廣播電視多頻道合成器的設計

摘 要：為了解決發射塔資源短缺問題，可采用調頻和電視多頻道共塔技術。調頻和電視多頻道共塔技術中的關鍵設備是多頻道合成器。多頻道合成器設計是否合理，直接影響到整個系統的性能。探討多頻道合成器基本部件以及幾種典型的結構對技術指標的影響以及改進方法。

關鍵詞：發射塔資源;多頻道共塔技術;多頻道合成器;調頻技術

中圖分類號：TN74文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)22-158-03

Besign of Broadcasting Television Multi-Channel Synthesizer

ZHANG Xin，MO Weiwei

(Henan Broadcasting Film Television Bureau，Zhengzhou，450003，China)

Abstract：In order to resolve source shortage of television tower，adopting frequency modulation and television multi-channel with total tower.The most important equipment is multi-channel synthesizer，it impacts capacity of whole system.The specifications，basic components and a few typical structures of multiple-channel synthesizer are persented in this paper.

Keywords：source of television tower;multi-channel with total tower;multi-channel synthesizer;frequency modulation

1 多工器

我國廣播電視事業正在迅速發展，很多電臺、電視臺都在增設調頻頻道和電視頻道。用多工器實現多頻道共塔廣播應該是必然的選擇，其原因是用多工器有很高的性價比。

圖1給出了傳統的1個頻道1副天線和現代的多個頻道的1幅天線的系統配置圖。這里以分米波電視為例，用具體數據說明使用多工器的好處。

圖1 天線的系統配置圖

設某電視臺有3個電視頻道，塔上可放置12層4面天線單元板，主饋線的長度為130 m，發射機的輸出功率為1 kW，則用圖1所示的2種方案，其性價比（每投資萬元所得到的千瓦有效輻射功率）如表1所示。

表1 不同方案的質價比

方案配置凈增益/dB(每套節目)ERP/kW(每套節目)耗資/萬元性價比ERPkW/萬元

A每頻道4層4面天線，“1-5/8”饋線8.066.425.80.25

B3個頻道12層4面天線，“3-1/8”饋線13.5622.730.20.75

表1以下列參數為計算依據：

4層4面天線：6萬元/副，增益10.5 dB；

12層4面天線：19萬元/副，增益15.3 dB；

130 m “1-5/8”饋線： 2.6萬元/根，損耗2.44 dB；

130 m “3-1/8”饋線： 5.2萬元/根，損耗1.44 dB；

三工器（3×1 kW）：6萬元/臺，插損0.3 dB。

由上述分析可知，投資從25.8萬元增加到30.2萬元，每個頻道的有效全向輻射功率可以從6.4 kW增加到22.7 kW，也就是說，在同樣接收場強的情況下， 覆蓋面積可以擴大到原來的3.5倍左右。方案B的質價比差不多是方案A的3倍。

為了提高天饋線系統的可靠性和不間斷維護性，可以在一般在多工器的輸出口加上1個如圖

2所示的6端口天線開關柜。

圖2(a)為天線上半部分和下半部分都正常工作，圖2(b)為天線下半部分出現問題或需要維護而上半部分正常工作，圖2(c)為天線上半部分出現問題或需要維護而下半部分正常工作。一般在天線開關柜的2個輸出口配置反射功率計(數字顯示或表頭指示)，當天線某一部分出現問題時，人們只要幾十秒的時間就可以完成切換任務。

圖2 6端口天線開關柜工作在不同狀態

天線開關柜中的二分配器有2種形式：一是用阻抗變換直接分配，二是用三分貝器來實現二分配。后者可以抑制因天線反射造成的圖像重影。

根據頻道數量和用途的不同，天線開關柜端口的數量、相對位置及復雜程度也不一樣，有3端口，5端口，6端口，10端口，和12端口的天線開關柜。雖說多工器能夠帶來很大的經濟效益，但要做到合理運用，必須對其有充分的了解。 下面將分別介紹多工器的技術指標，組成多工器的重要部件以及典型多工器結構等。

2 多工器的技術指標

通常多工器的技術指標如表2所示，用戶可以根據自己的需求與廠方協商作某些調整和補充。

表2 多工器的技術指標

類別

頻率范圍

FMVHFUHF

87~108 MHz167~223 MHz470~862 MHz

發射機的功率>3 kW<1 kW>3 kW<1 kW>3 kW<1 kW

阻抗50 Ω50 Ω50 Ω50 Ω50 Ω50 Ω

最小頻率間隔1.5 MHz2 MHz>2 CH>2 CH>3 CH>3 CH

頻道間的隔離度>27 dB>20 dB>30 dB>30 dB>30 dB>30 dB

插入損耗兩工器>0.35 dB>0.5 dB>0.35 dB>0.5 dB>0.35 dB>0.5 dB

多工器>0.8 dB>1 dB>0.8 dB>1 dB>0.8 dB>1 dB

輸入駐波比<1.2<1.2<1.1<1.1<1.1<1.1

3 組成多工器的重要部件

為了使一副寬頻帶天線能夠同時發送幾個頻道且內容各不相同的節目，首先需要一個功率合成裝置，其次，欲使節目彼此間互不干擾，頻率選擇裝置是必不可少的。功率合成裝置有多種，其中最常用的是3 dB定向耦合器，頻率選擇裝置是由高Q諧振腔(如同軸腔和波導腔等)組成的濾波器。在特定條件下，采用特殊的波導腔既可頻率選擇又能功率合成。

