廣播電視調頻發(fā)射系統(tǒng)中多工器技術的運用探究

楊英俊 黃祜璋 楊海霞

【摘要】我國在通信技術與電子技術領域內的科研成果不斷突破與創(chuàng)新，推動了廣播電視事業(yè)的發(fā)展。目前，廣播電視事業(yè)正處于創(chuàng)新發(fā)展階段，廣播電視調頻發(fā)射系統(tǒng)作為其中的一項關鍵技術，在廣播電視行業(yè)的發(fā)展中有著十分重要的意義。針對調頻發(fā)射系統(tǒng)而言，想要發(fā)送多個頻率，就要使用多工器，多工器的最大特征是無須設置多個天饋系統(tǒng)，可在同一時間完成多頻點傳送。將多工器技術應用在廣播電視調頻發(fā)射系統(tǒng)中，能夠大幅提升天饋系統(tǒng)的靈敏度，同時能夠減少天線空間，節(jié)省設備成本。本文對廣播電視調頻發(fā)射系統(tǒng)中多工器技術的應用展開了探討。

【關鍵詞】廣播電視；調頻發(fā)射系統(tǒng)；多工器技術；應用與維護

中圖分類號：TN929 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.12.004

在我國通信技術持續(xù)發(fā)展的背景下，廣電部門針對設備管理提出了全新要求，為提升傳統(tǒng)廣播電視媒體在融媒體時代的競爭能力，就要對現有的廣播電視調頻系統(tǒng)進行優(yōu)化與改進。多工器技術能夠解決發(fā)射臺中天線數量持續(xù)增多的問題，無須設置天饋系統(tǒng)，即可完成多頻率共纜發(fā)射，與傳統(tǒng)的廣播發(fā)射系統(tǒng)相比，信號傳輸質量大幅提高，并減少了天線的使用量，節(jié)省了投資成本。多工器是一種無源器件，采取積木式的設計方法，可任意增加或減少輸入線路，在安裝中具有顯著的便捷性。

1. 多工器技術概述

多工器技術指使用一套天饋系統(tǒng)，同時執(zhí)行多個頻點的發(fā)送任務。多工器與其他同類裝置不同的地方在于，在多頻點發(fā)送任務中，無須重復布置多個天饋系統(tǒng)。只要將各個天饋系統(tǒng)中的各通道信號接入一個控制器即可，這樣不僅使天饋系統(tǒng)的結構得到簡化，同時也節(jié)省了鐵塔的占用空間，起到了控制成本的作用。多工器本身帶有帶通濾波器，在運行期間能夠有效地隔離濾波，減弱因距離過近與天線互相發(fā)生的串擾。本質上，多工器技術最重要的功能是，使用若干相對較弱的調頻信號，通過無源網絡，輸出相對較強的一組調頻信號，再由多工器加工后，使各輸入端口的數據信息不會受到外界干擾而減弱，并且會使信號強度得以提升，呈增長趨勢，提升信號輸出質量。因此，技術人員應發(fā)揮多工器的這一特性，將其運用于調頻廣播發(fā)射領域中。

2. 多工器技術在調頻發(fā)射系統(tǒng)中的應用要點

2.1 多工器產生的寄生輻射

在使用多工器技術時，若未快速接入天饋系統(tǒng)，或連接頻率低，常會發(fā)生發(fā)射頻暴露現象。技術人員若是未能在第一時間發(fā)現這一問題，將會使系統(tǒng)內預設的隔離值達不到最終結果，由此導致調頻發(fā)射系統(tǒng)內部出現交叉調制，產生相互影響，引起多工器寄生輻射。

2.2 多工器失真現象

在使用多工器時，若與其配套的電視寬帶與廣播信號的運行系數未同時增長，一般是由于多工器本身的接收頻帶弱，兩載波器的間隔距離小而引起的，這種現象常常出現在某些頻帶較窄的星型多工器中。該問題的存在，一般都會使整個星型多工器發(fā)生失真問題。如果要想保證星型多工器的正常運行，就要重視新型星型多工器的調試和維修，這樣才能確保星型多工器具有良好的傳輸性能。技術人員調試星型多工器時，運行頻率間隔越大越好，最少在4MHz以上，此時就可以較好地達到信號互不干擾地輸出，并且因功率損耗大，需要配置冷卻系統(tǒng)進行冷卻。

