中波轉(zhuǎn)播臺(tái)信號(hào)源系統(tǒng)的搭建

盧培通

(廣東省饒平中波轉(zhuǎn)播臺(tái),廣東 潮州 515700)

0 引言

為了使廣東江門中波轉(zhuǎn)播臺(tái)新建臺(tái)站順利播出使用,本文研究了江門中波轉(zhuǎn)播臺(tái)的新臺(tái)信號(hào)源系統(tǒng)搭建。該信號(hào)源系統(tǒng)根據(jù)臺(tái)站實(shí)際情況分為4個(gè)部分,分別為信號(hào)源路由部分、信號(hào)源柜部分、控制臺(tái)監(jiān)聽部分、搭建系統(tǒng)測(cè)試。本文將對(duì)信號(hào)源系統(tǒng)搭建過程進(jìn)行研究。

1 信號(hào)源路由部分

一般中波轉(zhuǎn)播臺(tái)站信號(hào)源種類有衛(wèi)星信號(hào)、光纖信號(hào)、微波、FM信號(hào)等。此次新臺(tái)信號(hào)源系統(tǒng)搭建采用衛(wèi)星信號(hào),主用信號(hào)和備用信號(hào)分別為不同波段衛(wèi)星。下面將對(duì)衛(wèi)星信號(hào)的組成和安裝調(diào)試進(jìn)行探討。

1.1 衛(wèi)星信號(hào)的組成

衛(wèi)星接收信號(hào)共有6B、6C、Ku波段3種衛(wèi)星接收信號(hào)。其系統(tǒng)主要由4部分組成:拋物面天線、饋源、高頻頭、衛(wèi)星接收機(jī)。

拋物面天線:其作用是將信號(hào)反射到拋物面焦點(diǎn)處的饋源上,然后再經(jīng)過波導(dǎo)管傳給高頻頭[1]。拋物面天線分為正饋天線和偏饋天線2種,正饋天線用于C波段接收,偏饋天線用于Ku波段接收。接收天線口徑的大小與信號(hào)接收能力、信號(hào)質(zhì)量呈正比例關(guān)系。

饋源是向拋物面天線提供電磁輻射的初級(jí)輻射源,其作用是將高頻電流或波導(dǎo)能量轉(zhuǎn)變成電磁輻射能量。饋源的主要功能是將天線收集的信號(hào)聚集送給高頻頭,饋源還起著選擇極化的功能。

饋源由波導(dǎo)管和波紋喇叭2部分組成,現(xiàn)在一體化高頻頭C頻段把高頻頭和波導(dǎo)管合在一起制造,Ku頻段一體化高頻頭體積較小,把饋源合在一起制造[2]。

高頻頭即低噪聲下變頻器(Low-Noise Block,LNB),一般分C波段用的C頭和偏饋使用的Ku頭。LNB上面接有探針,該探針會(huì)將接收到的衛(wèi)星下行信號(hào)輸送給電路,通過電路對(duì)該信號(hào)的低噪聲放大和下變頻轉(zhuǎn)換之后,立即產(chǎn)生一個(gè)“第一中頻信號(hào)”(帶寬950～2 150 MHz),經(jīng)過饋線的傳輸,將其送到衛(wèi)星接收機(jī)進(jìn)行數(shù)字解調(diào)處理。

衛(wèi)星接收機(jī)的作用是將拋物面天線接收下來的衛(wèi)星信號(hào)(C波段或Ku波段)進(jìn)行處理。衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)高頻頭進(jìn)行放大變頻后產(chǎn)生中頻信號(hào),送到接收機(jī)調(diào)諧和混頻電路進(jìn)行處理轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生第二中頻信號(hào),再經(jīng)過放大、QPSK解調(diào)后輸出數(shù)字碼流。數(shù)字碼流在信道中解碼后,再進(jìn)行信源解碼,輸出音視頻信號(hào)和數(shù)據(jù)[3]。

