多工器技術(shù)在廣播電視調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

張光利

（滕州市融媒體中心，山東 滕州 277500）

0 引言

新媒體環(huán)境下，我國(guó)廣播電視行業(yè)面臨發(fā)展的困境。廣播電視行業(yè)積極地進(jìn)行探索，以進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，從而保證自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力得到大幅度的提升。為了順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，跟上現(xiàn)代化建設(shè)的步伐，大多數(shù)廣播電視臺(tái)都認(rèn)識(shí)到無(wú)線調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)的重要性。多工器是廣播電視調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)的重要組成部分，多工器技術(shù)對(duì)無(wú)線調(diào)頻技術(shù)的應(yīng)用具有無(wú)可替代的作用。

1 多工器技術(shù)概述

多工器借助單套發(fā)射天線，能夠?qū)Χ鄠€(gè)頻點(diǎn)的信號(hào)進(jìn)行同時(shí)發(fā)送。與其他類似設(shè)備不同，多工器能夠?qū)Χ鄠€(gè)低強(qiáng)度的調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行整合處理，形成高強(qiáng)度的調(diào)頻信號(hào)。由此，多工器也被稱為多頻道合成器。根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，多工器分為寬帶型、星型、橋式以及混合型等多種類型，還可以按照輸入端口的數(shù)量進(jìn)行分類，主要分為多工器和雙工器。雙工器主要有星型和橋式兩種，是多工器的基礎(chǔ)組成。星型雙工器結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，價(jià)格相對(duì)低廉，還具備阻抗變換的特性。星型雙工器的優(yōu)點(diǎn)還表現(xiàn)在調(diào)頻過(guò)程中不會(huì)對(duì)其他濾波器的通頻帶產(chǎn)生影響，但是其缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯，即維修難度很高，并且頻率間隔比較大。相比較而言，橋式雙工器的成本要高于星型雙工器，其特點(diǎn)主要有輸入阻抗恒定、級(jí)聯(lián)擴(kuò)展較為容易等。

一般情況下，多工器多在城市廣播電視發(fā)射鐵塔空間位置不足的時(shí)候應(yīng)用。多工器對(duì)天饋系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，能夠最大限度地滿足多套調(diào)頻節(jié)目的播送需求，同時(shí)省去了購(gòu)置和架設(shè)多幅天線所需的成本，有效地降低了設(shè)備的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。多工器在應(yīng)用于發(fā)射系統(tǒng)前，要對(duì)相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，確定其質(zhì)量，保證其在實(shí)際運(yùn)用時(shí)的性能。

2 多工器的組成和工作原理

3 dB 耦合器、帶通濾波器、吸收電阻以及假負(fù)載是多工器的重要組成部分，各有不同的作用。3 dB 耦合器不僅能合成功率，還能進(jìn)行功率的分配；同軸諧振腔濾波器在帶通濾波器的使用頻率最高，因?yàn)槠渚哂休^好的阻帶特性。

多工器的工作原理如圖1 所示。星型雙工器由兩部分連接而成，即T 型三通濾波諧振腔以及兩個(gè)帶通濾波諧振腔（BPFf1、BPFf2）。每一個(gè)諧振腔都要按照一定的頻率工作，BPFf1 對(duì)應(yīng)的是F1、BPFf2 對(duì)應(yīng)的是F2。星型雙工器兩個(gè)輸入頻率之間應(yīng)保持一定的隔離度，應(yīng)至少相差4 MHz。

圖1 多工器的工作原理

橋式雙工器包括兩個(gè)3 dB 定向耦合器、4個(gè)諧振腔帶通濾波器、兩個(gè)等長(zhǎng)的同軸饋管以及50 Ω 吸收負(fù)載，一般采用固定式耦合窗實(shí)現(xiàn)腔體之間的耦合，在窗口尺寸合適的情況下，可以利用濾波器的濾波性能，達(dá)到整個(gè)調(diào)頻波段一致的目的。改變腔體內(nèi)導(dǎo)體的長(zhǎng)度，實(shí)質(zhì)上就是改變電容量，這樣能夠調(diào)節(jié)輸入/輸出的耦合環(huán)，進(jìn)而達(dá)到深層次濾波的目的。

3 多工器在調(diào)頻系統(tǒng)中使用時(shí)面臨的問(wèn)題

多工器在廣播電視調(diào)頻系統(tǒng)中使用時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題主要有失真和寄生輻射等。

