多工器和N+1系統(tǒng)在調(diào)頻廣播發(fā)射中的應(yīng)用

劉興

【摘要】本文介紹了荊門(mén)廣播電視臺(tái)發(fā)射臺(tái)發(fā)射5套調(diào)頻節(jié)目，根據(jù)自身工作需要，把省發(fā)射臺(tái)站替換下的多工器進(jìn)行拆裝、維護(hù)、改頻、調(diào)試，完成和調(diào)頻發(fā)射機(jī)系統(tǒng)對(duì)接，又利用N+1智能播出系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“不間斷、高質(zhì)量、既經(jīng)濟(jì)、又安全”的12字指導(dǎo)方針，確保播出質(zhì)量和播出安全。

【關(guān)鍵詞】多工器;調(diào)頻發(fā)射機(jī);N+1系統(tǒng);同軸開(kāi)關(guān)

中圖分類號(hào)：TN929 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.22.029

隨著我國(guó)廣播電視事業(yè)的發(fā)展，特別是調(diào)頻廣播在近幾年，應(yīng)用范圍和接收群體的增加，各級(jí)廣播電視臺(tái)都在增設(shè)調(diào)頻頻率，滿足老百姓的收聽(tīng)廣播需求。調(diào)頻發(fā)射機(jī)就是把制作的節(jié)目信號(hào)，通過(guò)調(diào)頻頻率，從天線發(fā)射出去，老百姓用接收終端接收，就可以收聽(tīng)到豐富多彩的節(jié)目。無(wú)線發(fā)射，覆蓋范圍大，但節(jié)目多，發(fā)射天線也越多，頻率間干擾也多，同時(shí)廣播電視發(fā)射塔上空間資源非常有限，為解決發(fā)射塔空間資源不足的現(xiàn)狀，現(xiàn)采用多工器系統(tǒng)來(lái)解決，即多套調(diào)頻廣播發(fā)射系統(tǒng)使用多工器，通過(guò)一副寬頻帶調(diào)頻天線來(lái)發(fā)射，這樣既可以解決發(fā)射塔空間資源不足的現(xiàn)狀，又可以最大限度地避免因多臺(tái)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)多頻率互相調(diào)制，產(chǎn)生干擾其它民航通訊的諧波。

1. 多工器的概念和工作原理

使不同頻道的多部發(fā)射機(jī)用同一副寬頻道天線，同時(shí)互不干擾的發(fā)射各自的節(jié)目的技術(shù)設(shè)備，稱為多工器，調(diào)頻多工器主要用的是星型雙工器和橋式雙工器。

1.1 星型式雙工器

星型雙工器，有兩個(gè)帶通濾波器（BPF）和一個(gè)星型分支電路組成，如圖1

工作時(shí)，頻率f1首先通過(guò)f1帶通濾波器，帶通濾波器，對(duì)該頻率呈現(xiàn)低阻，而對(duì)頻率f2呈現(xiàn)高阻，反之f2帶通濾波器對(duì)f1也呈現(xiàn)相同的特性，電波經(jīng)過(guò)1/4波長(zhǎng)的合成電纜和合成電路后，由于1/4波長(zhǎng)是針對(duì)某一個(gè)特定頻率的，因此對(duì)于另外的其他頻率呈現(xiàn)高阻使其不能通過(guò)，所以，在天線端得到兩個(gè)的合成信號(hào)。

星型式雙工器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但使用時(shí)發(fā)射機(jī)的頻率間隔需大于4MHz以上，才能保證良好的隔離度，否則會(huì)因?yàn)楦綦x度太低，兩頻點(diǎn)產(chǎn)生互調(diào)，降低廣播播出質(zhì)量。

1.2 濾波式雙工器

濾波式雙工器，又稱橋式雙工器，由兩個(gè)3DB定向耦合器，兩個(gè)帶通濾波器和一個(gè)吸收負(fù)載R以及長(zhǎng)度相等的同軸饋管組成，如圖2。

3DB耦合器A的射頻信號(hào)f1從1端輸入，在2端和3端形成功率各一半的輸出信號(hào)，其中2端和1端同相位，3端相位比1滯后90度，兩路信號(hào)通過(guò)兩個(gè)f1帶通濾波器，由于這兩個(gè)f1帶通濾波器對(duì)信號(hào)f1呈現(xiàn)低阻抗，分別到達(dá)3DB耦合器的B的2端和3端，由于3端和4端同相位，4端滯后2端90度，對(duì)于f1的兩路信號(hào)，耦合器的B的2端正好同相位合成，而在耦合器的B的1端已經(jīng)延時(shí)90度的3端功率經(jīng)過(guò)B耦合器后，再延時(shí)90度，共計(jì)延時(shí)180度，由2端過(guò)來(lái)的未延時(shí)的f1信號(hào)就正好反相抵消，因此在1端沒(méi)有輸出。