1.2 衛(wèi)星接收天線的安裝

安裝的選址中,除了要考慮雷達(dá)、高壓線有可能對(duì)天線產(chǎn)生的影響外,還要避開電信塔、微波塔等建筑物。此次根據(jù)臺(tái)站實(shí)際情況,將8個(gè)衛(wèi)星接收天線(6個(gè)正饋天線,2個(gè)偏饋天線)按照定好的位置澆筑鋼筋水泥底座架。

天線主體結(jié)構(gòu)的安裝步驟如下:將反射板固定于底座后,將饋源支架、固定盤安裝在反射板上,使兩者與調(diào)節(jié)桿、反射面、方位套筒連接起來,保持饋源與反射板上天線發(fā)射點(diǎn)的重合狀態(tài),以順利接收增益信號(hào),保證天線的使用性能;將組裝好的天線架設(shè)在天線座架上;把高頻頭緊固于饋源盤之上。

為了防止5G信號(hào)對(duì)接收衛(wèi)星的干擾,在C波段的衛(wèi)星接收天線高頻頭處加裝5G信號(hào)濾波器,確保接收信號(hào)不受5G信號(hào)干擾。

1.3 衛(wèi)星接收信號(hào)的調(diào)試

此次調(diào)試采用的工具設(shè)備:量角器、直尺、吊垂線、對(duì)應(yīng)波段的衛(wèi)星接收機(jī)、帶有音視頻輸出的電視、F頭同軸電纜線等。

衛(wèi)星接收天線和高頻頭組裝完成后,對(duì)衛(wèi)星接收天線進(jìn)行調(diào)試。衛(wèi)星接收天線調(diào)試難點(diǎn)在于需要“對(duì)星”。測(cè)量出當(dāng)前位置的經(jīng)緯度數(shù)據(jù),通過公式計(jì)算得出接收衛(wèi)星的仰角和方位角。同時(shí),值得注意的是,偏饋天線的仰角計(jì)算方法較正饋天線有所不同,可以用以下方法推算:偏饋天線的仰角=計(jì)算得到的仰角-偏饋天線的偏饋角。通過測(cè)量?jī)x器初步定下衛(wèi)星的仰角后固定(確定信號(hào)強(qiáng)度),再轉(zhuǎn)動(dòng)天線,找準(zhǔn)天線的方位角(確定信號(hào)質(zhì)量)。每次轉(zhuǎn)動(dòng)后需要時(shí)刻監(jiān)測(cè)信號(hào)強(qiáng)度,轉(zhuǎn)動(dòng)速度不宜過快,隨時(shí)停留觀察衛(wèi)星接收機(jī)的信號(hào)狀態(tài)。通過細(xì)調(diào)讓高頻頭、衛(wèi)星接收天線等天線部件實(shí)現(xiàn)整體的協(xié)調(diào)運(yùn)行,使衛(wèi)星接收效果達(dá)到最佳。

1.4 衛(wèi)星接收信號(hào)的輸出

此次新臺(tái)播出節(jié)目共有4個(gè),通過9個(gè)中波頻率播出,所以需要使用到功率分配器(以下簡(jiǎn)稱“功分器”)將節(jié)目分配到對(duì)應(yīng)頻率上。功分器主要作用是把1路輸入信號(hào)能量均分在2路以上。要注意的是,音頻信號(hào)通過功分器后會(huì)有損耗:二功分器的插入損耗一般為3.5 dB(如1個(gè)10 dB的音頻信號(hào)通過二功分器后會(huì)輸出兩個(gè)6.5 dB的音頻信號(hào)),三功分器的插入損耗一般為5.3 dB,四功分器的插入損耗一般為6.5 dB。功分器將音頻信號(hào)分配到信號(hào)源柜對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星接收機(jī)中。

