全頻段調頻天線系統及多工器改造

董 偉

（白山市電視轉播臺，吉林 白山134300）

1.概況

白山市電視轉播臺現轉播10套廣播節目，都是采用模擬發射機進行發射，其中除吉林經濟、吉林旅游、吉林交通三部發射機通過三工器共用一部天線外，其余發射機都為獨立天線。鐵塔上先后安裝了10余副調頻天線，部分天線超過設計年限，功率容量下降，駐波比變大，覆蓋效果變差，不同頻率天線位置過近造成串擾等問題。無法滿足今后多工技術要求和播出數字廣播CDR條件。需要將之前的10副天線改成使用多工器共用天線發射。天線數量減少，高度升高有利于提升覆蓋效果，并留有擴容空間。

2.總體思路

經過技術部門開會討論，決定新增兩副全頻段調頻天線，10部發射機通過兩部多工器實現兩副天線播發射10套節目。原鐵塔三平臺下兩層四面雙偶極子天線和一平臺下垂直極化單偶極子天線分別作為兩部多工器的備用天線。以達到主饋和兩副天線的獨立備份的目的，拆除多余天線，為后續發展騰出空間。[1]

3.技術方案和創新成果

3.1 天線

3.1.1 天線選型

第一，天線極化方式。天極化方式主要有橢圓極化、線極化、圓極化三種，發射天線的極化方式選用直接影響接收天線的放置。多數汽車接收天線采用斜拉以減小風阻，有些采用水平放置。圓極化天線對接收天線放置要求不大，擁有較強抗鄰頻干擾能力，但在完成垂直極化分量和水平極化分量饋電過程中加速天線衰耗。垂直極化天線在大功率條件下無法滿足全頻帶要求。

相比較之下，水平極化方式是最佳選擇。

第二，明確天線重要參數。通過波束下傾和零點補償提升天線的輻射效率。設置一個合理的天線主向角度，通過公式θ=0.0278√h計算，其中h為天線距離地面高度。為了保證各區接收質量，通過對每根分饋線及振子設定特定的長度及相位，來進行填充和補償零點獲得更佳的覆蓋效果。

按照吉林省廣播節目無線覆蓋工程實施要求，天線系統在全頻段工作頻率上的駐波比應≤1.15，天線選用8片雙偶極子水平極化調頻發射天線組成兩層四面雙偶極子反射板天線陣列，功率容量為16kw，增益優于原天線，系統在帶寬大于19MHZ時，駐波比≤1.10，滿足多頻率多工使用。系統主饋選用SDY-50-80空心充氣饋線，通過1/8功分器平均分配給8根50-12設計有足夠冗余。[2]

3.1.2 天線的技術指標

1.頻率范圍：87.5MHZ-108MHZ

2.單元板輸入接口：L29

3.駐波比：S≤1.10

4.特性阻抗：50Ω

5.額定功率：16kw

6.增益：7.1dBd

7.極化方式：水平極化

單元板天線場型圖如下。

圖1 單元板天線場型圖

該天線振子和反射板采用不銹鋼材質，耐腐蝕，不易變形，連接螺栓、螺母等配件采用熱鍍鋅工藝，結構簡單結實耐用，可在大風、雨雪等惡劣天氣下穩定工作。[3]

3.2 多工器

3.2.1 多工器的設計

多工器是實現多部發射機共用一套天饋線的裝置。

目前常用調頻多工器有兩類——星型結構和橋式結構。[4]星型結構簡單，價格低廉，但由于只通過濾波器對射頻信號進行隔離，致使要求的兩個射頻載波的間距較大，否則隔離度達不到要求的指標無法使用。基于白山市電視轉播臺頻點較多，有些載波的間距較小，所以采用橋式結構為宜。[5]

