多工器技術在調頻廣播發射系統中的應用研究

曹小山

（作者單位：貴州廣播電視臺）

多工器是調頻廣播發射系統中的組成部分，調頻廣播需要將發射系統作為傳播通道，將信號傳遞到廣播接收器中。多工器技術使信號傳輸的過程更加便捷，同時可以提高信號的傳播強度，現階段已經被廣泛應用在調頻廣播發射系統中。調頻廣播系統通常情況下會在同一個時間使用相同的波段頻率發出數量較多的信號，為了使這些信號在傳播的過程中不受干擾，需要使用多工器將不同的信號轉變成互不干擾的信號組，之后再使用一個發射設備進行信號傳遞，可以將發射天線的天饋系統簡化，有效降低調頻發射系統的運行成本，此外，也能減少鐵塔的占地空間。因此，多工器技術已經在調頻廣播系統中被廣泛運用。

1 多工器概述

1.1 多工器的主要構造和原理

多工器屬于使用單套前探饋系統進行多頻點發送的無緣裝置，能夠利用無源網絡把原來質量相對偏低的調制頻譜信息，融合為一個質量更高的調制頻譜信息，而其中的“工”指的是組合后的頻譜。調頻多工器可以分為橋式雙工器和星形雙工器。其中橋式雙工器可以被劃分為4個諧振腔帶通濾波器，2個3 dB定向耦合裝置，2個直徑相等的同軸饋管和50 Q的吸收負載。事實上，光通過濾波器時并不能夠把所有的信息全部反射回去，會產生一些光信號記錄通過的情況，但在定向耦合器的其中一端合成時，被光吸引的物質并不會進入端口一，對信號造成串擾。而星形雙工器則分為T型三通濾波諧振腔和幾個帶通濾波諧振腔，在現實工作中，為了通過自身的高頻點，諧振腔必須能阻攔另外的頻率，而連接線直徑的差異，使幾種帶通濾波諧振腔都能夠在互不影響的前提下，直接通過饋管輸出。在這個狀態下，兩個諧振腔間的頻率差必須達到4 MHz以上。星型雙工器的構造比較簡單且成本也低，主要用于頻率傳輸中改變阻抗，從而迅速地進行信號傳輸。星型雙工器件在調頻過程中并不影響其他濾波器的通頻帶。但是，劣勢是合成頻道數量較小、頻率間隔大、調整維修困難。

其次，將多工器按其輸入輸出終端數量還可分成雙工或多工。雙工器是指同時具有三個終端的無源器件，它具有兩個輸入終端和一組輸出終端。兩種不同頻段的信號可以從同一輸入終端進入，并無損失地在輸入輸出終端之間重疊為一路寬帶信號。如果幾種輸入與輸出終端之間相互隔絕，其隔離度應達到30 dB以上，從而避免了幾種信息彼此影響，讓信息相互調制。多工器是多接口元件，有N個輸入終端和一組輸出終端。N個輸入端中的每個終端和輸入、輸出端間的接入損失均應最小。多工器可以將N個信息無損組成同一路信息。對調頻廣播來說，雙極化天線的總寬度基本能夠滿足87～108 MHz全頻段的需求，而針對各種類型的調頻工作頻率，可采用各種補償方式使其駐波比符合所規定的技術指數。

1.2 多工器技術概念

信息技術和無線光纖技術發展迅猛，被多個行業吸納進來加以應用。同時，民眾生活水平愈來愈高，其已開始追求高品位的生活。因此廣播電視臺就需要與時俱進，不斷地滿足民眾的生活需要，進一步充實廣播頻道內容，優化廣播電視臺的管理手段。將多工器技術運用到無線調頻中，可以使無線發射更加簡便。多工器又稱為多頻道合成器，是指連接于電臺的發射器和寬頻帶天線設備之中，完成多頻共塔發射必不可少的裝置。調頻多工器系統能在同一個時間段內同時傳輸多個頻率的電子元件，調頻多工器系統和其他控制系統最主要的不同之處是，其他控制系統只有采用多個反饋系統才可以做到信號的同步傳送，多工器技術可以對各種頻段的信息進行綜合處理，處理過程中能夠避免不同信號相互干擾。

1.3 多工器特性

多工器在使用過程中具備以下幾個特性：第一，能夠減少鐵塔的負荷，使鐵塔實現最佳效益；第二，能夠減少控制、配備維護技術人員的操作量，大幅減少人工操作費用，節約成本；第三，將多工器布設于幾臺發射器和寬頻帶的天線接收中間，由于所占地點相對隱秘，不但能避免雨淋，還能夠減少由于暴雨沖刷所引起的侵蝕和損壞，因此不易出現問題，而且操作維護相對簡單；第四，多工器可以提升電臺的發送效率，促進頻段延伸，提高調頻發射系統的性價比。

