調頻覆蓋特點與并機試驗

文/胡士杰

調頻廣播以高質量信息傳輸，強抗電磁干擾能力，收發系統工作穩定、運維成本低、接收便捷等特點，成為廣播電臺無線覆蓋最主要的技術手段。如何有效提升調頻廣播的覆蓋質量和聽收效果，是所有電臺的管理者和技術人員的共同愿望。

1.無線調頻覆蓋效果與發射臺站高度及功率的關系

調頻廣播的傳輸特性是以視距直線傳播為主，覆蓋范圍一般只能在發射天線的視距D范圍內，視距傳輸可簡單用（H和T對應于發射天線架設位置的有效高度和接收天線有效高度，單位m）公式描述。也就是說調頻廣播的有效覆蓋范圍與天線的架設高度、接收天線高度存在正相關性，即調頻天線越高，相同的發射功率會有更廣闊的覆蓋范圍，所以目前調頻發射站點多選在高山等相對位置較高的位置，同樣的發射功率就能實現較遠的傳輸覆蓋范圍。

如：某臺站相對高度1132m，天線掛高30m，接收高度10米計算，按視距傳播距離公式計算：

按ITU-R P.1546-4建議書表述出不同高度發射天線的場強覆蓋情況見圖1。

按ITU-R370-5建議書標準，場強隨天線有效高度的變化按對數線性關系計算：

式中E1、E2分別相應于高度為h1，h2時的場強值，通過調頻覆蓋特性圖1查出。且h1≤h＜h2。

恰當的發射功率能讓位置優勢得到充分發揮，一部發射機的有效輻射功率按公式計算，式中P為發射機標稱輸出功率，L為饋線損耗（典型值1dB），G為發射天線增益（六層四面天線增益典型值10.3dB）。

如：在相對平坦、距此10KW調頻發射機50公里處，覆蓋情況典型值。

圖1 調頻廣播覆蓋場強與天線高度關系

發射機標稱功率換算表功率的千瓦數功率的dB數1kW 0 dB 3kW 5 dB 5kW 7 dB 10kW 10 dB 30kW 15 dB

圖2 衰減校正系數與距離的關系

隨著中國城鎮化發展戰略的實施，城市框架不斷拉大，高層建筑越來越多，各類無線電基礎設施及應用廣泛使用，市區電磁環境日趨惡化，原有功率等級的發射機在城區的覆蓋效果逐步惡化。近期，我臺利用一臺備用發射機與主用發射機進行并機播出發射試驗，寄希望達到或接近單臺20KW的覆蓋效果，簡單按場強公式計算，理論上并機后功率增加1倍，覆蓋區域的場強應較并機前增加3分貝，能夠明顯改善城區的覆蓋收聽效果。

2.技術實驗

試驗在同品牌、同型號的HARRIS 10KW發射機進行，原來這兩部機器作為主備機使用。調頻發射機特別是大功率發射機并機，首先要保證兩部發射機同步播出。按GY/T154-2000《調頻同步廣播系統技術規范》標準要求，應解決兩部發射機的同頻、同相、同調制度要求。也是保證兩部發射機同步播出和正常運行的必要條件。在實際工作中首先應解決發射機輸出功率同相移合成輸出問題，其次是解決發射機同步激勵，保證兩部發射機都能工作在相同頻率、相同調制、相移一致的基礎上完成發射播出，實現并機達到提升覆蓋區域收聽效果目標。

2.1 實驗按預定的技術改造方案進行

在原主用發射機的激勵器輸出端加裝一個無源3dB信號分配板，利用相同材質、相同長度的分配電纜，將激勵器輸出信號饋送到兩部發射機的激勵信號分配板，兩部發射機使用同一激勵器推動工作，保證兩部并機發射機的同頻、同相、同調制度要求。圖3表述出激勵器信號分配情況。使用相同材質、相同長度的分配電纜是為了保證饋送給兩部發射機信號線纜損耗、相移等的一致性，也是決定并機成功與否的關鍵。

