大功率電視三工器的設(shè)計、安裝與調(diào)試

羅勝

【摘要】我臺運用模擬CH15頻道的寬頻帶天線，通過三工器使用多頻道合成技術(shù)，將新增的數(shù)字CH31和CH43頻道共用進行播出，從而提高了發(fā)射塔空間的使用率，降低了設(shè)備成本和維護成本。

【關(guān)鍵詞】三工器;寬頻帶天線;多頻道合成;3dB耦合器 濾波器

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.01.025

1. 任務(wù)背景

在中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程的實施中，在七六一臺規(guī)劃了CH31、CH43兩個功率等級均為1KW的數(shù)字頻道，播出央視數(shù)字電視12套節(jié)目。

為推進七六一臺無線廣播電視數(shù)字化轉(zhuǎn)換工作，需將功率等級為20KW的模擬CH15與數(shù)字功率等級為1KW的數(shù)字CH31、CH43進行多頻道合成。

2. 技術(shù)改造方案

七六一臺原有一個CH15功率等級為20KW模擬頻道，運用該頻道的寬頻帶天線，通過三工器使用多頻道合成技術(shù)，將新增的CH31和CH43共用CH15的寬頻帶天線進行播出，從而提高了發(fā)射塔空間的使用率，降低了設(shè)備成本和維護成本。

2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計

電視多工器是以雙工器為基礎(chǔ)進行的升級，可根據(jù)不同的應(yīng)用條件來進行多種形式的組合。對三工器而言，主要類型有星型形式、橋式加寬帶口濾波器形式、全橋式等等。對廣播電視行業(yè)而言，應(yīng)用的多工器基本組成單元濾波器主要為腔體同軸腔濾波器及腔體波導(dǎo)濾波器。

針對我臺情況，同軸腔濾波器組成的多工器在功率等級上不能滿足需求，因此多工器組成基本單元選擇為腔體波導(dǎo)濾波器。

同時，為了便于安裝及后期可能進行的改造，我臺最終將方案確定為兩個橋式雙工器組成的橋式三工器，其中CH15經(jīng)由三工器的寬帶口輸入到天線。三工器系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如下圖1所示：

2.2 波導(dǎo)濾波器設(shè)計

本方案所選濾波器為腔體波導(dǎo)濾波器，其仿真模型如下圖2所示：

從仿真模型可看出，濾波器包含兩個圓柱諧振腔。圓波導(dǎo)工作的主模是TE11模，由于圓波導(dǎo)的對稱性，當利用圓波導(dǎo)作為諧振器時，在一個圓波導(dǎo)的腔體內(nèi)包含兩個相互正交的極化簡并模，這類似于兩個無能量交換的同頻率諧振器。

雙腔雙模帶通濾波器的工作原理如仿真模型圖所示，圓形端口饋入一垂直極化電場，進入圓波導(dǎo)諧振器后，激起模式1的垂直極化場，通過一個45°螺釘使垂直極化場產(chǎn)生水平極化分量，激勵模式2的水平極化場，從而實現(xiàn)垂直極化和水平極化場的耦合。模式2的水平極化能量可以通過一個垂直的耦合窗口實現(xiàn)兩個圓波導(dǎo)諧振器間水平極化場的耦合，依次實現(xiàn)能量在波導(dǎo)管中的儲存?zhèn)鬟f，以實現(xiàn)濾波功能。

通過調(diào)節(jié)該波導(dǎo)濾波器的諧振頻率及耦合量，可得到濾波器的仿真參數(shù)，如下圖3、4所示：

通過仿真結(jié)果仿真結(jié)果看出，濾波器帶寬滿足8MHz數(shù)字化發(fā)射使用帶寬。

2.3 3dB耦合器設(shè)計

通常應(yīng)用于廣播電視發(fā)射系統(tǒng)中的3dB定向耦合器是是一個四端口器件，采用單節(jié)長度為1/4λ平行板耦合結(jié)構(gòu)，其原理如圖5所示：

單節(jié)1/4λ（λ為中心頻率波長）3dB耦合器的內(nèi)導(dǎo)體由兩個等寬的平行耦合板構(gòu)成，耦合板長度為中心頻率波長的1/4，各端口的特性阻抗均為Z0。3dB耦合器的電氣特性如下：

A .如圖6所示，當P1到1端口時分成兩路分別到達端口2和端口4，功率大小相等，端口4的相位滯后90度。如果端口2和端口4處是完全匹配的（50歐姆）到達端口3的功率為0。

B.如圖7所示，當2、4端口短路，功率從1口輸入時理想狀態(tài)下會從3端口完全輸出。

C.如圖8所示，當功率從2端口輸入P1/2相位是0度，同時功率從4端口輸入P1/2相位是-90度，從3端口會有功率P1的完全輸出此時的相位為-90度;如果四個端口完全匹配則1端口無功率輸出。

在各端口都與特性阻抗為Z0的負載連接達到匹配狀態(tài)時，若有信號從端口1輸入，則端口2、4將有信號輸出而隔離端口3沒有輸出。由于耦合信號（端口4的輸出）的傳播方向與輸入信號方向相反，所以這種耦合器是有反向定向的作用。

根據(jù)3dB耦合器原理在仿真軟件中搭建的仿真模型如下圖9示：

通過調(diào)整耦合器相關(guān)尺寸得出仿真結(jié)果如下：

由耦合器仿真結(jié)果可知，該耦合器在UHF波段滿足駐波比小于1.06，插入損耗小于0.2。

2.4 電視三工器調(diào)試

對于橋式多工器的調(diào)試，首先對濾波器進行調(diào)試。對于我臺應(yīng)用的雙腔雙模式波導(dǎo)濾波器相當于普通四腔濾波器，且該類型濾波器基本為定頻結(jié)構(gòu)，對諧振腔的諧振頻率只需微調(diào)即可達到使用頻率，然后對端口耦合及45°耦合柱進行適當調(diào)試后，即可滿足使用要求。

然后將兩個相同頻率濾波器為一組，連接3dB耦合器（耦合器為全頻段設(shè)計，不需獨立調(diào)試）組成橋式單元，橋式單元整體調(diào)試可通過耦合器及濾波器微調(diào)柱來實現(xiàn)。

兩個橋式單元分別調(diào)試完成后，將其組合成為三工器，如圖1形式，再通過調(diào)試濾波器、耦合器微調(diào)柱來調(diào)節(jié)整體指標。

三工器調(diào)試完成后指標如以下幾圖所示：（圖11、圖12、圖13）

通過對電視三工器的仿真及實物的調(diào)試，電視三工器的反射損耗、插入損耗、隔離度都具有良好的技術(shù)指標。

2.5 電視多工器的安裝

對電視多工器調(diào)試完成后，將多工器置于預(yù)先策劃地點，再次對多工器進行測試后，指標與預(yù)調(diào)指標相符。然后進行各饋管連接，多工器輸入口分別連接發(fā)射機、同軸開關(guān)輸出口，多工器輸出口連接開關(guān)板，通過雙饋進行播出。

3. 結(jié)束語

經(jīng)過我臺人員對電視三工器的設(shè)計、調(diào)試、安裝，本次我臺電視多工器的改造順利完成且運行至今無任何由多工器引發(fā)的不良問題產(chǎn)生。希望我臺本次電視多工器的改造可為各廣播電視發(fā)射臺提供一定的參考，為廣電事業(yè)的發(fā)展盡我臺綿薄之力。