中波轉播臺信號源系統的搭建

盧培通

(廣東省饒平中波轉播臺,廣東 潮州 515700)

0 引言

為了使廣東江門中波轉播臺新建臺站順利播出使用,本文研究了江門中波轉播臺的新臺信號源系統搭建。該信號源系統根據臺站實際情況分為4個部分,分別為信號源路由部分、信號源柜部分、控制臺監聽部分、搭建系統測試。本文將對信號源系統搭建過程進行研究。

1 信號源路由部分

一般中波轉播臺站信號源種類有衛星信號、光纖信號、微波、FM信號等。此次新臺信號源系統搭建采用衛星信號,主用信號和備用信號分別為不同波段衛星。下面將對衛星信號的組成和安裝調試進行探討。

1.1 衛星信號的組成

衛星接收信號共有6B、6C、Ku波段3種衛星接收信號。其系統主要由4部分組成:拋物面天線、饋源、高頻頭、衛星接收機。

拋物面天線:其作用是將信號反射到拋物面焦點處的饋源上,然后再經過波導管傳給高頻頭[1]。拋物面天線分為正饋天線和偏饋天線2種,正饋天線用于C波段接收,偏饋天線用于Ku波段接收。接收天線口徑的大小與信號接收能力、信號質量呈正比例關系。

饋源是向拋物面天線提供電磁輻射的初級輻射源,其作用是將高頻電流或波導能量轉變成電磁輻射能量。饋源的主要功能是將天線收集的信號聚集送給高頻頭,饋源還起著選擇極化的功能。

饋源由波導管和波紋喇叭2部分組成,現在一體化高頻頭C頻段把高頻頭和波導管合在一起制造,Ku頻段一體化高頻頭體積較小,把饋源合在一起制造[2]。

高頻頭即低噪聲下變頻器(Low-Noise Block,LNB),一般分C波段用的C頭和偏饋使用的Ku頭。LNB上面接有探針,該探針會將接收到的衛星下行信號輸送給電路,通過電路對該信號的低噪聲放大和下變頻轉換之后,立即產生一個“第一中頻信號”(帶寬950～2 150 MHz),經過饋線的傳輸,將其送到衛星接收機進行數字解調處理。

衛星接收機的作用是將拋物面天線接收下來的衛星信號(C波段或Ku波段)進行處理。衛星信號經高頻頭進行放大變頻后產生中頻信號,送到接收機調諧和混頻電路進行處理轉換后產生第二中頻信號,再經過放大、QPSK解調后輸出數字碼流。數字碼流在信道中解碼后,再進行信源解碼,輸出音視頻信號和數據[3]。

1.2 衛星接收天線的安裝

安裝的選址中,除了要考慮雷達、高壓線有可能對天線產生的影響外,還要避開電信塔、微波塔等建筑物。此次根據臺站實際情況,將8個衛星接收天線(6個正饋天線,2個偏饋天線)按照定好的位置澆筑鋼筋水泥底座架。

天線主體結構的安裝步驟如下:將反射板固定于底座后,將饋源支架、固定盤安裝在反射板上,使兩者與調節桿、反射面、方位套筒連接起來,保持饋源與反射板上天線發射點的重合狀態,以順利接收增益信號,保證天線的使用性能;將組裝好的天線架設在天線座架上;把高頻頭緊固于饋源盤之上。

為了防止5G信號對接收衛星的干擾,在C波段的衛星接收天線高頻頭處加裝5G信號濾波器,確保接收信號不受5G信號干擾。

1.3 衛星接收信號的調試

此次調試采用的工具設備:量角器、直尺、吊垂線、對應波段的衛星接收機、帶有音視頻輸出的電視、F頭同軸電纜線等。

衛星接收天線和高頻頭組裝完成后,對衛星接收天線進行調試。衛星接收天線調試難點在于需要“對星”。測量出當前位置的經緯度數據,通過公式計算得出接收衛星的仰角和方位角。同時,值得注意的是,偏饋天線的仰角計算方法較正饋天線有所不同,可以用以下方法推算:偏饋天線的仰角=計算得到的仰角-偏饋天線的偏饋角。通過測量儀器初步定下衛星的仰角后固定(確定信號強度),再轉動天線,找準天線的方位角(確定信號質量)。每次轉動后需要時刻監測信號強度,轉動速度不宜過快,隨時停留觀察衛星接收機的信號狀態。通過細調讓高頻頭、衛星接收天線等天線部件實現整體的協調運行,使衛星接收效果達到最佳。

