調(diào)頻覆蓋特點(diǎn)與并機(jī)試驗

文/胡士杰

調(diào)頻廣播以高質(zhì)量信息傳輸，強(qiáng)抗電磁干擾能力，收發(fā)系統(tǒng)工作穩(wěn)定、運(yùn)維成本低、接收便捷等特點(diǎn)，成為廣播電臺無線覆蓋最主要的技術(shù)手段。如何有效提升調(diào)頻廣播的覆蓋質(zhì)量和聽收效果，是所有電臺的管理者和技術(shù)人員的共同愿望。

1.無線調(diào)頻覆蓋效果與發(fā)射臺站高度及功率的關(guān)系

調(diào)頻廣播的傳輸特性是以視距直線傳播為主，覆蓋范圍一般只能在發(fā)射天線的視距D范圍內(nèi)，視距傳輸可簡單用（H和T對應(yīng)于發(fā)射天線架設(shè)位置的有效高度和接收天線有效高度，單位m）公式描述。也就是說調(diào)頻廣播的有效覆蓋范圍與天線的架設(shè)高度、接收天線高度存在正相關(guān)性，即調(diào)頻天線越高，相同的發(fā)射功率會有更廣闊的覆蓋范圍，所以目前調(diào)頻發(fā)射站點(diǎn)多選在高山等相對位置較高的位置，同樣的發(fā)射功率就能實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的傳輸覆蓋范圍。

如：某臺站相對高度1132m，天線掛高30m，接收高度10米計算，按視距傳播距離公式計算：

按ITU-R P.1546-4建議書表述出不同高度發(fā)射天線的場強(qiáng)覆蓋情況見圖1。

按ITU-R370-5建議書標(biāo)準(zhǔn)，場強(qiáng)隨天線有效高度的變化按對數(shù)線性關(guān)系計算：

式中E1、E2分別相應(yīng)于高度為h1，h2時的場強(qiáng)值，通過調(diào)頻覆蓋特性圖1查出。且h1≤h＜h2。

恰當(dāng)?shù)陌l(fā)射功率能讓位置優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，一部發(fā)射機(jī)的有效輻射功率按公式計算，式中P為發(fā)射機(jī)標(biāo)稱輸出功率，L為饋線損耗（典型值1dB），G為發(fā)射天線增益（六層四面天線增益典型值10.3dB）。

如：在相對平坦、距此10KW調(diào)頻發(fā)射機(jī)50公里處，覆蓋情況典型值。

圖1 調(diào)頻廣播覆蓋場強(qiáng)與天線高度關(guān)系

發(fā)射機(jī)標(biāo)稱功率換算表功率的千瓦數(shù)功率的dB數(shù)1kW 0 dB 3kW 5 dB 5kW 7 dB 10kW 10 dB 30kW 15 dB

圖2 衰減校正系數(shù)與距離的關(guān)系

隨著中國城鎮(zhèn)化發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，城市框架不斷拉大，高層建筑越來越多，各類無線電基礎(chǔ)設(shè)施及應(yīng)用廣泛使用，市區(qū)電磁環(huán)境日趨惡化，原有功率等級的發(fā)射機(jī)在城區(qū)的覆蓋效果逐步惡化。近期，我臺利用一臺備用發(fā)射機(jī)與主用發(fā)射機(jī)進(jìn)行并機(jī)播出發(fā)射試驗，寄希望達(dá)到或接近單臺20KW的覆蓋效果，簡單按場強(qiáng)公式計算，理論上并機(jī)后功率增加1倍，覆蓋區(qū)域的場強(qiáng)應(yīng)較并機(jī)前增加3分貝，能夠明顯改善城區(qū)的覆蓋收聽效果。

