龍向陽
(大連新聞傳媒集團(tuán)發(fā)射臺(tái),遼寧 大連 116000)
新中國成立70年來,廣播電視作為主流價(jià)值的引領(lǐng)者、社會(huì)進(jìn)步的謳歌者、中國故事的講述者,不僅見證了國家70年滄桑巨變,自身也經(jīng)歷了跨越式發(fā)展,目前正以融合創(chuàng)新的姿態(tài)跨入新時(shí)代。隨著社會(huì)的快速發(fā)展以及人民物質(zhì)文化生活水平的提高,我國的廣播電視事業(yè)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。廣播電視臺(tái)制作的節(jié)目?jī)?nèi)容正在不斷細(xì)化,使得廣播電視臺(tái)制作的節(jié)目套數(shù)在不斷地增加。但是絕大部分的廣播電視發(fā)射臺(tái)的鐵塔容量小,且增設(shè)天線不易實(shí)現(xiàn),限制了廣播電視節(jié)目套數(shù)的增加。在這種情況下,多工器設(shè)備應(yīng)運(yùn)而生,解決了以上困擾。
多工器是將兩部及以上廣播電視發(fā)射機(jī)發(fā)送的信號(hào)一起送入天線系統(tǒng),使這幾路節(jié)目信號(hào)相互隔離的組合網(wǎng)絡(luò)。它實(shí)現(xiàn)了多部不同頻率的發(fā)射機(jī)共用一副發(fā)射天線,強(qiáng)有力地解決了鐵塔的有限空間與發(fā)射頻率點(diǎn)之間的矛盾。利用多工器可以實(shí)現(xiàn)多套廣播電視節(jié)目通過一套天饋線系統(tǒng)發(fā)射出去,使得每部發(fā)射機(jī)和天饋線系統(tǒng)良好匹配連接,且每部發(fā)射機(jī)之間都互不干擾。多工器極大地節(jié)約了資源,節(jié)省了經(jīng)費(fèi),對(duì)提高了鐵塔的發(fā)射效率,減少維護(hù)量起著極其重要的作用。同時(shí)由于多工器本身自帶的濾波器,極大減少了多副天線因?yàn)榫嚯x太近產(chǎn)生的串?dāng)_。
多工器是一種無源器件,它采用了頻率防漂移的工藝,可以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。采用積木式這種設(shè)計(jì)方式,提高了系統(tǒng)的工作性能和穩(wěn)定性,根據(jù)頻道所使用的頻率間隔和頻率數(shù)來組合成雙工器、三工器、六工器、十二工器等各種形式,可以隨意的增加或減少輸入路數(shù)且安裝時(shí)方便迅速,能夠在全頻率段下覆蓋通用,這樣使得更改節(jié)目的頻點(diǎn)變得簡(jiǎn)單方便。
多工器是由幾個(gè)雙工器組合或擴(kuò)展而成的。雙工器又被稱作天線共用器,是一種比較特殊的雙向三端口無源器件,包括了兩個(gè)信號(hào)輸入端口和一個(gè)信號(hào)輸出端口。兩種不同頻率的節(jié)目信號(hào)從兩個(gè)信號(hào)輸入端口分別進(jìn)入,經(jīng)過雙工器的處理后,毫無損耗地在信號(hào)輸出端口合成為一路寬帶信號(hào)。多工器是一組非疊加的濾波器,這些濾波器在組合方式上確保不相互加載,并且在信號(hào)輸出的時(shí)候保持高度隔離。
雙工器是由螺旋振腔體濾波器串聯(lián)諧振來構(gòu)成的,腔體濾波器由金屬整體切割而成,結(jié)構(gòu)牢固。腔體的品質(zhì)因素、耦合系數(shù)等參數(shù)都對(duì)濾波器濾波特性有很大的影響。由于雙工器的工作頻率很高,對(duì)雙工器的分布參數(shù)影響很大,于是常把它做成一個(gè)密閉的腔體,每個(gè)信號(hào)饋線都采用了屏蔽效果較好的同軸電纜腔來作為載體。腔體的形狀和材料本身也要求有一定的光潔度,為了利于散熱,它的外觀通常為黑色,這種技術(shù)叫做氧化發(fā)黑工藝。雙工器采用了這種工藝處理后,提升了輻射率也提高了散熱效果,另外還可以使雙工器的表面相對(duì)穩(wěn)定且不容易氧化。雙工器的兩個(gè)輸入信號(hào)端和一個(gè)輸出信號(hào)端在一般情況下,都采用標(biāo)準(zhǔn)的高頻接插件Q9頭或L16型射頻頭。