1.4 衛星接收信號的輸出

此次新臺播出節目共有4個,通過9個中波頻率播出,所以需要使用到功率分配器(以下簡稱“功分器”)將節目分配到對應頻率上。功分器主要作用是把1路輸入信號能量均分在2路以上。要注意的是,音頻信號通過功分器后會有損耗:二功分器的插入損耗一般為3.5 dB(如1個10 dB的音頻信號通過二功分器后會輸出兩個6.5 dB的音頻信號),三功分器的插入損耗一般為5.3 dB,四功分器的插入損耗一般為6.5 dB。功分器將音頻信號分配到信號源柜對應的衛星接收機中。

2 信號源柜部分

2.1 信號柜設備布置

此次新建臺站信號源柜共有4個,需對信號源柜內所有使用到的設備提前做好布置規劃。布置原則要滿足以下幾個要點:(1)機器自上往下排列,機器設備相互之間要至少間隔1U擋板,保證機器設備有足夠的散熱空間。(2)每個機柜放置的機器設備數量盡可能接近,保證整體美觀度。(3)將涉及播音的設備放置在同一個柜體,確保安全播出。

按照以上布置原則,對設備進行布置。一、二號柜為播出柜,主要布置設備為主備衛星信號接收機、1 kHz墊播信號和音頻切換器(共9個頻率,其中一號柜5個頻率,二號柜4個頻率);這2個柜通過音頻切換器實現了主備信號源、1 kHz墊播信號的切換,確保在一路信號源發生故障時,有另外2路信號源可以應急播出。三號柜為接收柜,主要布置設備為衛星接收機畫面顯示設備、多路調諧器和無音報警器。四號柜為監測柜,主要布置設備為調幅度檢測、示波器和音頻編碼器等慢錄系統設備。

2.2 信號柜設備布線

各種機器設備放置完成后,需要對信號柜進行布線。布線之前需要根據設備的走線路徑焊接對應長度的連接線,如卡農頭音頻線、蓮花頭音視頻線、F頭同軸電纜、BNC頭同軸電纜等。

卡農頭音頻線:音頻信號之間的傳輸是平衡傳輸。它是通過相位抵消的原理將音頻信號傳輸過程中所受的其他干擾降至最低。它通過并列的3根導線傳輸,分別為接地、熱端、冷端。此次布線過程中采用三芯卡農頭來作為輸入、輸出插件。卡農頭插件分為公頭和母頭,一般信號流出為公頭,信號流入為母頭。3個端口對應分別為1接地、2熱端、3冷端。

蓮花頭音視頻線:包括信號端與接地端兩個端子,常用于要求較低或近距離信號傳輸。此次將其用在衛星接收機視頻輸出口、音箱輸入口、音頻編碼器輸入口上。

同軸電纜:根據臺站實際情況采用Φ5和Φ7的同軸電纜線,F頭同軸電纜線用于功分器到衛星接收機的連接,BNC頭同軸電纜用于發射機天線倒換取樣。

信號源系統設備比較多,相互之間的連線也比較多,為了方便值機人員識別和維修,將輸入輸出信息標注在輸入輸出線抽頭上,以方便在整理維修時快速識別連接線的來路與去處。此次采用ABCD 4個數字來進行信息標注,其中A為臺站播出的各個頻率,按順序排序。B分1、2、3、4、5,分別表示主音頻信號、監聽音頻信號、射頻信號、網絡信號和控制信號。CD為正常的排序,所有信號流向為序號D從單數流向雙數。

布線時,機柜內由于設備連接線數量較多,安裝人員應盡量將各種連接線按作用類別加以分類,盡可能使其規范化,便于值機人員調整和維護。此次布線,對于每個頻率的同一類型線(例如主衛星接收機輸出到音頻切換器的線),統一走線方向,每條線拉緊對齊,提高整體美觀感。

2.3 信號柜搭建難點

信號源柜安裝難點在于臺站發射頻率多(共9個發射頻率);機器設備數量多;焊接的設備連接線數量多。連接線的焊接對安裝人員的技術要求較高,每條線焊接后需檢查焊點的牢固性、對應觸點的導通性等。只有確保每一條連接線測試合格,才能使搭建的信號源系統播音符合要求。所有柜體之間的跨柜連線,都通過增加接線柱使設備互通,4個柜體共使用了9條接線柱(每條接線柱有60個接線端子)。通過接線柱使跨柜設備互通可以保證每個柜體之間相互獨立,在未來臺站有升級改造的需求時,技術人員可以通過分離接線柱下端的接線端,使各個柜都可以獨立改造。