2.技術(shù)實(shí)驗

試驗在同品牌、同型號的HARRIS 10KW發(fā)射機(jī)進(jìn)行，原來這兩部機(jī)器作為主備機(jī)使用。調(diào)頻發(fā)射機(jī)特別是大功率發(fā)射機(jī)并機(jī)，首先要保證兩部發(fā)射機(jī)同步播出。按GY/T154-2000《調(diào)頻同步廣播系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)要求，應(yīng)解決兩部發(fā)射機(jī)的同頻、同相、同調(diào)制度要求。也是保證兩部發(fā)射機(jī)同步播出和正常運(yùn)行的必要條件。在實(shí)際工作中首先應(yīng)解決發(fā)射機(jī)輸出功率同相移合成輸出問題，其次是解決發(fā)射機(jī)同步激勵，保證兩部發(fā)射機(jī)都能工作在相同頻率、相同調(diào)制、相移一致的基礎(chǔ)上完成發(fā)射播出，實(shí)現(xiàn)并機(jī)達(dá)到提升覆蓋區(qū)域收聽效果目標(biāo)。

2.1 實(shí)驗按預(yù)定的技術(shù)改造方案進(jìn)行

在原主用發(fā)射機(jī)的激勵器輸出端加裝一個無源3dB信號分配板，利用相同材質(zhì)、相同長度的分配電纜，將激勵器輸出信號饋送到兩部發(fā)射機(jī)的激勵信號分配板，兩部發(fā)射機(jī)使用同一激勵器推動工作，保證兩部并機(jī)發(fā)射機(jī)的同頻、同相、同調(diào)制度要求。圖3表述出激勵器信號分配情況。使用相同材質(zhì)、相同長度的分配電纜是為了保證饋送給兩部發(fā)射機(jī)信號線纜損耗、相移等的一致性，也是決定并機(jī)成功與否的關(guān)鍵。

圖3 激勵器信號分配

在兩部發(fā)射機(jī)輸出合成端加裝發(fā)射機(jī)3dB功率合成器一套，實(shí)現(xiàn)兩部發(fā)射機(jī)并機(jī)輸出合成。調(diào)整兩部發(fā)射機(jī)間距，使輸出合成器的兩個輸入端正好與發(fā)射機(jī)射頻輸出口相對應(yīng)，利用發(fā)射機(jī)頂端支撐合成器，保證合成器前端有最少的連接器件，減少功率損耗和相位的偏差。將3dB合成器輸出端用硬饋連接到發(fā)射系統(tǒng)的多工器，3dB合成器吸收端加裝5KW吸收負(fù)載一套，目的是吸收兩部發(fā)射機(jī)相移不一致時產(chǎn)生的剩余功率。按設(shè)計方案連接好各種線纜、硬饋后，在吸收負(fù)載前加裝一個測試功率表，用來監(jiān)測兩部發(fā)射機(jī)相移不平衡情況，為后期調(diào)整兩部發(fā)射機(jī)的相移提供參考。

開啟兩部發(fā)射機(jī)電源，同時增加兩部發(fā)射機(jī)輸出功率，使每部發(fā)射機(jī)都增加到5KW，觀察吸收負(fù)載前串接的功率表讀數(shù)情況，用來檢查兩部發(fā)射機(jī)相移的一致性。從實(shí)際功率表讀數(shù)情況看，兩部發(fā)射機(jī)并機(jī)后能夠?qū)崿F(xiàn)相移一致性，在吸收負(fù)載前的功率表讀數(shù)都相對很小。