雙工器的‘雙工’功能可以由許多種方法實(shí)現(xiàn),能夠?qū)崿F(xiàn)‘雙工’的網(wǎng)絡(luò)有以下幾種:3DB耦合器、諧振帶通濾波器、T型濾波器等。但是單獨(dú)使用上述設(shè)備時(shí)卻很難兼顧帶寬、隔離度等技術(shù)指標(biāo)。所以往往在實(shí)際使用雙工器時(shí),大部分都是通過合理的組合以上各個(gè)部件來實(shí)現(xiàn)雙工。典型的電路有星型雙工器、濾波器和3DB耦合器組成的橋型雙工器。也可以將星型雙工器和橋型雙工器的寬帶輸入端擴(kuò)展級(jí)聯(lián)組合成三工器、六工器、十二工器等具有多路輸入功能的多工器。
1) 星型雙工器的工作原理
星型雙工器的組成結(jié)構(gòu)為兩個(gè)帶通濾波器腔體T型相連接,每一組選定的頻率就對(duì)應(yīng)為一個(gè)帶通濾波器腔體,特定結(jié)構(gòu)就把另一組頻率阻塞在外邊。這是因?yàn)閹V波器的諧振腔體長(zhǎng)度對(duì)另一組頻率產(chǎn)生了全反射,呈現(xiàn)了開路這種特性。正是因?yàn)檫@樣,兩組不同頻率的信號(hào)就可以互不干擾地輸出。
2) 橋型雙工器的工作原理
橋型雙工器的組成結(jié)構(gòu)為吸收負(fù)載、兩個(gè)濾波器諧振腔體、兩個(gè)完全相同的3DB定向耦合器、兩條同等長(zhǎng)度的同軸饋管以及若干個(gè)彎頭共同組成的。從任意一個(gè)端口看進(jìn)去的每個(gè)輸入阻抗都是在一定范圍內(nèi)的恒定阻抗,從而實(shí)現(xiàn)了帶寬匹配。
其工作原理是一組頻率信號(hào)從左側(cè)輸入端經(jīng)過第一個(gè)3DB耦合器后一分為二,分別進(jìn)入上下兩組濾波器的諧振腔體中,諧振腔體對(duì)這種頻率信號(hào)呈現(xiàn)并聯(lián)諧振狀態(tài),信號(hào)毫無阻礙地通過了濾波電路,隨后進(jìn)入到第二個(gè)3DB耦合器,信號(hào)在右側(cè)輸出端同相疊加后送往發(fā)射天線。且在右側(cè)輸入端反相與之抵消,因此這種頻率信號(hào)不會(huì)對(duì)另一組頻率信號(hào)產(chǎn)生串?dāng)_。另一組頻率信號(hào)從右側(cè)輸入端進(jìn)入第二個(gè)3DB耦合器后一分為二,分別進(jìn)入上下兩組濾波器諧振腔體當(dāng)中,諧振腔體對(duì)另一組頻率信號(hào)呈現(xiàn)全反射狀態(tài),信號(hào)在右側(cè)輸出端口同相相加,在右側(cè)輸入端口反相抵消。當(dāng)兩組信號(hào)同時(shí)送入多工器時(shí),最終在右側(cè)輸出端口合成后送往發(fā)射天線,實(shí)現(xiàn)了頻道合成功能。
1) 雙工器的工作頻率及其帶寬。雙工器的工作頻率范圍應(yīng)當(dāng)比節(jié)目信號(hào)本身的工作頻率范圍要寬。雙工器的帶寬可以理解為雙工器網(wǎng)絡(luò)中,等效的兩個(gè)帶阻濾波器的阻帶帶寬,而不是取決于濾波器的通帶帶寬。從雙工器的頻率響應(yīng)曲線上來看,帶寬即是網(wǎng)絡(luò)中的兩個(gè)阻帶曲線在衰減到一定量時(shí)的頻率范圍。VHF波段(米波)和UHF波段(分米波)的電視發(fā)射機(jī)的高頻輸出帶寬不會(huì)低于8 MHz。電視發(fā)射機(jī)的高頻輸入和高頻輸出帶寬都是相對(duì)較寬的,所以對(duì)于電視發(fā)射機(jī)的雙工器帶寬就有一定要求,電視發(fā)射機(jī)雙工器的工作頻率范圍為470 MHz~860 MHz,頻道帶寬最低為8 MHz。
2) 雙工器的隔離度。雙工器的隔離度主要指的是雙工器對(duì)兩組不同的頻率信號(hào)產(chǎn)生相互影響大小的這種隔離能力。雙工器的隔離度越低,在兩組不同頻率的信號(hào)之間產(chǎn)生互調(diào)干擾的可能性也就越大?;フ{(diào)干擾越大,就會(huì)極大地降低廣播電視信號(hào)的發(fā)射能力。為了保證廣播電視節(jié)目安全優(yōu)質(zhì)播出,在雙工器系統(tǒng)中,連接雙工器的任意兩部廣播電視發(fā)射機(jī)的隔離度要足夠的大。電視發(fā)射機(jī)的雙工器隔離度最低為45DB,廣播發(fā)射機(jī)的雙工器隔離度最低為30DB。
