中波自立天線的多業(yè)務(wù)共塔發(fā)射研究

宋東祥

摘 ? 要：多頻共塔技術(shù)在廣播發(fā)射臺的應(yīng)用，可以有效地降低建筑工程的造價，實現(xiàn)臺站資源的充分利用。在目前用地成本增加、頻率覆蓋需求增大的背景下，對廣播電視事業(yè)的發(fā)展有很好的現(xiàn)實意義。文章對此展開了分析。

關(guān)鍵詞：中波;共塔發(fā)射;干擾

中波廣播從誕生起，曾經(jīng)“一枝獨(dú)秀”“一家獨(dú)大”，但如今已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于調(diào)頻和數(shù)字電視的發(fā)展。相對于地面數(shù)字電視的全國覆蓋和數(shù)字調(diào)頻的實驗布點(diǎn)，數(shù)字中波國家標(biāo)準(zhǔn)至今未出，布點(diǎn)實驗更是遙遙無期。在數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展浪潮中，中波的發(fā)展已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于電視和調(diào)頻。一方面，以往中波廣播的接收設(shè)備簡單、價格便宜、覆蓋面廣的優(yōu)勢隨著人民生活水平的提高和調(diào)頻廣播的大力布點(diǎn)而漸漸喪失;另一方面，相對于調(diào)頻廣播，中波廣播的音質(zhì)差、抗干擾能力弱、接收天線復(fù)雜等缺點(diǎn)在技術(shù)上未得到改善，使中波廣播在與調(diào)頻廣播的競爭中漸漸落后，導(dǎo)致現(xiàn)階段模擬中波的聽眾不斷流失。

中波轉(zhuǎn)播臺必須進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級，才能適應(yīng)新的形勢發(fā)展。一方面，要積極進(jìn)行數(shù)字中波的研究和應(yīng)急廣播的實驗布局，對數(shù)字化、公益性進(jìn)行升級改造。另一方面，利用自身優(yōu)勢謀求全方位發(fā)展，由單一的中波廣播發(fā)射模式向多業(yè)務(wù)模式發(fā)展。平頂山中波轉(zhuǎn)播臺利用已建成的125 m自立并饋式中波發(fā)射天線作為調(diào)頻和地面數(shù)字電視天線的塔架，進(jìn)行中波、調(diào)頻、數(shù)字電視的多業(yè)務(wù)共塔發(fā)射實驗，就是一次有益的探索。河南省平頂山中波轉(zhuǎn)播臺的多頻共塔技術(shù)自2015年研究，2017年實施至今已安全運(yùn)行將近4年，社會效益和經(jīng)濟(jì)效益明顯。本研究對共塔技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究，以供相關(guān)單位參考。

1 ? ?多業(yè)務(wù)共塔可行性分析

2015年，河南省平頂山中波轉(zhuǎn)播臺建成了高125 m的中波并饋式自立塔天線，底部為四邊形，中波饋電方式為并饋式，共塔發(fā)送中波兩個頻率為1 098 kHz，功率分別為25 kW和747 kHz，25 kW。2016年開始探索多功能自立塔的多業(yè)務(wù)發(fā)射，設(shè)想是在天線100 m處架設(shè)一副4層4面的電視U波段偶極子板天線（俗稱面包天線）用于1 kW數(shù)字地面多媒體廣播（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast，DTMB）發(fā)射;同時在90 m處架設(shè)一副調(diào)頻單偶極子垂直極化天線，用于3 kW調(diào)頻廣播向市區(qū)定向發(fā)射。經(jīng)查相關(guān)資料和請教專家論證，結(jié)論是：在中波自立塔上增加調(diào)頻和電視發(fā)射是可行的。

關(guān)鍵是解決以下問題：（1）自立塔天線增加調(diào)頻和電視天線后的機(jī)械性是否在安全范圍內(nèi)。（2）中波發(fā)射對調(diào)頻和電視的干擾問題如何解決。（3）調(diào)頻和電視發(fā)射對中波有無影響，如有影響如何解決。（4）調(diào)頻和電視饋線感應(yīng)高頻電如何消除。

經(jīng)過集思廣益、充分論證，2017年，共塔試驗成功，一直正常工作至今，達(dá)到預(yù)期要求，收聽、收看效果良好。中波、調(diào)頻、數(shù)字電視的共塔發(fā)射可行性分析主要有兩方面：一方面，是機(jī)械性能的影響，包括調(diào)頻天線、電視天線、饋線對中波天線塔體荷載、塔體結(jié)構(gòu)、塔體材料的影響。例如，中波發(fā)射天線鐵塔是否可以承受調(diào)頻、電視天線、饋線的重量;中波發(fā)射天線是否可以承受調(diào)頻、電視天線安裝后的風(fēng)荷載;調(diào)頻和電視天線架設(shè)在中波天線頂端是否會造成中波天線結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等[1]。另一方面，是電氣性能的影響，包括電視、調(diào)頻、中波信號的相互串?dāng)_，調(diào)頻天線、電視天線對中波天線方向圖的影響。例如，場強(qiáng)圖中副瓣是否增多、仰角是否改變;主瓣的仰角、方向性是否改變;高頻高壓中波信號對調(diào)頻、電視發(fā)射系統(tǒng)及饋線的影響等。