射頻信號(hào)f2由3DB耦合器B的1端輸入，在2端有與1端同相位一半功率的f2信號(hào)，在3端有滯后于1端90度相位的一半功率的f2信號(hào)，由于兩個(gè)f1帶通濾波器對(duì)f2信號(hào)呈高阻特性，兩路信號(hào)都被反射回2端和3端，而3端4端同相位，滯后于2端90度，所以信號(hào)f2在4端合成，于是在耦合器B的4端，f1和f2被合成傳輸?shù)教炀€。

實(shí)際工作中，兩個(gè)f1帶通濾波器并不能完全對(duì)f2全反射，會(huì)有一定的信號(hào)泄露到A的2、3端，在4端相加而被吸收電阻吸收，而不會(huì)串?dāng)_到端口1，對(duì)f1信號(hào)造成串?dāng)_。由于濾波器的原因，耦合器A輸入端1只能輸入射頻信號(hào)f1，因此被稱作窄帶輸入端，而耦合器B單輸入端1可以輸入除了f1以外的任何頻率，稱為寬帶輸入端。

調(diào)頻多工器是在雙工器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，通過(guò)雙工器組合，用硬饋把雙工器寬帶口聯(lián)接而成，我臺(tái)5功器就是用1臺(tái)星型雙工器和3臺(tái)橋式雙工器聯(lián)接而成。

1.3 多工器指標(biāo)及要求

反射特性，各輸入端口的反射損耗，即電壓駐波比要求輸入端的反射損耗優(yōu)于26DB級(jí)，電壓駐波比小于1.1。

各輸入端口到總輸出端口的插入損耗，要求插入損耗小于0.4DB。

各輸入端口之間的隔離度，要求隔離度優(yōu)于30DB。

多工器的調(diào)整方法是先調(diào)整各個(gè)部件，然后聯(lián)接調(diào)整多工器，從后往前，即先調(diào)整靠近輸出端的那一組，最后調(diào)整整個(gè)多工器系統(tǒng)，測(cè)試技術(shù)指標(biāo)，直到符合要求。

1.4 多工器調(diào)試

星型雙工器的調(diào)整步驟：將兩個(gè)調(diào)整好的帶通濾波器，用硬饋連接好，將分析儀射頻輸出接到f1的濾波器的輸入端，射頻輸入接到輸出的輸出，f2濾波器腔輸入端接標(biāo)阻，反復(fù)進(jìn)行調(diào)整，使插入損耗和反射損耗達(dá)到最佳，然后將射頻輸出接至f2濾波器的輸入端，f1輸入端接標(biāo)阻，同樣反復(fù)調(diào)，使其達(dá)到要求，調(diào)整好后，射頻輸出端接f1濾波器的輸入端，射頻輸入接f2的濾波器的輸入端，可以測(cè)出f1、f2的隔離。

橋式雙工期的調(diào)整步驟：首先作分析儀測(cè)量反射特性和傳輸特性，調(diào)整諧振腔內(nèi)導(dǎo)體長(zhǎng)度，改變諧振頻率，調(diào)整耦合環(huán)，改變通帶特性，反復(fù)調(diào)整，直到滿足指標(biāo)為止，反射損耗優(yōu)于26DB，插入損耗小于0.4DB，將調(diào)整好的兩個(gè)3DB耦合器和兩組濾波器聯(lián)接好，聯(lián)好后，用分析儀的射頻輸出端接窄帶輸入口，射頻輸入端接輸出端口，寬帶輸入口和吸收負(fù)載端接標(biāo)阻，兩組腔體兼顧調(diào)整，使反射損耗和插入損耗達(dá)到最佳。然后，將射頻輸入端接至吸收負(fù)載處，測(cè)量輸入信號(hào)在吸收負(fù)載端的隔離度，最后將射頻輸入端接至寬帶輸入口，測(cè)量窄帶輸入口和寬帶輸入口之間的隔離度，由于橋式雙控器有3DB耦合器和帶通濾波器，兩信號(hào)間隔隔離度較高，一般可以達(dá)40DB以上，調(diào)整過(guò)程要反復(fù)進(jìn)行，直到所有指標(biāo)都符合要求。

