貴州廣播電視臺小關發射臺調頻多工天饋系統

貴州廣播電視臺 黃 海

貴州廣播電視臺小關發射臺調頻多工和天饋系統的更新改造，實現小關發射臺“三滿播出”，實現我臺現有七個頻率覆蓋貴陽市的效果基本一致，提升覆蓋區域信號場強，擴大覆蓋區域，提高安全播出保障水平和收聽質量，為我臺調頻廣播的事業發展提供了有力保障。

1 項目背景及問題

貴州廣播電視臺小關發射臺始建于2000年，該臺站位于貴陽市云巖區鹿沖關森林公園貓沖山山頭，占地600余㎡，海拔1386m，塔高85m，機房面積200余㎡，在地理位置上是設置廣播電視無線發射臺站對貴陽市主城區實現無線覆蓋的理想站址。開始幾年，天饋系統均采用一頻率一付天饋方式發射播出。為解決多頻率多付天線在一個鐵塔上易產生互調交調等干擾，在2009年我臺進行了多工及天饋系統（以下稱系統）建設，系統由一個6+1調頻多工器、雙饋電纜和一付6層4面天線組成，整個系統設計承載功率50KW，項目建成后達到了預期，為我臺的廣播事業發展發揮了重要作用。

這套系統使用已有十年，加上我臺事業發展，目前主要存在如下兩個突出問題：一是現有的多工器最大承載功率為50KW，而當前小關發射臺在播七個頻率的發射機經過這些年的更新換代機均替換為10KW，總發射功率可達70KW，由于系統承載功率的限制，導致各頻率發射機均不能滿功率播出，使得臺站設備整體性能未能得到充分發揮，影響城市規模擴大后跟進覆蓋的需要。二是天饋線懸掛在塔上使用了十余年，老化現象嚴重，雖然每年都進行維護檢修還是出現多次天線進水反射增大和接頭松動燒饋線頭的現象，存在安全播出隱患。

雖然近幾年數字化移動傳播技術突飛猛進，但是調頻廣播作為黨的喉舌，仍然有著應急信息傳達和戰略信息儲備的重要意義，所以系統改造是有必要的。通過此次多工系統的改造建設7+1多工系統滿足小關發射臺7套頻率滿功率播出的需要，保障調頻廣播在貴陽市區的良好的覆蓋效果。

2 系統建設總體要求

2.1 建設目標

建設一套新系統，實現我臺現有七個頻率覆蓋貴陽市的效果基本一致，提升覆蓋區域信號場強，擴大覆蓋區域，提高安全播出保障水平和收聽質量。

2.2 系統設計要求

（1）系統設計承載功率達70KW以上。

（2）采用7個橋式雙工器單元，預留寬帶口，滿足七臺10KW調頻發射機滿功率播出，通過一臺10KW調頻發射機為備機，同軸倒換開關實現主備發射機切換，實現7+1的發射系統。

（3）采用一付6層4面雙偶極子調頻天線，實現雙主饋雙天線陣列，天饋系統分上、下兩部分，可分列運行、互為備份，通過開關板實現上、下和上加下三種模式的快速切換運行。

3 技術方案

3.1 多工系統

（1）建設要求

調頻7+1多工器采用全橋（七個橋式單元，寬帶口預留）結構形式，技術方案根據現有的頻率和功率進行設計，總輸出功率不小于70KW，多工器合成的所有調頻發射機滿功率播出。

（2）技術指標

調頻7+1多工器參數指標符合國家相關要求，技術指標如下：

頻率范圍/MHz：87～108。

特性阻抗/Ω：50。

電壓駐波比/VSWR：<1.1。

隔離度/dB：>40。

3dB帶寬/kHz：頻率間隔≥2MHz>600；頻率間隔≥1MHz>300。

最小頻率間隔/MHz：1。

插入損耗/dB：頻率間隔≥1.2MHz<0.2；頻率間隔≤1.2MHz，≥0.5MHZ<0.3。

冷卻方式：自然冷卻。

溫度漂移KHz/℃：＜2。

溫升℃（相對于環境溫度）：≤15，合成器在表面溫度70℃內正常工作。

防雷接地：多工器防雷即防雷接地接入發射臺地網中，符合相關要求。

CDR：支持CDR數模同播。

假負載最大承載功率：10KW。

同軸切換開關：頻率范圍/MHz：87～108；通過功率/KW：10；VSWR：1.04～1.08；泄露耦合量/dB：-63～-66；切換時間/S：≤3；控制方式：電動、手動均可；多工器與同軸開關采用一體化設計，提供固定面板和支架。

六端口開關板：頻率范圍/MHz：87～108；電壓駐波比：≤1.1；插入損耗：≤0.15dB；輸出幅度差：≤0.1dB；輸出相位差：≤1°；端口數量：六端口；功率指示表和駐波比檢測：顯示當前發射、反射功率，安裝監控軟件在發射臺的環境監控軟件上，天線駐波比自動檢測，安裝監控軟件在發射臺的環境監控軟件上，聲光報警；開關板輸出信號通過兩條主饋線分別接入上、下半副天線，可同時工作，也可通過改變開關板的U-Link連接實現用上半副或下半副獨立工作，開關板的U-LINK采用一體化設計，插拔時有機械助力裝置，能夠實現快速插拔。