3.1 失真現(xiàn)象

基于多工器本身的特性，通過(guò)拼接的方式結(jié)合在一起的多工器，不會(huì)對(duì)寬帶特性和信號(hào)的失真系數(shù)產(chǎn)生比較大的影響。當(dāng)雙工器的頻帶較窄時(shí)，會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的失真現(xiàn)象。數(shù)據(jù)和研究結(jié)果顯示，在星型多工器運(yùn)行的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)盡可能地將星型多工器的頻率差值保持在14.3 MHz，以防止產(chǎn)生失真問(wèn)題。

3.2 寄生輻射

由于多工器在具體工作的時(shí)候通常使用一副天線，因此可能產(chǎn)生寄生輻射問(wèn)題。當(dāng)多工器和發(fā)射機(jī)連接，一旦出現(xiàn)多工器向天饋系統(tǒng)饋電時(shí)連接不緊密的情況，就很有可能造成射頻泄露。在隔離度指標(biāo)無(wú)法達(dá)到正常標(biāo)準(zhǔn)的情況下，就很有可能由于交叉調(diào)制造成寄生輻射現(xiàn)象。為了盡可能地避免這種情況的出現(xiàn)，需要注重對(duì)多工器的調(diào)制。

4 多工器技術(shù)在廣播電視調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)中的具體應(yīng)用

多工器技術(shù)的使用不僅能夠有效地節(jié)約機(jī)房的空間、降低設(shè)備的成本投入，還能夠使廣播電視調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)的可靠性得到提升[4]。目前，多工器技術(shù)在廣播電視調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)中的使用十分廣泛，使用時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的關(guān)鍵點(diǎn)主要包括安裝、調(diào)試、運(yùn)行以及維護(hù)等方面，具體內(nèi)容如下。

4.1 多工器的安裝和調(diào)試

多工器的安裝和調(diào)試是廣播電視調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)。具體在安裝的時(shí)候，要注重多工器的安裝位置，挑選合理的多工器安裝位置，能夠有效地避免出現(xiàn)射頻信號(hào)減弱和安裝困難的情況。另外，應(yīng)注重饋管內(nèi)部連接芯質(zhì)量的可靠性，要求尺寸合理、連接緊密，確保其達(dá)到國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)多工器進(jìn)行調(diào)試，要注重系統(tǒng)總輸出和標(biāo)準(zhǔn)負(fù)載的對(duì)接，使其符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，并且還要檢查相關(guān)設(shè)備能否正常運(yùn)行。一旦多工器出現(xiàn)相關(guān)故障，就會(huì)導(dǎo)致使用成本增加。通常，在做好相應(yīng)的安裝工作后，需要進(jìn)行反復(fù)的調(diào)試，確保其可用性。調(diào)試的過(guò)程需要借助相關(guān)的設(shè)備，如網(wǎng)絡(luò)分析儀器、饋線以及標(biāo)準(zhǔn)抗阻元件等。其中，網(wǎng)絡(luò)分析儀能夠檢測(cè)反射特性和傳輸特性，反射特性指標(biāo)能夠很好地反映發(fā)射機(jī)的匹配程度，而傳輸特性則要考慮損耗率和隔離度等因素。對(duì)于調(diào)節(jié)某一個(gè)頻率的帶通與帶阻來(lái)說(shuō)，需要依靠頻率合成器中調(diào)節(jié)腔導(dǎo)體的長(zhǎng)度來(lái)完成。進(jìn)行長(zhǎng)度計(jì)算時(shí)，要保證諧振腔的諧振頻率和輸入頻率一致。調(diào)節(jié)帶通性能需要借助調(diào)節(jié)耦合環(huán)，改變耦合環(huán)的長(zhǎng)度，調(diào)整相關(guān)的帶通或者諧振，從而完成系統(tǒng)測(cè)試。

4.2 多工器的運(yùn)行和維護(hù)

多工器是提升廣播電視調(diào)頻系統(tǒng)運(yùn)行效果的關(guān)鍵設(shè)備。為了避免出現(xiàn)多工器故障帶來(lái)的負(fù)面影響，對(duì)其進(jìn)行維護(hù)是很有必要的。多工器的運(yùn)行維護(hù)主要包括三方面的內(nèi)容，即嚴(yán)格控制溫度條件、確保組件之間連接的緊密性和牢固性以及確保電阻值[5]。