2.3 系統(tǒng)發(fā)生左右分離與串音

在使用多工器技術時，一旦內部的寄生輻射發(fā)生維修失誤，落入與其關聯的載波頻內，將會導致整個廣播電視調頻發(fā)射系統(tǒng)產生串音，左、右音律將會出現變化。因此，工作人員必須要做好對于多工器運行狀態(tài)的分析和檢測工作，確保其能夠穩(wěn)定可靠地運行。技術人員需要每日核對多工器的運行數據，并結合實際情況采取相應的調整措施。

3. 調頻多工器運行原理

調頻多工器由一套星型雙工器及橋式雙工器組成，橋式雙工器由兩個3dB定向耦合器、四個諧振腔帶通濾波器、2根等長同軸饋管50Ω吸收負載組成，諧振腔間通過固定耦合窗耦合，窗口尺寸維持最佳狀態(tài)可使調頻波段中的濾波器起到濾波效果，按順序改變腔體內導體長度，即可穿越頻段，該方法能夠使濾波效果得到最大化的發(fā)揮。對腔體內導體的長度進行調整，本質上是改變它的電容量，調整輸入輸出耦合環(huán)，由此實現濾波。

星型雙工器是由T型三通濾波諧振腔和兩個帶通濾波諧振腔（f1、f2）聯接而成（圖1）。為了實現高隔離性能，需要采用特殊結構的濾波器以達到良好的阻抗匹配效果，從而提高其整體工作穩(wěn)定性。利用諧振腔按本身頻點阻隔另外一個頻點，因為L1、L2連線長度不一，可以使f1與f2在饋管的作用下輸出而不發(fā)生干涉。當兩頻段同時工作時，會造成整個系統(tǒng)的諧振狀態(tài)發(fā)生變化，從而引起耦合損耗增加甚至損壞元器件。所以應確保星型雙工器兩頻率點間隔離度，f1到f2的頻率要維持在4 MHz以上。

4. 多工器的調試

相對于發(fā)射機對于環(huán)境因素的復雜需求，多工器在使用中對于外界環(huán)境因素并沒有過多的要求，但是在具體的實踐中，也要結合發(fā)射機具體方位，確定最佳的多工器安裝位置，選擇合適的安裝位置，能夠提升安裝調試操作的便捷性與有效性，這樣就有效地避免削弱射頻信號。同時也要確保多工器運行的穩(wěn)定性和可靠性，為后期維護提供便利條件。在實踐中，對多工器調試操作要嚴格把關，如針對饋管內的連接芯，在調試期間要嚴格執(zhí)行國家標準，避免打火現象的發(fā)生。

當完成多工器的安裝之后，要借助網絡分析儀器來測試系統(tǒng)的傳輸特性及反射特性，可選用HP8753、HP875等儀器。在反射特性監(jiān)測中，需要注意駐波比和發(fā)射機的反射頻率成正比，駐波比越大，反射頻率也越高，這樣就能獲取準確的發(fā)射機匹配數值。傳輸特性主要有以下幾方面：每個輸入口與總輸出口之間的插入衰減值越大，損耗程度就越大，這會直接影響發(fā)射機的運行效率；各輸出口隔離度越差，各信號組間越有可能發(fā)生干擾問題；各個輸入端口和總輸出阻抗之間的耦合系數，即各端耦合電容的大小及分布情況；各輸入口與吸收負載的間隔度指標偏差越高，越有可能造成負載失衡。

多工器的調試方式主要包含以下幾方面：首先，將系統(tǒng)的總輸出和標準負載進行對接試機，詳細觀察各發(fā)射機駐波比，如果駐波比處于正常區(qū)間，可將總輸出轉接至天線系統(tǒng)；若天線系統(tǒng)各項指標均處于正常狀態(tài)，此時可不進行調試，或者按順序微調星型輸入口。在采取微調操作時，通常是從各個部件開始，最后對系統(tǒng)進行重新調整。如果是單波束寬度輸出的天線陣元，可直接將饋電線和輻射導線連接到一個小功率放大器上。具體步驟是，先對天線端口附近的橋進行調整；然后調節(jié)橋后單元負載；最后對第2組進行調整，按照這一流程逐步進行；將調整后的橋式單元作為負荷，調節(jié)星型單元，最后，二次測定全部指標，如果檢測出存在未達標準的指標，則要繼續(xù)微調，重復若干次，直到測試達到標準要求。