（3）系統特點

①調頻七工器

調頻七工器為全橋式式結構，包含7個橋式雙工器單元，寬帶口預留，可直接擴展為八工器，頻率在87至108MHz范圍內全頻段可調并且所有頻點均支持CDR標準，多工系統原理圖見圖1。

圖1 多工系統原理圖

②天線開關板

天線開關板為直分式結構，多工器輸出信號通過兩條主饋管分別接入上、下兩層天線，可同時工作，也可通過改變開關板的U-link連接實現上三層或下三層天線的獨立工作；開關板的U-LINK采用一體化設計，插拔時有機械助力裝置，能夠實現快速插拔；含功率輸入輸出功率顯示和駐波比報警單元，天線開關板的原理圖和外觀見圖2。

圖2 天線開關板原理圖和外觀

3.2 天線系統

（1）技術指標

6層4面天線系統指標符合國家相關要求，不低于以下指標：

天線頻段：87-108MHz，功率容量120kW；

天線均采用封閉式同軸饋電方式，單片天線采用雙輸入饋電方式。即雙饋雙偶極子，每個振子輸入接口為IF45，分饋線接頭采用高密封性的EIA 7/8標準法蘭連接，承載功率≥6KW；

天線功分器系統每路采用1分2再1分12的結構形式，1分2功分器的功率容量為60KW，輸入接口采用6+1/8。1分12的功率容量為30KW，輸入接口為4+1/2；

饋電系統：在機房內采用由50Ω/2：50Ω變阻器和能對單饋或雙饋進行任意轉換的面板上的Μ-Link組成的開關板。不得采用簡單的50Ω/2：50Ω變阻器構成雙饋的饋電系統；

天線增益：≥ 9.0 dBd；

駐波比：系統指標≤1.15；

天饋線阻抗：50Ω；

天線系統垂直面主波束下傾0.8～1.2°（電氣下傾），第一零點填充＞10%；

天線安裝時須對兩根主饋電纜進行電長度等長處理(誤差＜5cm)。駐波比測試應使用網絡分析儀等數字儀器。天線生產廠商須提供天線饋電系統圖、系統的水平面場型圖及垂直面場型圖（計算機理論計算結果），提供帶實際地圖參數的場型覆蓋預測圖。

（2）天線機械性能

天線材料：雙偶極板天線振子采用304不銹鋼外管，黃銅內導體。反射板為304不銹鋼材質，可承受安裝工人踩踏。所有螺栓及振子保護罩抱箍均為不銹鋼；

功分器材料：選用紫銅管，法蘭為銅鍍鎳；

天線尺寸：雙偶極板天線應采用專門設計的天線；

防水性能：要求將干燥空氣充入整個饋電系統內，直至天線振子輸入端口；

環境溫度：-40℃～+60℃；

最小承受風速：十二級；

安裝構件及電纜卡箍采用熱涮鋅防腐。

（3）天線系統方向性圖預測

根據雙偶極子調頻廣播發射天線的參數特性，推算處天線系統建成后的方向性圖，見圖3，圖4和圖5。

圖3 立體方向性圖

圖4 水平面方向性圖

圖5 垂直面方向性圖

3.3 主饋線

主饋線采用進口4寸大功率饋線，接頭采用進口4寸大功率饋線電纜頭，雙饋輸出的接口采用6+1/8接口。主饋線指標要求如下：

單根87-108MHz功率容量≥40kW；

饋管尺寸為4寸；

主饋線為雙主饋；

駐波比應滿足：87～108MHz：≤1.10；

防雷接地：配置接地件，防雷接地符合國家相關標準。

4 系統功能

新建設的小關發射臺調頻多工及天饋系統，將整合小關發射臺現有天饋系統，通過一套多工器和一副天線，實現對外發射覆蓋，消除干擾存在的風險，提高安全播出保障水平。該項目采用一套調頻全橋式7+1調頻多功器實現了所有7個廣播頻率的功率合成，配置1臺備用發射機在線熱備；采用雙主饋雙天線陣列，天饋系統包括上、下兩部分，可分列運行、互為備份，通過開關板能夠實現上、下和上加下三種模式的快速切換，具有高安全性。所有頻率共用一副6層4面的雙偶極子垂直極化天線陣列，使鐵塔承載負荷均衡，既消除了鐵塔受力不均和負荷過重的安全隱患，又提高了發射增益，使得覆蓋區域內場型更加均勻，也必將會改善收聽效果。

結束語：本項目為對原系統的升級改造，技術成熟、可靠，機房面積及鐵塔空間也滿足項目建設的要求。該項目新系統投入使用后，對貴州廣播電視臺調頻廣播覆蓋技術系統有重大意義：（1）消除小關發射臺因設備老舊引起的安全播出隱患，實現“三滿播出”，提高安全播出保障能力；（2）本次改造是西南地區功率最大，功能最全，監控手段最完善的7工器，改善貴陽市區收聽效果，擴大覆蓋區域，提高安全播出保障水平和覆蓋效果。（3）在“十四五”貴州廣播電視臺的“發射中心”項目規劃建設的期間中，增加遠程監控發射機需求充分發揮小關發射臺的重要作用，消除安全播出隱患，為“5G廣播”實施解決后顧之憂。