增加激勵器功率輸出從28W提升到49.7W，實(shí)現(xiàn)2部10KW滿功率滿調(diào)制工作，測試假負(fù)載吸收功率。分別對兩部發(fā)射機(jī)開關(guān)機(jī)、升降功率及功率不平衡試驗：兩部發(fā)射機(jī)無論保持功率一致還是人為調(diào)整兩部發(fā)射機(jī)功率不平衡（調(diào)整兩部發(fā)射機(jī)輸出功率相差1KW左右），吸收負(fù)載前端的功率表讀數(shù)都在允許的范圍內(nèi)波動（平均都在3-40瓦范圍內(nèi)），可以確認(rèn)兩部發(fā)射機(jī)正常工作后，并機(jī)后吸收負(fù)載的剩余功率測試值均在正常范圍。吸收負(fù)載選用美國進(jìn)口BIRD假負(fù)載，額定使用平均功率5KW，短時間可以承受10KW，能夠應(yīng)對任何特殊的功率等級、功率變化、故障關(guān)機(jī)等狀態(tài)。功率不平衡測試：調(diào)整兩部發(fā)射機(jī)功率，保持兩部發(fā)射機(jī)功率輸出功率相差1KW以內(nèi)，測試吸收負(fù)載吸收功率數(shù)據(jù)略。兩部10KW發(fā)射機(jī)在保持不同發(fā)射功率的情況下，吸收負(fù)載測量的平均值在40W以內(nèi)，確認(rèn)兩部發(fā)射機(jī)能保持相位一致性工作。

實(shí)驗完成后，保持兩部發(fā)射機(jī)滿功率滿調(diào)制并機(jī)播出試運(yùn)行，即：兩部發(fā)射機(jī)均采用滿功率10KW，并機(jī)后20KW滿調(diào)制運(yùn)行，發(fā)射機(jī)工作穩(wěn)定，各項技術(shù)指標(biāo)正常。

3.并機(jī)試驗前后場強(qiáng)收測

兩部10KW調(diào)頻發(fā)射機(jī)并機(jī)實(shí)驗前后，以GB/T 14109-1993《電視、調(diào)頻廣播場強(qiáng)測量方法》、GB/T 16463-1996 《廣播節(jié)目聲音質(zhì)量主觀評價方法和技術(shù)指標(biāo)要求》為依據(jù)，采用車載移動測試和定點(diǎn)測量相結(jié)合的方式，分別對項目改造前后進(jìn)行了兩次市區(qū)內(nèi)及郊區(qū)部分較有代表性的測試點(diǎn)進(jìn)行場強(qiáng)收測，經(jīng)對大批量的路測數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，第二次收測到的場強(qiáng)數(shù)值比第一次收測到的場強(qiáng)數(shù)值整體提升2.8分貝，市內(nèi)收聽效果改善明顯,特別是原市區(qū)內(nèi)電磁環(huán)境較為復(fù)雜的地點(diǎn)，收聽效果大幅提升。

4.并機(jī)試驗效果

并機(jī)試驗后，兩部發(fā)射機(jī)均能滿功率10KW（并機(jī)后20KW）滿調(diào)制、滿時間運(yùn)行，發(fā)射機(jī)工作穩(wěn)定，各項技術(shù)指標(biāo)正常。在市區(qū)對播出情況進(jìn)行實(shí)地收測和主觀評價，改造后實(shí)測的場強(qiáng)數(shù)值比實(shí)施前場強(qiáng)數(shù)值整體提升2.8分貝，實(shí)測數(shù)據(jù)與理論計算提升值基本相當(dāng)，市區(qū)內(nèi)收聽質(zhì)量、收聽效果明顯改善。此并機(jī)試驗的成功，開啟了我省調(diào)頻大功率并機(jī)實(shí)驗的序幕，并提供了一些理論和實(shí)踐經(jīng)驗，為加強(qiáng)廣播強(qiáng)傳強(qiáng)覆蓋提供了可行性依據(jù)，具有較強(qiáng)的可操作性和很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

[1] 調(diào)頻廣播覆蓋網(wǎng)技術(shù)規(guī)定GY/T196-2003

[2] ITU-R P．1546-4建議書30 MHz至3 000 MHz頻率范圍內(nèi)地面業(yè)務(wù)點(diǎn)對面預(yù)測的方法．

[3] 《ITU-R370-5建議書的傳播曲線及其使用方法》韋世修