板障山隧道多載調頻波同頻廣播的實踐與應用

梁劍

摘 要：珠海是一個多山丘的城市，板障山隧道是珠海市區的主要交通要道，直接貫通城市的南、北方向。多年來，隧道內一直都無法收聽到無線調頻廣播。該文主要敘述通過在隧道內進行多載調頻波同頻廣播，在實施方案中最后利用同軸泄漏電纜作為多載調頻波的主要載體，終于比較圓滿解決了板障山隧道內調頻廣播覆蓋的問題，為珠海的調頻廣播覆蓋事業劃上了比較完美的句號。

關鍵詞：調頻波 多載波同頻廣播 狹窄傳輸空間—— 隧道 泄漏電纜 實驗 測試 覆蓋效果。

中圖分類號：TN93 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）11（a）-0056-03

隨著科學的發展和人民生活水平的提高，有車一族在今天不再是一件新鮮的事兒，相反，汽車、小汽車已逐步成為人們代步的交通工具。人們在開車、搭車的同時，對城市交通信息、無線資訊、時事新聞、CD音樂的需求越來越高。在這種情況下，珠海板障山隧道無線廣播覆蓋的問題被再次提到議程上來，并且隨著時間的推移，人們的呼聲越來越高……。

按上級領導的要求，珠海廣播電視臺發射中心在領導的帶領下，進行了大量的技術探討，資料搜尋，實地考察和理論實驗，在當時資金比較少的情況下，最終確定在板障山隧道內進行多載調頻信號同頻廣播。

1 實前技術探討和理論實踐

1.1 板障山隧道的物理結構和特點

板障山隧道的地理位置和物理結構較為特殊，它位于板障山山脈的中心處，經人工開鑿而成。隧道是按雙向四車道單向行車設計，南、北貫通珠海檸溪和拱北。隧道長1.21 km、寬12.3 m；（兩孔）、高7.45 m，其頂呈半圓狀。兩孔的中間（北端口，北向南600 m）有通道相連（通道：15.5×3.5 m）。珠海板障山隧道北端口圖（如圖1）。

1.2 板障山隧道無線調頻廣播的覆蓋情況

珠海主要調頻廣播發射基站位于景山公園的船底山（海拔：148 m）上，離板障山隧道約12 km，位于隧道的東邊，同屬于板障山山脈。基站調頻發射天線有效發射高度320 m左右（海拔），發射天線的極化方式為：（H）。同一付天線發射的調頻波有：珠海FM 95.1 MHz（5 KW）、珠海FM87.5 MHz；（5 KW）、中央音樂之星FM99.1 MHz（3 KW）、廣東珠江經濟臺FM103.8 MHz（3 KW）。

板障山隧道的調頻廣播覆蓋情況：隧道的兩端，南端口和北端口有信號，接收電平≧55 dBuv；南端口、北端口向隧道內延伸60 m左右，可聽到廣播聲音，其余無信號覆蓋。[1]

1.3 影響調頻波在隧道內傳輸的因素。

隧道作為一個縱向傳輸的狹窄空間，其四周由混土構成，調頻波在其內傳播時必然具有不同于地面調頻波的傳輸特性。調頻波頻率低，波長長，當它在隧道等狹窄空間傳播時，影響它的傳播因素如下。

（1）調頻波在狹窄的隧道內傳播時，有一部分能量被折射入隧道的土壤里被土壤吸收，隧道內土壤的導電率大小決定著調頻波的被吸收程度。實踐證明：無線電波在導電率較高的土壤里傳播時其衰減是很大的，并且隨著頻率的增大，其衰減會隨著距離的增加按指數規律變化。據統計，土壤的導電率為10-3/Ω.m，工作頻率為100 KHz時，無線電波在土壤中傳播衰減為：170 dB/km，工作頻率提高到1 MHz時，衰減為550 dB/km；當土壤的導電率為：10-3/Ω.m，工作頻率為100 KHz時則衰減高達1720 dB/km。[2]

（2）隧道的幾何形狀和橫截面尺寸對無線電波的傳輸距離有著重大影響。當在隧道內發射電磁波時，由于隧道幾何尺寸的狹窄，會從隧道的多個面形成“無數”次的多徑反射，在接收點，它們和正向波疊加在一起會形成“無數”次的干涉現象，它會很快地消耗電磁波的能量，致使無線電波無法在隧道內傳播較遠的距離。