圖3 激勵器信號分配

在兩部發射機輸出合成端加裝發射機3dB功率合成器一套，實現兩部發射機并機輸出合成。調整兩部發射機間距，使輸出合成器的兩個輸入端正好與發射機射頻輸出口相對應，利用發射機頂端支撐合成器，保證合成器前端有最少的連接器件，減少功率損耗和相位的偏差。將3dB合成器輸出端用硬饋連接到發射系統的多工器，3dB合成器吸收端加裝5KW吸收負載一套，目的是吸收兩部發射機相移不一致時產生的剩余功率。按設計方案連接好各種線纜、硬饋后，在吸收負載前加裝一個測試功率表，用來監測兩部發射機相移不平衡情況，為后期調整兩部發射機的相移提供參考。

開啟兩部發射機電源，同時增加兩部發射機輸出功率，使每部發射機都增加到5KW，觀察吸收負載前串接的功率表讀數情況，用來檢查兩部發射機相移的一致性。從實際功率表讀數情況看，兩部發射機并機后能夠實現相移一致性，在吸收負載前的功率表讀數都相對很小。

增加激勵器功率輸出從28W提升到49.7W，實現2部10KW滿功率滿調制工作，測試假負載吸收功率。分別對兩部發射機開關機、升降功率及功率不平衡試驗：兩部發射機無論保持功率一致還是人為調整兩部發射機功率不平衡（調整兩部發射機輸出功率相差1KW左右），吸收負載前端的功率表讀數都在允許的范圍內波動（平均都在3-40瓦范圍內），可以確認兩部發射機正常工作后，并機后吸收負載的剩余功率測試值均在正常范圍。吸收負載選用美國進口BIRD假負載，額定使用平均功率5KW，短時間可以承受10KW，能夠應對任何特殊的功率等級、功率變化、故障關機等狀態。功率不平衡測試：調整兩部發射機功率，保持兩部發射機功率輸出功率相差1KW以內，測試吸收負載吸收功率數據略。兩部10KW發射機在保持不同發射功率的情況下，吸收負載測量的平均值在40W以內，確認兩部發射機能保持相位一致性工作。

實驗完成后，保持兩部發射機滿功率滿調制并機播出試運行，即：兩部發射機均采用滿功率10KW，并機后20KW滿調制運行，發射機工作穩定，各項技術指標正常。

3.并機試驗前后場強收測

兩部10KW調頻發射機并機實驗前后，以GB/T 14109-1993《電視、調頻廣播場強測量方法》、GB/T 16463-1996 《廣播節目聲音質量主觀評價方法和技術指標要求》為依據，采用車載移動測試和定點測量相結合的方式，分別對項目改造前后進行了兩次市區內及郊區部分較有代表性的測試點進行場強收測，經對大批量的路測數據統計分析，第二次收測到的場強數值比第一次收測到的場強數值整體提升2.8分貝，市內收聽效果改善明顯,特別是原市區內電磁環境較為復雜的地點，收聽效果大幅提升。

4.并機試驗效果

并機試驗后，兩部發射機均能滿功率10KW（并機后20KW）滿調制、滿時間運行，發射機工作穩定，各項技術指標正常。在市區對播出情況進行實地收測和主觀評價，改造后實測的場強數值比實施前場強數值整體提升2.8分貝，實測數據與理論計算提升值基本相當，市區內收聽質量、收聽效果明顯改善。此并機試驗的成功，開啟了我省調頻大功率并機實驗的序幕，并提供了一些理論和實踐經驗，為加強廣播強傳強覆蓋提供了可行性依據，具有較強的可操作性和很強的現實意義。

[1] 調頻廣播覆蓋網技術規定GY/T196-2003

[2] ITU-R P．1546-4建議書30 MHz至3 000 MHz頻率范圍內地面業務點對面預測的方法．

[3] 《ITU-R370-5建議書的傳播曲線及其使用方法》韋世修