5. 多工器在廣播電視調頻系統(tǒng)中的應用

5.1 控制多工器的外部溫度

應用多工器時，需要注意多工器在正常運行狀態(tài)下的溫度一般會比外界溫度高30°C左右，所以，技術人員可根據多工器附近的外界環(huán)境溫度來判斷多工器設備是否發(fā)生故障。在多工器的維修期間，需確保多工器四周具有充足的空間，為多工器提供良好的散熱條件。當外界的溫度過高時，多工器在工作時極易發(fā)生空腔內部溫度升高的現象，在多工器內部、外導體間也會發(fā)生熱應力效應，由此對多工器內部等效電容和電感等造成負面影響，同時腔體內的中心頻率也隨之改變，從而加大濾波器內耗用熱能，減少設備使用期限。另外，如果外界環(huán)境溫度較高或空氣濕度較大，則可能導致多工器產生短路甚至燒毀現象。因此工作人員需要在多工器的作業(yè)場地保持良好的現場通風散熱，并定期檢測環(huán)境溫度，保證多工器處于合適的運行環(huán)境中，提升多工器的運行效率，盡量減少或避免故障的發(fā)生。

5.2 確保各組件之間的聯接緊密度

技術人員一般會使用同軸器聯接多工器、發(fā)射機、開關板和其他主要部件，而聯接同軸器的零件主要是過渡器，也有同軸硬饋管和其他零件。為了提高整個多工器整體性能和質量，必須要重視過渡段及導體聯接問題的處理。技術人員在進行聯接時，要對零件間的聯接予以充分的重視，保證零件間的聯接方式、連接部位精確無誤，以此確保多工器聯接完成后能夠在系統(tǒng)運行時起到應有的效果。在這個過程中要注意以下幾個方面的問題：一是技術人員每天在清理過程中，要著重清理聯接裝置與多工器，特別是同軸硬饋管和導體的聯接部位，及時對裝置表面灰塵進行清掃。此外，還要通過人工方法或者機械工具對同軸硬饋線進行清潔和保護；二是要求技術人員將同軸硬饋管線內、外導體的聯接保持在同軸工作狀態(tài)，保證硬饋管線的長度和直徑始終處于合理范圍以內，以此來確保饋管發(fā)揮出穩(wěn)定的支撐效果，奠定多工器內部運行的基礎。同時，技術人員還要對多工器外部電纜進行嚴格的保護，防止外界因素導致多工器出現損壞情況，影響正常的供電；三是技術人員對多工器內饋管導體和插芯處采取緊密度測試，定期檢查喉箍數目和緊密性，以此確保多工器運行效率和設備安全，減少設備故障發(fā)生。

5.3 保持多工器的電阻值正常

在多工器的運行過程中，若是電阻功率吸收少，將導致天饋系統(tǒng)產生不均衡問題。這將對工作效率帶來很大負面影響，隔離端的功率過大，吸收電阻被破壞，阻值增大，使多工器在不同端口上的阻抗亦不相同。為避免這一現象的發(fā)生，要定期檢測多工器的電阻值，對天饋線溫度值進行強化監(jiān)控。另外，還要對天線進行定期檢修和維護，防止因故障而影響信號接收質量，從而保證多工器的正常運行，保證廣播電視節(jié)目優(yōu)質轉播。

