調頻發射機天饋系統調試

宋 卓

（吉安八四一臺，江西 吉安 343000）

0 引 言

很多司機開車時，經常會通過收音機收聽調頻廣播。一般調頻廣播的音質與信號都比較好，抗干擾能力強。調頻廣播節目中可能有多個頻率來自同一個調頻廣播發射臺，調頻廣播要求信號強度高，覆蓋面積廣，這就需要將調頻天線架高，同時要求發射機的發射功率要大[1]。如果每個頻率的發射機都配備一個鐵塔作為天線，一座鐵塔的建設成本上百萬，將使造價成本變得非常昂貴。為節省資金，各個站臺都采用先進的多頻共塔技術，利用一座鐵塔便可架設多個發射機的天線，同樣可以很好地將廣播信號輻射出去。實現多頻共塔，需要用到多工器，將多工器通過饋管連接到發射機，再將饋線一端連接到多工器的輸出端，另外一端連接到鐵塔，將鐵塔作為發射機的天線。鐵塔建設完成后，饋線與鐵塔的參數就不再發生變化，在不同頻率下，其阻抗是不一樣的[2]。此時多工器就起著阻抗變換的作用。通過調節多工器，可使發射機與鐵塔天線之間的阻抗實現匹配，從而能夠降低反射功率，提高發射機的效率。

1 調頻發射機與射頻網絡結構

吉安八四一臺目前有4個調頻廣播，頻率分別為92.9 MHz，95.1 MHz，98.8 MHz，106.1 MHz。這幾個調頻廣播發射機天線都是共用同一座調頻鐵塔以及一根饋線，每個發射機都需要配備一個多工器與天線阻抗進行匹配。多工器在此不僅實現天線阻抗匹配的功能，同時還用作阻塞其他發射機頻率信號。每個多工器都是通過串聯的方式連接到饋線再到天線鐵塔，調頻發射機與其射頻網絡整體結構如圖1所示。

圖1 調頻發射機與射頻網絡結構框圖

2 雙工器種類與內部結構原理

多工器實質是由多個雙工器串聯而成。如今市場上主流的雙工器主要有兩種，分別為星型雙工器和橋式雙工器[3]。

星型雙工器內部有2個帶通濾波器，利用1/4射頻線纜連接在一起，接到饋線上。假設兩個帶通濾波器對應的頻率分別為f1和f2。針對f1帶通濾波器，其對頻率f1表現為低阻抗，衰減很小，而針對f2頻率，則表現為高阻抗，衰減很大。這兩個頻率都通過1/4波長的射頻線纜接到一起。盡管帶通濾波器具有很強的隔離效果，1/4波長的射頻線對其他頻率的信號也呈高阻效果[4]，但這種雙工器的隔離效果還不是很理想。一旦兩個頻率信號之間跨度不是很大，雙工器的隔離效果將會很差，因此一般要求兩頻率之間的間隔大于4 MHz。雖然該雙工器的隔離效果不是很好，但是其價格比較便宜，因此，在實際使用中，需要根據調頻廣播頻率的實際情況購買。

橋式雙工器內部有兩個帶通濾波器和兩個定向耦合器D1與D2。每個定向耦合器具有3 dB以上的隔離效果。其內部結構框圖如圖2所示。

圖2 橋式雙工器結構圖

橋式雙工器中，濾波器B1和B2都是針對頻率f1具有低阻抗，對于f2具有高阻抗。假設f1輸入的射頻信號功率強度為P，那么通過定向耦合器D1后，在3，4腳上便會有功率為P/2的射頻信號輸出，到達D2后，7，8腳上的P/2功率全部送往6端口，而6端口是接天線的，因此f1的信號幾乎沒有損耗就直接傳送到鐵塔天線上去了。而合成器的7，8腳功率輸出到5端口時，其相位剛好相差180度，相互抵消，因此D2的5端口沒有信號輸出。在該雙工器上，當f1輸入后，6腳輸出f1+f2波形，5腳則輸出0。當f2輸入一個頻率的信號后，該頻率會作用到D2的7，8腳上，但是由于濾波器B1和B2對f2是全反射，因此，D1的1腳沒有f2的信號輸出，由于受濾波器B1和B2全反射作用，將f2的信號全部反射到D2的6腳，再利用天線發射出去，因此，如果f1和f2都有信號輸入，該橋式雙工器外接天線端就有f1+f2信號輸出。橋式雙工器正是因為有帶通濾波器和定性耦合器的作用，使得它具有非常高的隔離度，即使f1與f2兩個頻率靠得非常近，相差800 kHz時，其隔離度衰減也能達到40 dB。在實際應用中一般要求兩個頻率間隔大于1 MHz[5]。

3 發射機與多工器連接與調試

由于吉安八四一臺的調頻廣播頻率比較接近且小于4 MHz，因此選擇橋式多工器與發射機進行連接。橋式雙工器的隔離度高，而吉安八四一臺有4個頻率的調頻廣播，因此只需要使用三個橋式雙工 器，將發射 機106.1 MHz、98.8 MHz、92.9 MHz分別接到1，2，3三個雙工器的輸入端，新增加的95.1 MHz發射機接到3號雙工器剩余的射頻接口，將1號雙工器輸出端接到鐵塔天線，這樣便完成了發射機射頻網絡的連接。具體連接如圖3所示。

圖3 各調頻發射機射頻網絡連接示意圖

發射機出廠后，廠家已經對其射頻輸出網絡進行了調試，已經調試成標準的50 Ω，而射頻饋線阻抗也是50 Ω，因此，只需要對多工器到鐵塔天線端進行阻抗匹配即可。需要利用網絡分析儀，將中心頻率設置為95.1 MHz，帶寬設置成2 MHz，調節3號雙工器上面的調諧旋鈕，使其在95.1 MHz頻率時的阻抗實部為50 Ω，虛部為0。通過調節，3號多工器對于95.1 MHz頻率的阻抗在49.63+j3.82 Ω，具體如圖4所示。

圖4 斯密特圓圖95.1 MHz阻抗顯示

在斯密斯圓圖上完成了50 Ω阻抗調節后，再到網絡分析儀上，將其切換為駐波比顯示。可以看到，在95.1 MHz，駐波比顯示為1.084 9，接近1，而且呈現帶通圖形，帶寬比較窄，效果比較好。具體駐波比顯示如圖5所示。

圖5 駐波比顯示圖

完成3號雙工器的阻抗調試之后，利用饋管將95.1 MHz發射機與3號多工器連接。完成連接后，開啟95.1 MHz發射機，將其功率慢慢提升，查看反射功率。當功率開滿3 kW后，反射功率為5 W，說明阻抗匹配得較好。通過收音機接聽95.1 MHz廣播信號，音頻質量較好。95.1 MHz發射機與多工器的實物連接如圖6所示。

圖6 橋式多工器串聯實現多頻共塔

4 結 語

多個頻率的調頻發射機之間都是采用多頻共塔原理，利用多工器作為阻抗變換器連接到鐵塔天線。多工器實際就是由多個雙工器串聯而成。在選擇雙工器時，可根據各發射臺所擁有的廣播頻率的實際情況進行擇優選擇。如果各調頻發射機頻率間距遠大于4 MHz，可選擇星型雙工器，它可以在保證各頻率廣播質量的前提下，節省成本；如果各調頻發射機頻率靠得比較近，則可選擇橋式雙工器，雖然成本高，但隔離度好，能保證各頻率廣播之間不會串擾。