FM多工器合成及電磁兼容改造

張明+蘇日順+聶其臻

摘 要 隨著日照山子河機(jī)場的建設(shè)，F(xiàn)M對民航通信干擾問題異常突出。日照廣播電視臺采用全橋式帶通濾波器的多工器合成技術(shù)，提高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格控制FM帶外諧波，通過一系列技術(shù)改造有效地解決互調(diào)干擾以達(dá)到相互間的電磁兼容。

關(guān)鍵詞 互調(diào)干擾；多工器；雙偶極子天線；開關(guān)板；電磁兼容

中圖分類號 G2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2017）180-0084-02

常規(guī)每個頻點就有一套發(fā)射天饋線，隨著業(yè)務(wù)不斷發(fā)展，發(fā)射塔不堪重負(fù)以致沒有空間安裝新天線。隨著多工器合成技術(shù)在廣播電視行業(yè)廣泛應(yīng)用，解決了頻點的增加與天饋安裝空間不足的矛盾。

此次改造不僅解決安裝空間問題，還要利用多工技術(shù)來抑制FM帶外諧波，特別是對民航通信的互調(diào)干擾問題。下面介紹我臺以電磁兼容為目的，對FM四個頻點的多工改造。

1 概況

原有4個自辦FM頻點，均采用兩層單面偶極子垂直極化天線，因主塔沒有足夠空間，被分置在了3個塔上，塔距小于20米。

2 FM的互調(diào)干擾

發(fā)射設(shè)備中的非線性電路是互調(diào)干擾產(chǎn)生的根本原因。當(dāng)兩個或多個不同頻率的信號進(jìn)入放大單元的非線性電路時，會產(chǎn)生很多諧波和組合頻率分量，再經(jīng)過發(fā)射天線連同主信號一起發(fā)射出去，從而產(chǎn)生互調(diào)干擾。

如果F1、F2分別為兩個正常發(fā)射的頻率信號，比如2F1是F1的二次諧波，它與F2產(chǎn)生了寄生信號2F1-F2，這個寄生信號中一個信號是二次諧波（二階信號），另一個信號是基波信號（一階信號），他們倆合成的就是三階信號，2F1-F2就是在調(diào)制過程中產(chǎn)生的，所以被稱為三階互調(diào)信號。由于F2，F(xiàn)1信號一般比較接近，也造成2F1-F2（或2F2-F1）會干擾到其他頻率的信號，這就是三階互調(diào)干擾。

發(fā)射臺天線過多、安裝位置過近，更容易產(chǎn)生互調(diào)干擾。在FM互調(diào)干擾中最主要的就是三階互調(diào)干擾。圖1中108MHz左側(cè)為FM頻段，108MHz～118MHz是民航導(dǎo)航通信專用頻段，該頻段底噪接近40dB，電磁環(huán)境非常復(fù)雜。經(jīng)過反復(fù)驗證，確認(rèn)是發(fā)射臺的FM互調(diào)干擾造成的。由于民航的地空通信多為話音通信，使用模擬信號，這種互調(diào)干擾對地空通信危害極大。

3 技術(shù)改造

頻率資源要合理分配，通過計算規(guī)避容易產(chǎn)生互調(diào)干擾的頻點。頻率、天線越多，諧波、互調(diào)干擾就越嚴(yán)重，必須針對發(fā)射臺站的實際情況，從技術(shù)層面整體考慮。

3.1 機(jī)房設(shè)備可靠接地

接地電阻小于10歐姆，包括接收設(shè)備、信號分配器等所有前端設(shè)備要可靠接地。音頻線屏蔽層編織密度≥80%，各種線纜接頭制作要規(guī)范。發(fā)射機(jī)柜接地選用不小于3cm寬的銅帶（或銅編織帶），機(jī)柜間接地線不能串接，必須與接地排實現(xiàn)一點接地?？捎行Ц綦x干擾信號，解決前端串?dāng)_問題。通過規(guī)劃設(shè)計院的核算，原有頻點存在規(guī)劃不科學(xué)的問題，重新選定了4個FM頻率，這樣更利于解決問題。

3.2 四工器合成

多工器合成就是將不同頻點的多部發(fā)射機(jī)RF輸出通過多工合成共用一副寬頻帶天線，而且相互之間不會產(chǎn)生干擾。

采用增強(qiáng)型全橋式設(shè)計，圖2中由兩只帶通濾波器諧振腔、兩只3dB耦合器、吸收負(fù)載等組成定阻抗帶通橋式單元（虛線框部分），帶通濾波器采用耦合窗型雙腔式諧振腔。橋式結(jié)構(gòu)可以一組組的串聯(lián)，組成多工系統(tǒng)。本次改造是由三組橋式單元組成的四工器。

特別說明，以往多工系統(tǒng)設(shè)計中，第一路信號F1都是直接連接到橋式單元的輸入端，此次改造要求設(shè)計加裝了一套帶通濾波器，通過橋式單元的工作原理得知，帶通濾波器只諧振于F1信號，其他信號得以濾除，這樣對整個系統(tǒng)來說，保證了每一路RF信號都能夠最有效地抑制雜波和抵抗外界干擾。

4臺主機(jī)+1臺備機(jī)通過同軸開關(guān)、多工器、大功率負(fù)載，用硬饋搭建N+1主備發(fā)射系統(tǒng)。

3.3 天饋線系統(tǒng)

4個頻點共用一套垂直極化雙偶極子四層四面天饋線。采用雙饋發(fā)射天線設(shè)計，分上下兩層，可單層獨自使用。上層天線S≤1.12，下層天線S≤1.11，相位無偏差，電長度相同。多工器與天饋通過開關(guān)板實現(xiàn)連接，正常使用時兩層天線同時工作，當(dāng)某一層天線故障時，切換到另一層天線，從而保證調(diào)頻廣播的播出。

特別注意，如果有多套FM天線，一定要安裝在同一發(fā)射塔上，且垂直距離大于6m；如果多塔安裝，水平距離要大于80m，且不要處于同一高度。最大程度避免互調(diào)干擾的產(chǎn)生。

4 改造后的系統(tǒng)測試

4.1 試機(jī)

單機(jī)分步推送直到滿功率，驗證每臺發(fā)射機(jī)與合成器的匹配情況。4臺發(fā)射機(jī)全開設(shè)半功率輸出并維持1小時，再滿功率輸出維持1小時，發(fā)射機(jī)狀態(tài)穩(wěn)定，無反射功率，多工器無異常發(fā)熱情況，試機(jī)順利完成。

4.2 信號接收測試

用新系統(tǒng)播出，進(jìn)行流動監(jiān)聽，在各區(qū)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)選取N個固定測試點，比較原有效覆蓋區(qū)，主觀評價改造效果明顯，較其他頻點無明顯接收噪聲，覆蓋場型好，有效覆蓋面增大。

4.3 改造后的頻譜監(jiān)測

圖3已明顯地看到108MHz以上頻段，底噪都低于0dB，完全符合民航通信對電磁環(huán)境的要求。FM發(fā)射系統(tǒng)多工改造順利完成，各項性能指標(biāo)優(yōu)于改造前。

通過近兩年運行，整套系統(tǒng)設(shè)備穩(wěn)定可靠，接收效果好，電磁兼容性好，很好地解決了兩套系統(tǒng)間的干擾問題，完全達(dá)到了設(shè)計預(yù)期。