3) 雙工器的最小頻率間隔。通常來說,雙工器的最小頻率間隔指的是在保障廣播電視節(jié)目發(fā)射性能指標(biāo)的情形下,雙工器的兩組不同輸入頻率之間的最小間隔值。我們國家規(guī)定雙工器的最小頻率間隔一般為24 MHz,也就是3個(gè)電視頻道的帶寬,因?yàn)槊總€(gè)電視頻道的帶寬都是8 MHz。
4) 雙工器的插入損耗。雙工器的插入損耗是指信號(hào)經(jīng)過雙工器后的衰減值,插入損耗越低整機(jī)輸出功率就越高,這樣大幅度地減少了整機(jī)功放的發(fā)熱量。濾波器諧振腔體的尺寸大小和材質(zhì)都影響了插入損耗的大小。雙工器的溫度升高導(dǎo)致工作頻率產(chǎn)生漂移,工作頻率漂移會(huì)使插入損耗加大,而插入損耗的加大會(huì)使溫度進(jìn)一步地升高,陷入惡循環(huán)狀態(tài),所以要保證插入損耗要足夠的小。
5) 雙工器的頻率穩(wěn)定度。一般來講,雙工器的頻率穩(wěn)定度包含了兩個(gè)方面,一是雙工器自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,使雙工器的分布參數(shù)保持一定量的穩(wěn)定性;二是雙工器的溫度穩(wěn)定性。雙工器是一種具有分布參數(shù)的由金屬整體切割的腔體濾波器,腔體濾波器的分布參數(shù)決定了雙工器的頻率響應(yīng)曲線。
總之,雙工器的技術(shù)指標(biāo)有很多,但是它們并不是相互獨(dú)立的,而是互相影響的,所以我們?cè)谶x擇雙工器時(shí)應(yīng)當(dāng)綜合考慮。
1) 雙工器的所有信號(hào)輸入端要做到阻抗匹配,這樣才能比較好地傳輸能量。雙工器的插入損耗要盡可能的小、要有足夠的隔離度。插入損耗越小工作頻率就越穩(wěn)定,隔離度越低就會(huì)大幅度降低交調(diào)干擾。但是為了保證相互之間的隔離度,濾波器的帶寬就會(huì)做得比較窄,可能會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生失真。因此,在調(diào)試雙工器的時(shí)候必須兼顧帶寬和隔離度,這樣才能使發(fā)射效果最佳。
2) 雙工器的吸收電阻在理論上是無輸出的,而在實(shí)際應(yīng)用中卻存在一定的輸出。日常巡檢的時(shí)候若是發(fā)現(xiàn)吸收電阻存在損壞的話,應(yīng)該及時(shí)換上新的,以免使得阻抗不匹配。
3) 雙工器易受工作環(huán)境以及震動(dòng)所影響,在安裝以及設(shè)備正常使用時(shí),切勿隨意調(diào)整位置以及參數(shù)。因?yàn)閺S家在出廠前已經(jīng)調(diào)整完畢,自身因缺乏專業(yè)儀器很難達(dá)指標(biāo),使設(shè)備技術(shù)性能發(fā)生改變,影響發(fā)射機(jī)的正常使用。
4) 日常巡檢時(shí),應(yīng)注意雙工器的彎頭以及銅管的接頭和插芯。因設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行,以及機(jī)房的震動(dòng),可能會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。設(shè)備接觸不良就會(huì)導(dǎo)致溫度上升,對(duì)安全優(yōu)質(zhì)播出不利。碰到問題要及時(shí)解決,要把故障處理在萌芽之中。
在日常工作中,實(shí)際安裝使用多工器時(shí),應(yīng)該具體問題具體分析。對(duì)系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和頻率穩(wěn)定性要考慮周全,同時(shí)還要兼顧成本問題。應(yīng)該特別注意,多工器的各個(gè)接口和相應(yīng)插件要緊密配合,不能出現(xiàn)松動(dòng)的跡象。多工器的技術(shù)指標(biāo),例如插入損耗、隔離度、頻率間隔、帶寬都要符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。