2. N+1播出控制系統(tǒng)

就是N部發(fā)射機(jī)共用一部備用發(fā)射機(jī)作備份機(jī)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)一系列自動(dòng)倒機(jī)控制的發(fā)射機(jī)自動(dòng)化播出系統(tǒng)。相比以往一主一備的播出模式，采用N+1播出控制系統(tǒng)能夠最大限度的提高發(fā)射機(jī)的使用效率，節(jié)約場(chǎng)地空間，有極高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

我臺(tái)技術(shù)人員根據(jù)機(jī)房的實(shí)際需求和設(shè)備廠家，配合同方吉兆發(fā)射機(jī)廠家自行設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)研制了一套調(diào)頻5+1播出控制系統(tǒng)。主用發(fā)射機(jī)五部，備份發(fā)射機(jī)一部，每部主用機(jī)上裝有同軸開(kāi)關(guān)，同軸開(kāi)關(guān)是一種通過(guò)機(jī)械動(dòng)作，切換和傳輸大功率射頻信號(hào)的元器件。同軸開(kāi)關(guān)可將調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行切換，可進(jìn)入多工器通過(guò)天線發(fā)射出去，也可把信號(hào)切換進(jìn)入假負(fù)載。每部主用機(jī)上裝有同軸開(kāi)關(guān)，當(dāng)主用發(fā)射機(jī)發(fā)生故障時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)按照設(shè)置好的操作步驟，關(guān)掉故障機(jī)，自動(dòng)切換同軸開(kāi)關(guān)，把備份發(fā)射機(jī)的頻率自動(dòng)設(shè)置好，同時(shí)切換好備機(jī)的信號(hào)源，最終自動(dòng)開(kāi)啟備份發(fā)射機(jī)。

3. 荊門(mén)調(diào)頻廣播5+1播出控制系統(tǒng)的工作圖

在機(jī)房中，主用發(fā)射機(jī)五部，四部同方吉兆發(fā)射機(jī)，一部北廣發(fā)射機(jī)，備份寬頻發(fā)射機(jī)一部，是同方吉兆發(fā)射機(jī)。調(diào)頻廣播發(fā)射播出系統(tǒng)就由五部主用發(fā)射機(jī)（分別為89.7MHz新聞?lì)l率、93.5MHz湖北之聲、96.6MHz城市生活、105.1MHz中國(guó)之聲、105.7MHz交通廣播）、一部備份發(fā)射機(jī)、一套五工器、五只同軸開(kāi)關(guān)、一臺(tái)假負(fù)載、一套天饋系統(tǒng)、5+1播出系統(tǒng)控制器、AES信號(hào)源音頻切換矩陣等組成。

3.1 日常使用和故障處理的各部分功能

五部主用發(fā)射機(jī)：使用固定頻率用于五套調(diào)頻廣播節(jié)目的正常播出。

五工器：五套調(diào)頻廣播節(jié)目的射頻功率通過(guò)五工器合成后共用一套天饋線播出。

同軸開(kāi)關(guān)：正常狀態(tài)下主用發(fā)射機(jī)通過(guò)同軸開(kāi)關(guān)與五工器相連。

當(dāng)其中一部主機(jī)出現(xiàn)較嚴(yán)重故障需要倒備機(jī)時(shí)，該系統(tǒng)會(huì)按照設(shè)置好的操作步驟，關(guān)掉故障機(jī)，自動(dòng)切換同軸開(kāi)關(guān)，把備份發(fā)射機(jī)的頻率自動(dòng)設(shè)置好，同時(shí)切換好備機(jī)的信號(hào)源，最終自動(dòng)開(kāi)啟備份發(fā)射機(jī)。

調(diào)頻多工器和發(fā)射機(jī)N+1智能系統(tǒng)的聯(lián)合應(yīng)用，是一種比較先進(jìn)和實(shí)用的播出工作模式，荊門(mén)廣播電視臺(tái)發(fā)射臺(tái)這套系統(tǒng)，是用同方吉兆廠調(diào)頻發(fā)射機(jī)、發(fā)射控制系統(tǒng)智能化運(yùn)行管理而構(gòu)架的，具有安全可靠、智能便捷、投資小等特點(diǎn)。利用這一系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)視，遠(yuǎn)程控制，故障處理等多項(xiàng)功能，降低了停播率，減輕了值班人員的工作強(qiáng)度，進(jìn)一步保障了廣播電視節(jié)目?jī)?yōu)質(zhì)安全播出。

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