橋式雙工器基本原理。橋式雙工器有兩個3dB定向耦合器（D1、D2）、兩個帶通濾波器（B1、B2）、均衡負載及其連接的饋管組成。

圖2 橋式雙工器基本原理圖

射頻信號F1由D1的1端口窄帶口輸入，在3端和4端輸出各一半功率的信號，其中3端口與1端同相位，4端口比1端口滯后90度，通過帶通濾波器B1，B2到達3’端和4’端，4’端與2’同相位，3’端經過90度延時到達2’端，對于F1信號正好在2’端完成同相位合成。同理，F2信號在1’端輸入，在3’端和4’端各輸出一半功率的F2信號，經過帶通濾波器的全反射，在2’端完成合成F2，于是，在2’端合成了F1+F2。

實際上B1、B2并不會完全對 F2全反射，有一部分泄露到D1的3、4端，在2端口相加后被R電阻吸收，不會串到端口1對F1造成串擾。

本次選用的六工器從結構上講是橋式雙工器的級聯。為保證隔離度達到要求的指標接入多工器的頻點進行和合理分配，系統原理圖如下。

圖3 系統原理圖

兩部六工器都預留了寬帶口，留有功率容量，為以后擴容提供了條件。

3.2.2 多工器的施工

第一，工程人員拆去產品各組件和部件的外包裝。工程人員需要注意對產品表面的保護，避免磕碰、劃傷等物理損壞。嚴格按照產品手冊進行組裝。

第二，產品組裝恢復后，工程組應對產品進行現場測試，得到產品的現場技術指標。將現場技術指標同用戶手冊中的出廠技術指標相對照，查看兩次測得的結果是否吻合。如結構差異較大，通過對多工器調整，使結果吻合。下圖為多工器部分實物圖。

圖4 多工器部分實物圖

利用Deviser德利網絡分析儀對多工器隔離度、插入損耗、反射損耗進行了測試。

第三，同軸硬饋和1/2”跳接電纜的制作過程中嚴格計算尺寸，去除毛刺，保證接口連接緊密。安裝同軸開關以實現主備天饋線倒換。

圖5 同軸開關的安裝圖

第四、安裝多工器防塵罩。

圖6 多工器安裝完成實物圖

在工程完成之后測試發射機時發現有的頻點反射過大，分析是由于信號經過傳輸線發生了相位改變造成的阻抗不匹配，通過改變跳線尺寸使反射達到正常值。

4.系統指標和實施效果

天饋線系統連接完整后在機房測量多工器指標，電壓駐波比≤1.10，插入損耗≤0.7dB，隔離度≥45dB，無可察覺溫升。

本項目有效解決了鐵塔天線過多負載不均衡、天線近造成的串擾等問題，也提高了發射機的運行效率和安全播出保證。投入運行以來工作穩定，效果令人滿意。[6]

項目改造完成后，白山市電視轉播臺組織技術人員按照《廣播節目聲音質量主觀評價方法和技術指標要求》（GB/T 16463-1996）、《電視、調頻廣播場強測量方法》（GB/T 14109-1993）相關要求進行了覆蓋收測和主觀評價，覆蓋區域和收聽效果達到了預期目標。[7]下圖為101.6場強覆蓋圖。

圖6 101.6場強覆蓋圖

10套調頻廣播節目，因88.8MHZ標稱功率300w能覆蓋市區，其他頻率覆蓋范圍：北至柳河縣涼水鎮；南至三道溝鎮滴臺3隊；西至通化市鴨園，水洞附近；東至靖宇和臨江邊緣，覆蓋效果良好，覆蓋人口數：市區人口62萬，通化及周邊鄉鎮約10萬人，白山市區內覆蓋人口約99%，周邊鄉鎮行政村覆蓋人口約93%。達到了規劃覆蓋目標。[8]

覆蓋收測效果良好，實現了多頻點通過多工器共用一套天饋線發射的預期目標，節省了鐵塔空間資源，解決了鐵塔天線過近引起的頻率間的串擾問題，為后續發展提供了空間。