6. 多工器的維護

一般認為多工器中的諧振元件和共振器是影響插入損耗大小的重要因素。當多工器接入線路后，其輸出信號將傳輸到負載功率比與端口處電壓。其中，阻抗和相位對插損起著非常重要的作用。造成插入損耗較大的原因主要有以下幾方面：首先是因諧振腔材料、大小所致。對于多工器的多種選型，其中帶通濾波器、陷波器兩者應用最廣泛，其共同之處在于，都是由同軸諧振腔構成。因為諧振腔具有良好的阻抗匹配性能，當信號經過，可通過諧振腔而發(fā)生諧振作用。并且，這個過程中反射的次數也是無規(guī)律、不統(tǒng)一的，通常在這一過程中發(fā)生的損耗和信號在經過時的損耗、成倍反射損耗，二者的和是一樣的。信號經過時所引起的衰減，主要是由于諧振腔的材質與質量決定的。其衰減將會造成插入損耗差異。二是受耦合器的作用。通常使用的4端口、3分貝耦合器，其工作過程是從一端口輸入信號，在耦合端口、直通端功率各進入一半功率，相位差90度。其余端口在理論上不存在輸出信號，可將其視為隔離端。但在實際的運行中，兩個輸入端口上建立信道，無法實現毫無反射的情況，因此，兩端口是有區(qū)別的。兩端口所產生相位差，難以達到最佳的狀態(tài)。這樣就會有很多信號經過這個端口時發(fā)生泄漏。另外隔離端也無法做到無消耗，至少或出現一部分損耗，從而形成插入損耗，在維護中要采取相應的補償處理?？稍诟鞫丝诎卜盼⒄{電容進行調整。三是溫度升高導致頻率漂移。隨著溫度的增加，輸出功率也是逐漸下降的，而且下降幅度非常大，這一問題也是由諧振腔引起的，功率通過諧振腔時，將轉換部分能量與熱量，這將使諧振腔體的溫度升高。在熱脹冷縮的原理下，很容易引起內、外導體在形狀方面發(fā)生物理尺寸上的變化。同時，因為空氣與金屬之間存在著一定程度的熱膨脹系數差，所以還會出現諧振峰向高頻方向移動，從而使得腔體內部產生較大的溫度梯度。在此過程中，等效電感值、等效電容值等，也會轉換為震蕩性頻飄現象，這對設備運行是不利的。針對這一問題，在制定處理措施時，重點在于既要保證諧振腔的材質，也要在高溫下，對機房采取有效的通風降溫措施。

除此之外，在多工器的檢修中，也要注意寄生輻射。寄生輻射的形成原因是多工器正在運行過程中，通常使用一對天線，在連接到發(fā)射機后，一旦產生泄漏，將會由于隔離高度達不到標準，由于交擾調制，形成寄生輻射。在這種情況下，不僅影響了發(fā)射機正常發(fā)射，而且還嚴重干擾了其他設備，所以必須及時進行處理，以減少或者避免這種情況出現，可使用帶通濾波器有效解決這一問題。

7. 結束語

伴隨著通信技術與電子技術的持續(xù)發(fā)展，廣播電視行業(yè)中的技術與設備也在不斷更新換代，在廣播電視事業(yè)的創(chuàng)新改革階段，無線調頻技術是一項重要的研究內容。多工器是無線調頻技術中的關鍵設備，應用多工器能夠實現多頻道同時傳輸，選擇合適的多工器能夠提升發(fā)射機的覆蓋效果，提升工作效率。在多工器技術的應用中，技術要求相對簡單，工作人員只需做好多工器外部溫度的控制、加強組件之間的連接緊密性以及保證多工器內電阻值正常，即可實現多工器的正常運轉。合理應用多工器技術，能夠節(jié)省大量的線路空間，減少運營與維護成本投入，提升廣播電視行業(yè)的服務質量。

參考文獻：

[1]曹小山.多工器技術在調頻廣播發(fā)射系統(tǒng)中的應用研究[J].西部廣播電視，2022，43（14）：229-231.

[2]張光利.多工器技術在廣播電視調頻發(fā)射系統(tǒng)中的應用研究[J].電視技術，2021，45（11）：100-102.

[3]吳夢瀅.多工器技術在廣播電視調頻發(fā)射系統(tǒng)中的運用[J].電聲技術，2021，45（11）：68-71.

[4]梁東.廣播電視調頻發(fā)射系統(tǒng)中多工器技術的運用[J].西部廣播電視，2021，42（17）：234-236.

[5]楊克貴，卞國榮，王軼冬.電視CH4頻道與調頻頻段合成無線發(fā)射的技術方案設計[J].廣播與電視技術，2020，47（07）：122-125.

[6]郭令鶴.探究多工器在調頻廣播發(fā)射系統(tǒng)中的應用及維護[J].電子元器件與信息技術，2020，4（05）：68-69.

[7]周禮坤，韋繼德.基于調頻多工系統(tǒng)的發(fā)射臺改造設計與工程實踐[J].廣播電視信息，2020（04）：82-86.

[8]禹金華.多工器在廣播電視發(fā)射系統(tǒng)中的運用及故障處理[J].電子世界，2019（01）：167，169.