（3）隧道內的抽風設備和行駛中的車流也會對調頻波的傳輸特性造成破壞。行駛中的車輛越高大，造成的影響就越大。我們曾于隧道內做過這樣的實驗：在隧道旁邊用掃頻儀測量一支5單元寬帶調頻發射天線的幅頻特性（天線架設6.0 m高，水平極化），當沒有汽車經過時，其幅頻特性是比較平坦的；當只有小汽車經過時，影響不大；當公共汽車和大型卡車經過時，其幅頻特性的高端就會變得比較差，而且不穩定。

（4）調頻波在隧道內傳播時，發射功率的大小對它的傳播距離影響不大。

我們曾于隧道內做過這樣的實驗：于隧道內架設一支5單元寬帶八木調頻發射天線。天線設于6.5 m高，增益≧8 dB、最大輸入功率為200 w、極化為（H）。用一臺100 w的調頻發射機（95.1 MHz）對其發射，傳輸1 Kc信號。開始時發射機輸出功率為5 W，用汽車收音機收聽，記錄收測效果和傳輸距離；其后把發射機輸出功率調到30 W和70 W，發現信號的傳輸距離均為300 m左右。汽車離發射天線較近時，收聽的信號清晰，汽車行駛兩百多米時出現噪聲，超過300 m時噪聲越來越大，再行幾十米就聽不到聲音。

1.4 板障山隧道北端口頂部調頻信號收測情況

收測位置：隧道北端口頂部。

收測條件：八木五單元調頻接收天線（參數見表1）、鐵架一個，水管一條（長3 m、Ф6 cm），天線方向對向船底山發射天線。用頻譜儀收測數據見表2。

2 實施方案（一）

2.1 工作原理

利用多載波同頻傳輸技術，將隧道外收到的多載波調頻信號用小功率發射機放大后，在隧道內對多付天線進行發射，從而實現調頻波在隧道內的傳播和覆蓋。

2.2 基本材料設備（廠家訂做）

八木五單元調頻接收天線一支、調頻段四路帶通濾波器一個、有線電視放大器；MW-BLE-H）三臺（參數見表3）、八木五單元調頻發射天線四支（參數見表1；使用“八木”原因：收、發天線具有互易性，雙偶極子尺寸過大）；100 W立體聲調頻發射機一臺；（可達國標GY50—89乙級指標，要求：發射機的輸入電平≧90 dBuv時，可達100W輸出）；功分器三個；同軸電纜SYWV-75-12630 m（參數見表4）、HCAAYZ-50-22皺紋射頻同軸電纜120×4 m（參數見表4）；相應接頭一批。endprint

2.3 信號流程圖（圖2）

信號流程：

將接收天線收到的四套調頻信號經帶通濾波器處理后，用SYWV-75-12同軸電纜送到北端口，于該處安裝第一級模塊放大器（輸出電平：92—— 102dBuv）；將放大后信號用75Ω電纜；同上）向隧道內傳送300 m，于該處安裝第二級放大器（電平同第一級）；然后再用75 Ω電纜（同上）將放大后的信號送到離北端口600 m處兩孔的通道內。于該通道內安裝100 W發射機和第三級放大器（電平同上，將其輸出送入發射機）；將發射機放大后的信號用三個功分器分為四等分，然后用HCAAYZ-50-22同軸電纜分別送入四付發射天線進行發射。天線的位置：每個孔道兩付發射天線，設于孔道圓頂6.5 m高處，水平安裝，分別離北端口500 m和700 m，兩發射天線輻射方向相反，一付指向北端口，一付指向南端口。

2.4 板障山隧道調頻廣播覆蓋的實測數據和效果

（1）用小汽車上的收音機進行收測，在隧道內均可收聽到四套調頻廣播信號，大多數地方收聽還是比較清晰的。但也有三處地方收聽的噪聲比較大，它們分別為（對北端口）：80～200 m、550～650 m、1000～1120 m處。

（2）發射機輸出30 W和輸出70 W的收測效果相差不大。發射功率與反射功率數據：30 W時，反射功率為1.2 W；60 W時，反射功率為2.1 W；70 W時，反射功率為3.6 W。

（3）該方案2006年建成到2010年6月結束將近工作四年時間。期間故障發生比較多。其原因：由于隧道的工作環境差，灰塵大，溫度較高，導致發射機的散熱風扇損壞比較多，當發射機的散熱風扇損壞時也容易損壞功放管。另外，發射機的保護次數也略多，斷電重啟后發射機可工作。這可能跟高大的車流有關，偶爾會引起發射機駐波比過大保護。