2 信號(hào)源柜部分

2.1 信號(hào)柜設(shè)備布置

此次新建臺(tái)站信號(hào)源柜共有4個(gè),需對(duì)信號(hào)源柜內(nèi)所有使用到的設(shè)備提前做好布置規(guī)劃。布置原則要滿足以下幾個(gè)要點(diǎn):(1)機(jī)器自上往下排列,機(jī)器設(shè)備相互之間要至少間隔1U擋板,保證機(jī)器設(shè)備有足夠的散熱空間。(2)每個(gè)機(jī)柜放置的機(jī)器設(shè)備數(shù)量盡可能接近,保證整體美觀度。(3)將涉及播音的設(shè)備放置在同一個(gè)柜體,確保安全播出。

按照以上布置原則,對(duì)設(shè)備進(jìn)行布置。一、二號(hào)柜為播出柜,主要布置設(shè)備為主備衛(wèi)星信號(hào)接收機(jī)、1 kHz墊播信號(hào)和音頻切換器(共9個(gè)頻率,其中一號(hào)柜5個(gè)頻率,二號(hào)柜4個(gè)頻率);這2個(gè)柜通過音頻切換器實(shí)現(xiàn)了主備信號(hào)源、1 kHz墊播信號(hào)的切換,確保在一路信號(hào)源發(fā)生故障時(shí),有另外2路信號(hào)源可以應(yīng)急播出。三號(hào)柜為接收柜,主要布置設(shè)備為衛(wèi)星接收機(jī)畫面顯示設(shè)備、多路調(diào)諧器和無音報(bào)警器。四號(hào)柜為監(jiān)測(cè)柜,主要布置設(shè)備為調(diào)幅度檢測(cè)、示波器和音頻編碼器等慢錄系統(tǒng)設(shè)備。

2.2 信號(hào)柜設(shè)備布線

各種機(jī)器設(shè)備放置完成后,需要對(duì)信號(hào)柜進(jìn)行布線。布線之前需要根據(jù)設(shè)備的走線路徑焊接對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度的連接線,如卡農(nóng)頭音頻線、蓮花頭音視頻線、F頭同軸電纜、BNC頭同軸電纜等。

卡農(nóng)頭音頻線:音頻信號(hào)之間的傳輸是平衡傳輸。它是通過相位抵消的原理將音頻信號(hào)傳輸過程中所受的其他干擾降至最低。它通過并列的3根導(dǎo)線傳輸,分別為接地、熱端、冷端。此次布線過程中采用三芯卡農(nóng)頭來作為輸入、輸出插件?？ㄞr(nóng)頭插件分為公頭和母頭,一般信號(hào)流出為公頭,信號(hào)流入為母頭。3個(gè)端口對(duì)應(yīng)分別為1接地、2熱端、3冷端。

蓮花頭音視頻線:包括信號(hào)端與接地端兩個(gè)端子,常用于要求較低或近距離信號(hào)傳輸。此次將其用在衛(wèi)星接收機(jī)視頻輸出口、音箱輸入口、音頻編碼器輸入口上。

同軸電纜:根據(jù)臺(tái)站實(shí)際情況采用Φ5和Φ7的同軸電纜線,F頭同軸電纜線用于功分器到衛(wèi)星接收機(jī)的連接,BNC頭同軸電纜用于發(fā)射機(jī)天線倒換取樣。

信號(hào)源系統(tǒng)設(shè)備比較多,相互之間的連線也比較多,為了方便值機(jī)人員識(shí)別和維修,將輸入輸出信息標(biāo)注在輸入輸出線抽頭上,以方便在整理維修時(shí)快速識(shí)別連接線的來路與去處。此次采用ABCD 4個(gè)數(shù)字來進(jìn)行信息標(biāo)注,其中A為臺(tái)站播出的各個(gè)頻率,按順序排序。B分1、2、3、4、5,分別表示主音頻信號(hào)、監(jiān)聽音頻信號(hào)、射頻信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)和控制信號(hào)。CD為正常的排序,所有信號(hào)流向?yàn)樾蛱?hào)D從單數(shù)流向雙數(shù)。