4 典型多工器結構

在廣播電視領域一般有這樣幾種多工器結構：星點型、定阻抗型(或稱橋式型)和延時線型(或稱相敏型)。這幾種結構各有特點，下面以星點型，定阻抗型(或稱橋式型)對它們進行分析，并提出改進方法供大家參考。

4.1 星點型多工器 (Starpoint Combiner)

星點形多工器是由濾波器、星點和連接線組成的，所有的發射機通過濾波器及連接線都與星點相連，星點又與天線連通。其中濾波器有帶通和帶阻之分，所以星點型多工器又可分為帶通型和陷波型2種，圖5給出這兩種類型兩工器的原理圖。

圖3 兩種類型的二工器工作原理

圖3(a)為星點帶通型兩工器，S為星點。發射機1的工作頻率為F1，通過帶通濾波器BPF1和連接線L1連接到星點S，發射機2的工作頻率為F2，通過帶通濾波器BPF2和連接線L2連接到星點S。為了保證兩部發射機之間的隔離度，從S點向左看過去的阻抗對F2頻率來說應該是開路的，從S點向右看過去的阻抗對F1頻率來說也應該是開路，這可以通過調節L1和L2的長度來實現。但當連接到星點的頻道數量增加時，連接線的長度需要優化設計。比如，有3個頻道連接到星點，對其中一個頻道，其余兩個頻道的連接線從星點看過去的阻抗對該頻道應該是開路的，這往往不容易做到。

設計時應注意：星點處接頭的頻帶寬度有一定的限制，而為了保證頻道之間的隔離度，要盡量使頻道間隔大一些，這樣頻道數量就不能太多。一般在UHF頻段，頻道相對集中的一段頻率范圍內，可以做到4個頻道的星點型合成。星點陷波型多工器的原理和星點帶通型類似，不同之處是隨著頻道數量的增加，每個頻道連接線上的陷波器的數量也要增加。

4.2 定阻抗型多工器

定阻抗型多工器 (Constant Impedance Combiner)可分為定阻抗帶通型（CIB）和定阻抗陷波型（CIN），如圖4所示。

圖4 定阻抗型多工器

由圖4可知，定阻抗型兩工器是由2個3 dB耦合器和2個帶通濾波器（BPF）或2個陷波器（NF）以及若干連接線和一個吸收負載組成的。其中窄帶端（NB）是指某個特定頻道的輸入端，寬帶端（WB）是指除了窄帶端指定頻道以外的其他頻道的輸入端，帶通濾波器（BPF）或陷波器（NF）工作在窄帶端頻道上。3 dB耦合器能提供的隔離度一般在30 dB以上，所以對圖4（a）而言，窄帶端到寬帶端的隔離度要大于30 dB，寬帶端到窄帶端的隔離度為3 dB 耦合器提供的隔離度加上帶通濾波器對寬帶頻率的衰減。一般當寬帶端與窄帶端為非相鄰頻道時，寬帶端到窄帶端的隔離度可以達到60 dB以上。圖4常被稱為一個合成器單元，許多這樣的單元接連起來就組成了多工器。具體做法是將本單元的輸出連接到下個單元的寬帶輸入，以此類推。這里用這種方式在UHF頻段已經成功地實現了10個頻道的合成。

在設計時，為了提高窄帶端到寬帶端的隔離度，一般在寬帶端加上一個帶通濾波器。在系統結構完全對稱的情況下，由于3 dB耦合器的分配與合成作用，使得這種形式的多工器能在很寬的頻帶范圍內使窄帶端和寬帶端的反射很小，即具有恒定阻抗特性，這就是定阻抗多工器名稱的由來，它為吸收發射機帶外雜波提供了條件。圖4常被稱為1個合成器單元，許多這樣的單元接連起來就組成了多工器。具體做法是將本單元的輸出連接到下個單元的寬帶輸入，以此類推。這里用這種方式在UHF頻段已經成功地實現10個頻道的合成。

5 結 語

本文介紹幾種常用的多工器的技術指標、基本部件以及典型結構。多工器的形式還有很多，比如用星點型和定阻抗型組合構成的混合型，可以提高整個系統的性價比。還有一種叫饋線重復型（Manifold）合成器，它的結構簡單，但需要對濾波器、連接線和接頭進行整體優化設計。

在實際選用多工器時要具體問題具體分析，既要考慮到系統的可擴展性，功率的提升性，也要顧及到投資成本。用于電視鄰頻道或頻點很近的調頻廣播合成器，系統的頻率穩定性將是要考慮的重要指標。

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注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文