3 實施方案（二）

3.1 更改實施方案原因

板障山隧道重新裝修，所有設備必須拆離；故障率較高，維修極不方便；覆蓋效果不理想；國內生產的泄漏電纜性能已達到國際先進水平，價格大幅下調。

3.2 工作原理

利用多載波同頻傳輸技術，將隧道外收到的多載波調頻信號用小功率發射機放大后，送入泄漏電纜。根據泄漏電纜既具有同軸電纜傳輸線的功能又具有發射天線的輻射功能的特點，把泄漏電纜作為多載波調頻信號的傳輸載體，這樣既解決了隧道內信號的傳輸問題，又解決了隧道內接收點的信號電平問題，從而實現多載調頻信號在隧道內的傳播和覆蓋。

3.3 基本材料設備

八木五單元調頻接收天線一支，調頻段四路帶通濾波器一個、有線電視模塊放大器（MW-BLE-H）一臺，100 W立體聲調頻發射機一臺，功分器一個，同軸電纜 SYWV-75-1230 m，HCAAYZ-50-22皺紋射頻同軸電纜20×2 m；RMC50L-158-1泄漏電纜1200×2 m（參數可參考漢勝漏纜技術指標）；HCAAYZ-50-12跳線2×2根。DIN接頭一批，吸收負載（50 Ω、5 W）2個。

3.4 信號流程圖（圖3）

信號流程：

將接收天線收到的四套調頻信號經帶通濾波器處理后，用SYWV-75-12同軸電纜送到北端口，于該處安裝一個模塊放大器 （輸出電平：92—— 102dBuv），然后將其輸出送入100W立體聲調頻發射機進行放大，將放大后的信號用一個功分器分為兩等分，通過兩條同軸電纜HCAAYZ-50-22，分別送入兩條同軸泄漏電纜RMC50L-158-1進行信號傳輸和覆蓋。

3.5 泄漏電纜設計預案。

（1）95%覆蓋漏纜末端的最小功率要求。

根據RMC50L-158-1的技術參數可知：RMC50L-158-1的耦合損耗為68dB，每百米損耗：0.82 dB（120MHz）；隧道的寬度因子：20×logD/2（D為隧道寬度，實際為7米，6.15米是車道寬度）；衰落余量：10 dB，則：漏纜末端的最小功率；X）要求：X-（68+20×1og7/2+10）≥-62dBm，得X27dBm。

（2）漏纜末端實際功率。

發射機輸出為60W（約47.5dBm），接頭及連接電纜HCAAYZ-50-22（20 m）損耗1dB；漏纜接頭及跳線（2根）損耗：2dB；1200 mRMC50L-158-1損耗：1200×0.82=9.8dB；一個功分器損耗：3.5dB。則：漏纜末端信號強度：47.5-3.5-1-2-9.8=31.2dBm>27dBm。

（3）漏纜末端車體內信號強度（Y）計算。

Y等于漏纜末端信號強度減去漏纜耦合損耗、減去空間損耗；6dB）、減去衰落余量。即：Y=31.2-68-6-10=-52.8dBm>-62dBm。設計滿足覆蓋要求。[3]

3.6 應用泄漏電纜，隧道內調頻廣播覆蓋的實測數據和效果

（1）發射機的輸出功率為60W，反射功率為0.2W，反射功率不隨輸出功率的大小而變化。

（2）用小汽車上的收音機進行收測，時速50 km/h，結果：四套調頻廣播均清晰，信號平穩，無噪聲和陰影區。

（3）發射機安裝在隧道口，通風效果好，工作溫度比較低，故障大幅下降，方案；（二）從實施到現在基本上沒有出現過保護方面的故障。

4 結語

板障山隧道調頻廣播是一個比較復雜的系統工程，技術難度相對較大。材料、設備的科學性、可靠性、穩定性是項目成功的關鍵。珠海是一個多山丘城市，要想實現珠海郊區隧道的調頻廣播覆蓋，目前無論是資金、技術壓力是比較大的，但隨著光技術、泄漏電纜技術的廣泛應用，珠海調頻廣播覆蓋事業必然會出現一個新的局面……。

參考文獻

[1] 方德葵，倪世蘭，錢岳林.電視與調頻發送技術[M].北京：中國廣播電視出版社，2005.

[2] 李繼生.地鐵隧道電磁波傳播特性的研究[J].天津：天津科技大學學報，2005，20（1）：34-36.

[3] 郝云飛，李來杰，傅文中.泄漏電纜輕軌干線覆蓋工程設計研究[J].電信工程技術與標準化，2010（7）：31-33，endprint