布線時(shí),機(jī)柜內(nèi)由于設(shè)備連接線數(shù)量較多,安裝人員應(yīng)盡量將各種連接線按作用類別加以分類,盡可能使其規(guī)范化,便于值機(jī)人員調(diào)整和維護(hù)。此次布線,對(duì)于每個(gè)頻率的同一類型線(例如主衛(wèi)星接收機(jī)輸出到音頻切換器的線),統(tǒng)一走線方向,每條線拉緊對(duì)齊,提高整體美觀感。

2.3 信號(hào)柜搭建難點(diǎn)

信號(hào)源柜安裝難點(diǎn)在于臺(tái)站發(fā)射頻率多(共9個(gè)發(fā)射頻率);機(jī)器設(shè)備數(shù)量多;焊接的設(shè)備連接線數(shù)量多。連接線的焊接對(duì)安裝人員的技術(shù)要求較高,每條線焊接后需檢查焊點(diǎn)的牢固性、對(duì)應(yīng)觸點(diǎn)的導(dǎo)通性等。只有確保每一條連接線測(cè)試合格,才能使搭建的信號(hào)源系統(tǒng)播音符合要求。所有柜體之間的跨柜連線,都通過增加接線柱使設(shè)備互通,4個(gè)柜體共使用了9條接線柱(每條接線柱有60個(gè)接線端子)。通過接線柱使跨柜設(shè)備互通可以保證每個(gè)柜體之間相互獨(dú)立,在未來臺(tái)站有升級(jí)改造的需求時(shí),技術(shù)人員可以通過分離接線柱下端的接線端,使各個(gè)柜都可以獨(dú)立改造。

另外,放置于第三個(gè)信號(hào)柜內(nèi)的調(diào)幅多路調(diào)諧器,需要外接接收天線。嘗試了多種線材和長(zhǎng)度,例如音頻線的高密銅芯屏蔽層、單股粗銅線、多股銅線等等,但是接收效果都不盡如人意。最終,采用單股粗銅線制作了多圈環(huán)形天線。為了避免鐵材質(zhì)的信號(hào)柜體對(duì)其屏蔽,將其走線穿孔放置于信號(hào)柜的柜頂。經(jīng)測(cè)試,該種環(huán)形天線接收效果良好,符合要求。

3 控制臺(tái)監(jiān)聽部分

搭建的控制臺(tái)向值機(jī)人員提供了應(yīng)急開關(guān)操作功能和監(jiān)聽監(jiān)看功能。

3.1 應(yīng)急開關(guān)部分

應(yīng)急開關(guān)采用了三刀三檔切換開關(guān)代替了以往臺(tái)站常用的撥動(dòng)開關(guān),開關(guān)接線如圖1所示,流入應(yīng)急開關(guān)的有3檔,分別為一檔信號(hào)源音頻信號(hào)、二檔空擋、三檔1 kHz墊播信號(hào)。為了提升美觀度和指示播出狀態(tài),在面板上增加了藍(lán)紅黃3顆獨(dú)立的指示燈。藍(lán)色指示燈代表信號(hào)源音頻信號(hào)(正常播出狀態(tài)),紅色指示燈代表空擋,黃色指示燈代表1 KHz墊播信號(hào)(應(yīng)急播出狀態(tài))。

圖1 應(yīng)急開關(guān)接線

3.2 音源監(jiān)聽部分

獨(dú)立監(jiān)聽分為信源監(jiān)聽和播出監(jiān)聽2部分,經(jīng)過比較,最后決定使用獨(dú)立的帶指示燈的自鎖開關(guān)進(jìn)行控制,接線如圖2所示。每個(gè)頻率分別使用2個(gè)開關(guān)獨(dú)立監(jiān)聽信源信號(hào)(藍(lán)色指示燈)和播出信號(hào)(紅色指示燈)。該自鎖開關(guān)為六腳兩開兩閉,其中兩腳控制音頻線通斷,兩腳控制指示燈通斷。該自鎖開關(guān)通過12 V開關(guān)電源供電,同時(shí)使用了2U的擋板,每塊擋板上分布3個(gè)頻率的自鎖開關(guān)。為了保證呈現(xiàn)效果美觀,這對(duì)安裝人員在面板上的定位和鉆孔技術(shù)有極大的要求。完工后,整個(gè)控制臺(tái)呈現(xiàn)了非常美觀創(chuàng)新的效果。該種監(jiān)聽模式較以往的使用循環(huán)監(jiān)聽器手動(dòng)監(jiān)聽的方法,無論從接線方面還是安裝方面,都要相對(duì)復(fù)雜。但是其呈現(xiàn)的效果更加美觀,操作更加簡(jiǎn)便。