平頂山中波轉(zhuǎn)播臺自立式中波天線由中廣國際建筑設(shè)計研究院設(shè)計，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)是按照架設(shè)兩幅4層4面U波段電視天線、6層4面調(diào)頻雙偶極子天線和兩個直徑2 m的微波天線進(jìn)行綜合考慮的。風(fēng)荷載設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為風(fēng)壓10級、地震烈度8級。塔體鋼材采用Q235B優(yōu)質(zhì)碳素鋼，鋼管采用20號無縫鋼管，塔柱連接螺栓全部采用8.8級高強(qiáng)度螺栓。剛剛建成的天線鐵塔驗收合格，天線基礎(chǔ)、塔體結(jié)構(gòu)、塔體材質(zhì)、塔體垂直度均符合設(shè)計要求。因此，中波發(fā)射天線的機(jī)械性能完全滿足此次實驗要求。

電氣性能的影響主要是中波射頻信號對調(diào)頻、數(shù)字電視系統(tǒng)的影響。為了減少饋線損耗，3 kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)和1 kW數(shù)字電視發(fā)射機(jī)直接安放在天調(diào)室內(nèi)，兩部25 kW中波發(fā)射機(jī)和共塔天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)也在天調(diào)室內(nèi)。因此，天調(diào)室內(nèi)電磁環(huán)境極其惡劣。因為中波發(fā)射機(jī)功率總和達(dá)到50 kW，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于調(diào)頻發(fā)射機(jī)的功率3 kW和數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的1 kW，同時，調(diào)頻、電視發(fā)射機(jī)離中波天線、中波發(fā)射機(jī)、中波天線調(diào)頻網(wǎng)絡(luò)距離很近，中波場強(qiáng)超過120 dBuv/m，所以消除中波干擾就成了此次實驗成敗的關(guān)鍵。調(diào)頻、數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的安裝位置盡可能地遠(yuǎn)離干擾源、對干擾源采取措施，同時將天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)隔離，專門為中波天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)建了一個電磁屏蔽房，并將中波發(fā)射機(jī)外殼可靠接地。

中波射頻信號會通過基帶信號和音頻信號傳輸系統(tǒng)及電源系統(tǒng)竄入調(diào)頻和數(shù)字電視發(fā)射機(jī)，對發(fā)射機(jī)造成干擾或損壞。解決的辦法是做好調(diào)頻和數(shù)字電視系統(tǒng)的屏蔽可靠接地，對傳輸音頻的信號線和傳輸數(shù)字電視的網(wǎng)線都采用金屬箔屏蔽線，集中一端接地、另一端懸空，避免屏蔽層中有感應(yīng)電流形成;同時，所有信號線一律穿鋁塑管，保證屏蔽效果。調(diào)頻發(fā)射機(jī)和數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的電源都采用開關(guān)型穩(wěn)壓電源，電源模塊均裝有共模扼流圈和高頻濾波電容，能有效濾除高頻干擾，并且開關(guān)型穩(wěn)壓電源對高頻干擾本身就有很好的防護(hù)能力，因此，電源線采用編織銅網(wǎng)屏蔽線即可。若在實驗中干擾信號還未被有效地濾除，可以考慮在調(diào)頻、數(shù)字電視發(fā)射機(jī)電源進(jìn)入發(fā)射機(jī)之前加裝1∶1的隔離變壓器消除共模干擾;同時將調(diào)頻和數(shù)字電視發(fā)射機(jī)接地端接地，將數(shù)字電視發(fā)射機(jī)內(nèi)部各單元模塊，例如激勵器、功放、功率合成、濾波器等接地端，用裸銅軟線串聯(lián)起來和機(jī)殼一起可靠接地，使調(diào)頻和數(shù)字電視發(fā)射機(jī)自身對中波射頻信號屏蔽[2]。

中波天線上的高壓射頻信號會在調(diào)頻、數(shù)字電視饋管上產(chǎn)生感應(yīng)電壓，通過饋管進(jìn)入發(fā)射機(jī)對發(fā)射機(jī)造成損壞。仔細(xì)研究后發(fā)現(xiàn)，數(shù)字電視發(fā)射機(jī)自身裝有帶通濾波器，可以有效地濾除中波干擾信號，并在每個功放的輸出端裝有隔離器，可進(jìn)一步降低中波干擾;調(diào)頻發(fā)射機(jī)則需要在輸出端另外加裝帶通濾波器，濾除中波高頻干擾信號[3]。