多工器在運(yùn)行時(shí)，通常要保證其有一個(gè)比較寬敞的環(huán)境，提升多工器的散熱性能，能夠有效地避免出現(xiàn)腔體溫度過(guò)高，進(jìn)而影響實(shí)際運(yùn)行效果的情況。多工器的腔體外表溫度有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，在室溫的基礎(chǔ)上允許達(dá)到溫升30 ℃，一旦超過(guò)這個(gè)溫度范圍，多工器就可能出現(xiàn)故障。因此，必須保證多工器的運(yùn)行溫度處于正常狀態(tài)，對(duì)此需要設(shè)置相應(yīng)的機(jī)房通風(fēng)系統(tǒng)，嚴(yán)格控制機(jī)房的進(jìn)風(fēng)量和環(huán)境溫度。同時(shí)，相關(guān)人員還要注重對(duì)多工器的腔體溫度進(jìn)行測(cè)量，盡可能增加溫度測(cè)量次數(shù)，保證多工器一直在正常溫度下運(yùn)行。多工器在工作時(shí)，一旦環(huán)境溫度過(guò)高，就會(huì)引起運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生熱量，使得腔體的溫度升高。當(dāng)內(nèi)外導(dǎo)體出現(xiàn)熱應(yīng)力反應(yīng)時(shí)，就會(huì)引起等效電容參量和等效電感的變化，致使腔體工作的中心頻率發(fā)生偏移，導(dǎo)致多工器中的濾波器腔體內(nèi)部消耗的能量更多，這樣就會(huì)出現(xiàn)惡性循環(huán)。

其次，應(yīng)確保組件之間連接的緊密性和牢固性。多工器最常見(jiàn)的連接方式是同軸器連接。同軸器連接方式的運(yùn)用范圍相當(dāng)廣泛，如多工器、發(fā)射機(jī)和開(kāi)關(guān)板等。這種方式能夠保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和牢固性。同軸硬饋管、過(guò)渡器、彎頭和連接組件等元件組合在一起構(gòu)成同軸器件，能夠有效地規(guī)避各個(gè)接頭處出現(xiàn)溫度過(guò)高的情況，這也是保證廣播電視調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)能夠良好運(yùn)行的重要組成部分[6]。對(duì)于連接器件，應(yīng)當(dāng)做好清潔工作，特別要注意對(duì)同軸硬饋管的清潔。同軸硬饋管的內(nèi)部和外部導(dǎo)體應(yīng)當(dāng)處于同軸狀態(tài)，結(jié)合其直徑和長(zhǎng)度，保證饋管內(nèi)支撐的合理性。同軸硬饋管內(nèi)的導(dǎo)體和鏈接的插芯要保持松緊度恰到好處，需要定期派人檢查其數(shù)量和緊致程度，保證兩者之間緊密連接。

最后，確保電阻值。多工器在廣播電視調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)中應(yīng)用時(shí)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電阻燒壞的情況。造成這種情況的原因就是天饋系統(tǒng)的吸收電阻功率容量過(guò)小，引起隔離端功率增長(zhǎng)。當(dāng)這種狀況達(dá)到一定程度之后，就會(huì)使電阻損壞。為了避免此類問(wèn)題的發(fā)生，要對(duì)吸收電阻阻值進(jìn)行定期檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理異常情況。天饋系統(tǒng)失衡還有可能是因?yàn)槲针娮韫β实娜萘勘容^小[7]。吸收電阻功率的容量比較小的時(shí)候，有很大的幾率會(huì)導(dǎo)致多工器的隔離端的功率過(guò)大，進(jìn)而導(dǎo)致吸收電阻被燒壞。為了盡可能避免這種狀況，應(yīng)當(dāng)加大對(duì)吸收電阻阻值的檢查頻率。

除此之外，在對(duì)多工器進(jìn)行日常巡檢的過(guò)程中，還要對(duì)多工器的彎頭、鋼管的接頭和插芯等給予一定的關(guān)注。多工器設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行或者機(jī)房震動(dòng)，很可能會(huì)使這些地方出現(xiàn)松動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

多工器技術(shù)在廣播電視調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)中的應(yīng)用有很多作用，不僅可以提升信號(hào)傳播的速度，還能夠提升工作效率。相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)掌握多工器的基本原理，熟練地進(jìn)行多工器維護(hù)和管理，從而提升廣播電視發(fā)射系統(tǒng)的工作穩(wěn)定性。