1.4 多工器安裝注意事項

在裝配多工器時必須充分考慮到實際狀況，科學合理地布置多工器的部位，在實現美觀大方的視覺效果的時候，還要對多工器加以維護，避免因外部環境而對多工器造成損壞。在裝配多工器時必須充分考慮到日后的調試與保養，硬饋連接不能過長，且硬饋內的連接芯與國標件必須相同。不同連接件間的結合并沒有十分嚴密和堅固，調頻設備在日后的運行過程中很容易摩擦發熱和損壞，從而導致設備的機械損傷[1]。

2 多工器技術在廣播電視調頻發射系統中的應用

2.1 應用規劃

第一，處理緊急廣播生成內容的過程中，為高效完成緊急廣播管理任務，政府部門應該加大關注力度，推進制組播控相關的管理工作，利用多工器調制頻率廣播發射系統。內容源尋找應從電臺的直錄方向和播間方向出發，將播出管理工作常態化。制作播控流程中，相關管理人員需重視緊急規避風險常識和普及，以便遇到不可抗因素引發事故后，第一時間介入緊急辦公、應急廣播等的重要內容源，同時，利用聲音切換器將對應信息完成轉換處理，結合實際情況合理設定緊急管理預案，暢通全控制系統運轉流程。應急辦公室是全國的緊急廣播中心聯網管理中心，以保證全國各緊急廣播系統在突發事故后第一時間被啟用。

第二，在調度傳送工作中，可將直播間產生的視頻信息壓縮成TS碼流，再利用光纜將其接入衛星發射地球站。對應的衛星站接收到碼流后，高速完成編碼處理任務，將數據信號進行壓縮轉換，并打包傳輸流完成格式變換后發送至微型轉發器裝置。微型轉發器裝置具備信息轉換功能，可以將信息的頻次進行差異性轉換，即為C波段或者Ku頻段，與之對應的衛星信息系統能完成備份，保證在發生事故后能安全傳送[2]。

第三，為開展調頻發射的管理工作，遠程調頻臺站在使用衛星接收天線和接收機裝置的過程，需要直接接收廣播衛星信息，設置緊急廣播信號源，將其介入國家級緊急廣播系統。出現不可控事件后，也可以與播出命令、校驗碼配合，通過聲音切換技術實現與衛星信號接收器的轉換，作為緊急播出的信號接收機。當播出完畢之后，再自動化轉換到一般的微型信號接收機。應用多工器進行廣播調頻發射控制系統的整個過程中，可利用GPS標準頻率發射器裝置、數字調頻儀裝置等完成數據處理，從而有效實現信息的統一調制，全面提升廣播事業的效益。

第四，對調頻接收裝置也一定要設置系統化的接收程序。可以利用手機與移動終端、手持裝置等設備實現調頻模塊的遙控，在區域范圍內全面接收廣播信息。在人數相對密集的地方，還可設置LED顯示屏，并引入多媒體的操控方法。偏遠地區則安裝無線接收揚聲器，便于播出相關的廣播內容。

2.2 應用歷史

中國第一個成功應用無線數據系統（Radio Data System，RDS）的是廣東人民無線電臺，利用RDS技術開展了廣播傳呼業務。美國于1993年1月正式通過了與RDS兼容的無線廣播數據系統（Radio Broadcast Data System，RBDS）技術標準，該技術標準還充分考慮了使未采用RDS的中波無線電臺和調頻臺有限度的RDS能力和與全球定位網絡融合。我國也根據區域發展特性，研制了將輔助通訊授權（Subsidiary Communications Authorization，SCA）和RDS的廣播電文、廣播尋呼功能結合的雙副載波制。日本于1993年5月通過了一種系統標準，定名為數據廣播信道（DARC）控制系統，它的明顯優勢是數字率高，且誤碼糾正能力強。總而言之，多工器調頻技術是一種很有發展前途的技術。使用這種技術時，除需要在發送端安裝少量的裝置（通常稱為編碼器）之外，還需要在接收端安裝相應的解碼器。