幾乎與中波天線等高的調(diào)頻、數(shù)字電視饋管與中波天線直接接觸，感應(yīng)的高頻、高壓中波信號會造成兩者之間放電打火，更有甚者會擊穿絕緣層燒壞饋管。參考借鑒同行成熟的經(jīng)驗：對饋管與中波塔體進(jìn)行等電位處理。就是將調(diào)頻和電視饋管每隔10 m剝?nèi)ヒ粚?.5 cm長的外聚乙烯絕緣層，用0.8 mm厚、3 cm寬的銅條繞饋管剝?nèi)ネ鈱拥你~管一圈，再用不銹鋼抱箍卡緊銅條，銅條一端用螺栓與中波塔體可靠連接。用87硅膠涂在剝開處，再用3M防水膠帶繞包進(jìn)行絕緣防水處理，最后用3M聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）電工膠帶繞包進(jìn)行機(jī)械防護(hù)。在對饋管做等電位處理之前，一定要先將饋管在鐵塔上固定好，不能再移動。因為饋管等電位處剝?nèi)ソ^緣層后，整個饋管的機(jī)械強(qiáng)度降低，若再次移動饋管，剝?nèi)ソ^緣層的地方銅螺旋管容易彎曲打折，造成饋管漏氣損壞。

2 ? ?調(diào)頻和數(shù)字電視系統(tǒng)的安裝調(diào)試

首先，安裝數(shù)字電視天線，將4層4四面U波段偶極子天線安裝在中波天線的最高層，層間距離150 mm，紅白相間排列。功分器安裝在天線陣列的中部，固定于中波塔體內(nèi)部。功分器為等幅同相輸出，功分器末級到天線的連線必須等長，保證等相位。主饋管使用SDY-50-80型號，吊裝固定之前用搖表測量饋管的絕緣電阻是否達(dá)標(biāo)。用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，采用開路、短路法測阻抗是否也達(dá)標(biāo)。饋管吊裝到位后，頂端用饋管專用卡具固定，其余每2.5 m處用卡具固定。注意：等電位處理只是讓饋管的外側(cè)銅管和中波鐵塔電氣連接，不具有固定饋管的功能。所有部件連接緊固后，在接頭處涂87硅膠密封，再用自粘膠帶包裹。調(diào)頻天線用單偶極子天線，安裝時應(yīng)垂直于地面，饋管型號為SDY-50-40。連接、固定、等電位處理和電視天饋線系統(tǒng)相同。

其次，調(diào)頻、電視天饋線系統(tǒng)的安裝架設(shè)可能會對中波天線的輸入阻抗產(chǎn)生影響，用矢量分析儀測量1 098 kHz，747 kHz的天線輸入阻抗，并和原來的數(shù)值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)變化不大，對中波天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行微調(diào)，使之都符合標(biāo)準(zhǔn)。

最后，將調(diào)頻、數(shù)字電視發(fā)射機(jī)于相應(yīng)的饋管連接好，處理好饋管、發(fā)射機(jī)、信號線、電源線的屏蔽層接地。用地電阻測試儀對接地點(diǎn)的接地電阻進(jìn)行測量，接地電阻為0.5 Ω，滿足接地要求。

調(diào)頻發(fā)射機(jī)的信號源一路是衛(wèi)星接收，另一路是通過專用網(wǎng)送來的光纖信號。數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的信號是8套標(biāo)清節(jié)目和一套高清節(jié)目，由播控中心打包成E1信號通過SDH光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)桨l(fā)射機(jī)。

將兩部中波廣播發(fā)射機(jī)、調(diào)頻數(shù)字電視發(fā)射機(jī)低功率開機(jī)，注意觀察各部發(fā)射機(jī)的指示參數(shù)，特別是反射電壓和駐波比VSWR這兩項指標(biāo)[4]。開低功率運(yùn)行0.5 h各項指示參數(shù)均正常。將各部發(fā)射機(jī)調(diào)整為滿功率狀態(tài)工作，時刻觀察每部發(fā)射機(jī)的各項指標(biāo)，運(yùn)行0.5 h，各項指示參數(shù)均正常。收聽、收看各套節(jié)目，沒有出現(xiàn)干擾現(xiàn)象。實踐證明，這次多業(yè)務(wù)共塔發(fā)射實驗圓滿成功。

3 ? ?結(jié)語

近年來，該發(fā)射機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行，對平頂山地區(qū)進(jìn)行實地收測，覆蓋達(dá)到預(yù)期要求，收聽、收看效果良好。利用中波并饋式自立天線實現(xiàn)中波、調(diào)頻、數(shù)字電視共塔發(fā)射是完全可行的。中波臺開展多業(yè)務(wù)播出模式，具有節(jié)省投資、場地、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等優(yōu)點(diǎn)。

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Study on multi-service common tower transmission of

medium wave independent antenna

Song Dongxiang

（Henan Province Pingdingshan Zhongbo Broadcasting Station， Pingdingshan 467000， China）

Abstract：The application of multi-frequency common tower technology in broadcast transmitting stations can effectively reduce the cost of construction projects and realize the full use of station resources. Under the background of increasing land cost and increasing frequency coverage requirements， it has great practical significance for the development of broadcasting and television. This paper analyzes it.

Key words：medium wave; common tower transmission; interference