以又稱為窄帶輸入口，8端可以輸入除了F1以外的其他任何高頻率功率信號(hào)，所以稱這個(gè)端口為寬帶輸入端。

定向耦合雙工器由于有3分貝定向耦合器和帶通濾波器的混合使用，所以兩個(gè)功率信號(hào)間的頻率間隔可以取得較小而仍能有較高的隔離度。

2、三工器

①星點(diǎn)式三工器

星點(diǎn)式三工器由三個(gè)帶通濾波器和長(zhǎng)度的饋管組成。F1、F2、F3功率信號(hào)分別通過各自的F1、F2、F3帶通濾波器后，經(jīng)相同長(zhǎng)度的電纜連接到星點(diǎn)匯合，然后共同送到天線達(dá)到三工目的，如圖6所示：

星點(diǎn)式三工器的輸入端具有窄帶特性，其帶通性能取于帶通濾波器的特性。星點(diǎn)式三工器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，但要求三個(gè)功率信號(hào)間的頻率間隔較大，并且插入損耗也偏大。

②星點(diǎn)-定向耦合器混合型三工器

混合型三工器構(gòu)成的原理圖見圖7所示。它是由兩個(gè)F1帶通濾波器、一個(gè)F2帶通濾波器、一個(gè)F3帶通濾波器、兩個(gè)3分貝定向耦合器（A、B）、一個(gè)吸收電阻R和適當(dāng)?shù)酿伖芙M成的。

③定向耦合器串聯(lián)型三工器

定向耦合器串聯(lián)型三工器是由兩個(gè)F1帶通濾波器、兩個(gè)F2帶通濾波器、一個(gè)F3帶通濾波器、兩個(gè)吸收電阻（R1、R2）、四個(gè)3分貝定向耦合器（A、B、C、D）和適當(dāng)?shù)酿伖芙M成的。其原理圖如圖8所示：

定向耦合器串聯(lián)型三工器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但可獲得較小的頻率間隔、插入損耗和較高的隔離度。

四、多工器故障處理與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

案例分析1、故障現(xiàn)象：硬質(zhì)連接饋管溫度高，取開饋管連接發(fā)現(xiàn)饋管內(nèi)部有積水。經(jīng)單獨(dú)測(cè)試多工器指標(biāo)沒有問題。具體多工器連接如下圖6。

故障分析與處理：硬質(zhì)饋管內(nèi)部連接表面觀察沒有問題，但大部分功率能量沒有傳導(dǎo)出去，導(dǎo)致饋管發(fā)熱，晚上停機(jī)后因溫差大，短時(shí)間快速形成冷凝水。冷凝水加重了天饋系統(tǒng)的功率反射，時(shí)間久了問題越發(fā)嚴(yán)重，銅饋顏色變深，最終導(dǎo)致影響發(fā)射機(jī)。銅饋反復(fù)拆卸安裝沒有問題，經(jīng)查為銅饋與多工器的連接法蘭的多工器內(nèi)側(cè)部分脫落致使多工器內(nèi)功率無法良好輻射出來。通過拆卸多工器重新安裝連接法蘭后，多工器工作正常，發(fā)射正常。

案例分析2、故障現(xiàn)象：發(fā)射機(jī)和多工天饋系統(tǒng)一直正常工作，突然頻道間隔近的（橋式單元寬帶口進(jìn)入的頻道）出現(xiàn)發(fā)射功率大并保護(hù)的現(xiàn)象。

故障問題判斷：發(fā)射機(jī)故障，檢查發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)正常。多工器指標(biāo)出現(xiàn)問題，測(cè)試多工器指標(biāo)，檢查多工器的駐波比情況，駐波比正常。最后判斷為橋式單元吸收負(fù)載燒壞，測(cè)試橋式單元負(fù)載的指標(biāo)，經(jīng)測(cè)試確定為橋式單元負(fù)載燒壞。再跟廠家反復(fù)溝通此現(xiàn)象多為橋式單元負(fù)載燒壞導(dǎo)致上述現(xiàn)象。

案例分析3、故障現(xiàn)象：發(fā)射機(jī)和多工天饋系統(tǒng)正常工作一段時(shí)間，發(fā)射機(jī)需要逐步降低功率播出，如果功率不降低，發(fā)射機(jī)發(fā)射功率變大并保護(hù)，能聽見多工器腔體內(nèi)出現(xiàn)異響并且伴有異味。

故障問題判斷：多工器容量不足，購買多工器已經(jīng)計(jì)算容量并且使用過程中無任何發(fā)射功率增加。多工器故障，降低發(fā)射機(jī)輸出功率能保障播出，但發(fā)射功率比設(shè)計(jì)之初要小，同時(shí)多工器腔體內(nèi)有異響并伴有異味，用手觸摸腔體有局部溫度升高，基本判斷多工器出現(xiàn)打火現(xiàn)象。聯(lián)合工廠工程師現(xiàn)場(chǎng)打開多工器腔體和判斷問題一直，更換內(nèi)部損壞配件后工作正常。

總體來說，多工器的維護(hù)相對(duì)來說比較簡(jiǎn)單，首先要散熱良好，周邊環(huán)境寬敞，另外經(jīng)常關(guān)注幾個(gè)接頭的發(fā)熱情況，如果吸收電阻功率容量不是太大，有可能某個(gè)時(shí)候天饋系統(tǒng)失衡或者多工器瞬時(shí)系統(tǒng)工作狀態(tài)不好，而引起隔離端出現(xiàn)較大功率，使得吸收電阻燒壞，不再是50歐姆的阻抗，從而使得多工器系統(tǒng)一個(gè)端口的阻抗不匹配。因此，應(yīng)該定期檢查吸收電阻的阻值以及天饋系統(tǒng)，這樣才能保證無線發(fā)射臺(tái)所有節(jié)目的優(yōu)質(zhì)安全播出。

參考文獻(xiàn)

[1]無線覆蓋工程新設(shè)備新技術(shù).

[2]廣播與電視技術(shù).