另外,放置于第三個信號柜內的調幅多路調諧器,需要外接接收天線。嘗試了多種線材和長度,例如音頻線的高密銅芯屏蔽層、單股粗銅線、多股銅線等等,但是接收效果都不盡如人意。最終,采用單股粗銅線制作了多圈環形天線。為了避免鐵材質的信號柜體對其屏蔽,將其走線穿孔放置于信號柜的柜頂。經測試,該種環形天線接收效果良好,符合要求。

3 控制臺監聽部分

搭建的控制臺向值機人員提供了應急開關操作功能和監聽監看功能。

3.1 應急開關部分

應急開關采用了三刀三檔切換開關代替了以往臺站常用的撥動開關,開關接線如圖1所示,流入應急開關的有3檔,分別為一檔信號源音頻信號、二檔空擋、三檔1 kHz墊播信號。為了提升美觀度和指示播出狀態,在面板上增加了藍紅黃3顆獨立的指示燈。藍色指示燈代表信號源音頻信號(正常播出狀態),紅色指示燈代表空擋,黃色指示燈代表1 KHz墊播信號(應急播出狀態)。

圖1 應急開關接線

3.2 音源監聽部分

獨立監聽分為信源監聽和播出監聽2部分,經過比較,最后決定使用獨立的帶指示燈的自鎖開關進行控制,接線如圖2所示。每個頻率分別使用2個開關獨立監聽信源信號(藍色指示燈)和播出信號(紅色指示燈)。該自鎖開關為六腳兩開兩閉,其中兩腳控制音頻線通斷,兩腳控制指示燈通斷。該自鎖開關通過12 V開關電源供電,同時使用了2U的擋板,每塊擋板上分布3個頻率的自鎖開關。為了保證呈現效果美觀,這對安裝人員在面板上的定位和鉆孔技術有極大的要求。完工后,整個控制臺呈現了非常美觀創新的效果。該種監聽模式較以往的使用循環監聽器手動監聽的方法,無論從接線方面還是安裝方面,都要相對復雜。但是其呈現的效果更加美觀,操作更加簡便。

圖2 信源監聽和播出監聽接線

3.3 音頻流向發射機部分

應急開關輸出的音頻信號經過控制臺上音頻分配器后一分為二,分別流入主備發射機。至此,控制臺初步實現了發射機的音頻輸入,并配備了一系列的主備信號切換、無音報警、監聽等功能。

4 搭建系統測試

三大部分分別搭建完成以后,要對其進行整體的上電測試工作。上電前,測試人員需要測試所有設備公共電源的零火線電阻值,防止安裝時個別設備電源接口短路造成設備燒毀。上電完成后,再分別對每部分功能進行測試,確保每一鏈路之間的連通。測試時準備了一套監聽檢測耳機(耳機阻抗應大于16 Ω),當出現音頻中斷故障時,可順著音頻信號鏈路逐級監聽信號,這種方法還可以檢測聲音小、失真等故障。現在的數字衛星接收機、音頻處理器以及信號切換裝置的輸出接口都是平衡式卡農插口,因此耳機插頭應使用卡農插頭。另外再配一副卡農子母連接線。測試音頻時,遇到聲音小、失真等情況時,還要采用示波器測試前后2個鏈路音頻信號電平的大小,通過前后電平值對比來判斷鏈路是否正常。

控制臺的獨立監聽功能在調試時出現了問題,在不按下自鎖開關的情況下,音箱始終會產生雜音。經過分析排查發現,音箱輸入音源為信源音源和播出音源,2個音源分別通過自鎖開關流入,為單音頻聲道。自鎖開關使用了紅色(熱端)的音頻線控制開斷,白色音頻線(冷端)始終處于連接狀態,沒有斷開。斷開白色音頻線(冷端)后,之前產生雜音的情況消失。經過分析,音箱產生雜音是由于音頻串擾所致。至此,故障解決。整個信號源系統實現正常播出,達到預期的效果。

5 結語

信號源系統直接關系到臺站轉播的效果。本文從無到有搭建了一個信號源系統,對信號源路由部分、信號源柜部分、控制臺監聽部分做了概述。今后中波臺站的發展,還需要堅持不懈地利用所學知識對臺站設備系統進行優化,朝建設高質量、高可靠性、高智能化臺站的方向努力。