圖2 信源監(jiān)聽和播出監(jiān)聽接線

3.3 音頻流向發(fā)射機(jī)部分

應(yīng)急開關(guān)輸出的音頻信號(hào)經(jīng)過控制臺(tái)上音頻分配器后一分為二,分別流入主備發(fā)射機(jī)。至此,控制臺(tái)初步實(shí)現(xiàn)了發(fā)射機(jī)的音頻輸入,并配備了一系列的主備信號(hào)切換、無音報(bào)警、監(jiān)聽等功能。

4 搭建系統(tǒng)測(cè)試

三大部分分別搭建完成以后,要對(duì)其進(jìn)行整體的上電測(cè)試工作。上電前,測(cè)試人員需要測(cè)試所有設(shè)備公共電源的零火線電阻值,防止安裝時(shí)個(gè)別設(shè)備電源接口短路造成設(shè)備燒毀。上電完成后,再分別對(duì)每部分功能進(jìn)行測(cè)試,確保每一鏈路之間的連通。測(cè)試時(shí)準(zhǔn)備了一套監(jiān)聽檢測(cè)耳機(jī)(耳機(jī)阻抗應(yīng)大于16 Ω),當(dāng)出現(xiàn)音頻中斷故障時(shí),可順著音頻信號(hào)鏈路逐級(jí)監(jiān)聽信號(hào),這種方法還可以檢測(cè)聲音小、失真等故障?，F(xiàn)在的數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)、音頻處理器以及信號(hào)切換裝置的輸出接口都是平衡式卡農(nóng)插口,因此耳機(jī)插頭應(yīng)使用卡農(nóng)插頭。另外再配一副卡農(nóng)子母連接線。測(cè)試音頻時(shí),遇到聲音小、失真等情況時(shí),還要采用示波器測(cè)試前后2個(gè)鏈路音頻信號(hào)電平的大小,通過前后電平值對(duì)比來判斷鏈路是否正常。

控制臺(tái)的獨(dú)立監(jiān)聽功能在調(diào)試時(shí)出現(xiàn)了問題,在不按下自鎖開關(guān)的情況下,音箱始終會(huì)產(chǎn)生雜音。經(jīng)過分析排查發(fā)現(xiàn),音箱輸入音源為信源音源和播出音源,2個(gè)音源分別通過自鎖開關(guān)流入,為單音頻聲道。自鎖開關(guān)使用了紅色(熱端)的音頻線控制開斷,白色音頻線(冷端)始終處于連接狀態(tài),沒有斷開。斷開白色音頻線(冷端)后,之前產(chǎn)生雜音的情況消失。經(jīng)過分析,音箱產(chǎn)生雜音是由于音頻串?dāng)_所致。至此,故障解決。整個(gè)信號(hào)源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)正常播出,達(dá)到預(yù)期的效果。

5 結(jié)語

信號(hào)源系統(tǒng)直接關(guān)系到臺(tái)站轉(zhuǎn)播的效果。本文從無到有搭建了一個(gè)信號(hào)源系統(tǒng),對(duì)信號(hào)源路由部分、信號(hào)源柜部分、控制臺(tái)監(jiān)聽部分做了概述。今后中波臺(tái)站的發(fā)展,還需要堅(jiān)持不懈地利用所學(xué)知識(shí)對(duì)臺(tái)站設(shè)備系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,朝建設(shè)高質(zhì)量、高可靠性、高智能化臺(tái)站的方向努力。