2.3 具體應用

首先，在設備安裝過程中，需要保證外部連接芯和設備中的連接芯型號大小與規格是一致的，盡量避免由于元件之間的型號差異影響多工器的正常使用。在安裝的過程中，安裝人員應該嚴格按照流程進行，同時保證安裝的位置和方式準確無誤。其次，在安裝結束之后需要對多工器進行反復的調試，保證該設備可以正常運作。對頻率和帶通進行調節，也需要對頻率的合成器進行同步調整，調整多工器內部的導體長度，進而對多工器設備展開測試。在各個頻率點輸入端連接分析儀輸入端，做好調頻發射系統的準備工作之后，可將其連接到天饋系統中進行測試。如果運行與實際要求并不相符，就需要進行故障分析，對可能出現的故障原因逐一排除，如果運行的結果符合要求則設備安裝成功。

3 實際應用維護措施

3.1 運用多工器應注意的問題

多工器在運行過程中會由于本身零部件和外界各種因素的影響而出現大量損耗，因此技術人員必須加強對多工器的管理，在運用多工器的過程中注意對周圍環境的溫度控制，這是由于溫度升高可能會導致頻漂出現，并因此增大插入損失。由于周圍環境溫度過高而導致的相互耦合器件內等效電容值和外等效電感值變化，從而引起高頻漂移和內部功耗。因此，工作人員要適時地對多工器進行減熱管理，并做好日常保護，以增加多工器的使用壽命，增強廣播調制頻率發射系統的功能性與穩定性，以推動廣電行業的健康有序發展。

隨著多工器技術的大規模使用，工作室內彎頭和接口逐漸增多，因此應該隨時關注其工作溫度有無異常，顏色有沒有突然改變，還要觀察吸收負載的溫度狀況，并定期進行表面清洗保養，確保多工器處在正常運轉狀態[3]。

3.2 維護注意事項

維護多工器時應關注寄生輻射，寄生輻射是電氣裝置發出的不該有的電磁發射，會產生射頻輻射干擾，影響機器的正常運行。其形成的原因有多種，主要是因為在接觸發射的時候發生了泄露，從而導致隔離距離變短，出現交擾調制。因此，在對多工器進行維護時應當注意寄生輻射狀況，要想減少泄露量，就要利用帶通濾波器[4]。在一般狀況下，器械在應用過程中不免會出現損耗，損耗量對器械的使用時間有非常大的影響，因此應當注意多工器維護中的插入損耗。通常情況下，出現不正常損耗有以下幾種原因：其一，由于材料的問題和諧振器質量問題，信號在經過的對等點中不斷減弱，導致不同的插入消耗；其二，是耦合器導致的損耗；其三，是溫度升高產生頻漂情況[5]。

3.3 多工器的調試與維護

多工器是發射系統的公共部分，工作狀態會影響到播出節目的質量。運行狀態不佳還會加速器件的磨損和老化。因此在平時的維護過程當中，更應該嚴謹認真，實時觀察，一旦發現問題就應該立即處理，盡量減少安全隱患，延長多功器的使用壽命。具體調試維護過程有以下幾點：首先，要定期檢測電流大小是否誤差太大，是否出現數值錯誤，還要隨時關注其能接受的最大功率容量，能夠接受的電阻功率，其只有大于窄帶輸入功率才可以避免出現一些不必要的問題。其次，在巡查時要做好防護，然后再用手觸摸感受更多表面溫度。如果感受到了溫度過高的部位或者出現了異常升溫低溫的現象，則可以推斷一般是部件接觸不良或者松動而導致的。在發生這些狀況時需要先報備，然后再進行統一的檢查，檢測部件問題。如果是零件連接出現的異常升溫，一般的解決方案就是拆開重裝。只要能保證其連接成功，該部件就可以繼續使用。最后，機房環境溫度要保持恒定溫度，干燥通風。不能讓其溫度過高或者潮濕，避免零部件因為受潮加速老化。此外，多工器的調試所用儀器設備有網絡分析儀、標阻和相關連接線。調試過程需要注意機械室安放部位要合理，既有美觀大方也要考慮日后維修、調試方便。硬饋、插芯的規格型號與國家標準一樣，但各個型號聯接件間距要小。小功率合成器對某一頻段的帶通，經過調控諧振腔的內導線長來調控腔體諧振頻段和輸入頻段，使其保持一致。總體來說，諧振腔的帶通和諧振特點曲線都能夠利用內導線長和協調耦合環來完成調控，直到滿足整個控制系統的指標。

4 結語

本文從多工器的技術概念、特征、調控、基本結構與組成等入手，探究了多工器技術在調頻廣播發射系統中的應用方法。總體來說，工作人員只有熟悉多工器的原理，能夠更早了解到多工器的用處，才能有計劃、有目的地做好維護工作，保證多工器正常運行，確保廣播節目安全播出。