广播电视调频发射系统中多工器技术的运用探究

杨英俊 黄祜璋 杨海霞

【摘要】我國在通信技术与电子技术领域内的科研成果不断突破与创新，推动了广播电视事业的发展。目前，广播电视事业正处于创新发展阶段，广播电视调频发射系统作为其中的一项关键技术，在广播电视行业的发展中有着十分重要的意义。针对调频发射系统而言，想要发送多个频率，就要使用多工器，多工器的最大特征是无须设置多个天馈系统，可在同一时间完成多频点传送。将多工器技术应用在广播电视调频发射系统中，能够大幅提升天馈系统的灵敏度，同时能够减少天线空间，节省设备成本。本文对广播电视调频发射系统中多工器技术的应用展开了探讨。

【关键词】广播电视；
调频发射系统；
多工器技术；
应用与维护

中图分类号：TN929                           文献标识码：A                            DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.12.004

在我国通信技术持续发展的背景下，广电部门针对设备管理提出了全新要求，为提升传统广播电视媒体在融媒体时代的竞争能力，就要对现有的广播电视调频系统进行优化与改进。多工器技术能够解决发射台中天线数量持续增多的问题，无须设置天馈系统，即可完成多频率共缆发射，与传统的广播发射系统相比，信号传输质量大幅提高，并减少了天线的使用量，节省了投资成本。多工器是一种无源器件，采取积木式的设计方法，可任意增加或减少输入线路，在安装中具有显著的便捷性。

1. 多工器技术概述

多工器技术指使用一套天馈系统，同时执行多个频点的发送任务。多工器与其他同类装置不同的地方在于，在多频点发送任务中，无须重复布置多个天馈系统。只要将各个天馈系统中的各通道信号接入一个控制器即可，这样不仅使天馈系统的结构得到简化，同时也节省了铁塔的占用空间，起到了控制成本的作用。多工器本身带有带通滤波器，在运行期间能够有效地隔离滤波，减弱因距离过近与天线互相发生的串扰。本质上，多工器技术最重要的功能是，使用若干相对较弱的调频信号，通过无源网络，输出相对较强的一组调频信号，再由多工器加工后，使各输入端口的数据信息不会受到外界干扰而减弱，并且会使信号强度得以提升，呈增长趋势，提升信号输出质量。因此，技术人员应发挥多工器的这一特性，将其运用于调频广播发射领域中。

2. 多工器技术在调频发射系统中的应用要点

2.1 多工器产生的寄生辐射

在使用多工器技术时，若未快速接入天馈系统，或连接频率低，常会发生发射频暴露现象。技术人员若是未能在第一时间发现这一问题，将会使系统内预设的隔离值达不到最终结果，由此导致调频发射系统内部出现交叉调制，产生相互影响，引起多工器寄生辐射。

2.2 多工器失真现象

在使用多工器时，若与其配套的电视宽带与广播信号的运行系数未同时增长，一般是由于多工器本身的接收频带弱，两载波器的间隔距离小而引起的，这种现象常常出现在某些频带较窄的星型多工器中。该问题的存在，一般都会使整个星型多工器发生失真问题。如果要想保证星型多工器的正常运行，就要重视新型星型多工器的调试和维修，这样才能确保星型多工器具有良好的传输性能。技术人员调试星型多工器时，运行频率间隔越大越好，最少在4MHz以上，此时就可以较好地达到信号互不干扰地输出，并且因功率损耗大，需要配置冷却系统进行冷却。

2.3 系统发生左右分离与串音

在使用多工器技术时，一旦内部的寄生辐射发生维修失误，落入与其关联的载波频内，将会导致整个广播电视调频发射系统产生串音，左、右音律将会出现变化。因此，工作人员必须要做好对于多工器运行状态的分析和检测工作，确保其能够稳定可靠地运行。技术人员需要每日核对多工器的运行数据，并结合实际情况采取相应的调整措施。

3. 调频多工器运行原理

调频多工器由一套星型双工器及桥式双工器组成，桥式双工器由两个3dB定向耦合器、四个谐振腔带通滤波器、2根等长同轴馈管50Ω吸收负载组成，谐振腔间通过固定耦合窗耦合，窗口尺寸维持最佳状态可使调频波段中的滤波器起到滤波效果，按顺序改变腔体内导体长度，即可穿越频段，该方法能够使滤波效果得到最大化的发挥。对腔体内导体的长度进行调整，本质上是改变它的电容量，调整输入输出耦合环，由此实现滤波。

星型双工器是由T型三通滤波谐振腔和两个带通滤波谐振腔（f1、f2）联接而成（图1）。为了实现高隔离性能，需要采用特殊结构的滤波器以达到良好的阻抗匹配效果，从而提高其整体工作稳定性。利用谐振腔按本身频点阻隔另外一个频点，因为L1、L2连线长度不一，可以使f1与f2在馈管的作用下输出而不发生干涉。当两频段同时工作时，会造成整个系统的谐振状态发生变化，从而引起耦合损耗增加甚至损坏元器件。所以应确保星型双工器两频率点间隔离度，f1到f2的频率要维持在4 MHz以上。

4. 多工器的调试

相对于发射机对于环境因素的复杂需求，多工器在使用中对于外界环境因素并没有过多的要求，但是在具体的实践中，也要结合发射机具体方位，确定最佳的多工器安装位置，选择合适的安装位置，能够提升安装调试操作的便捷性与有效性，这样就有效地避免削弱射频信号。同时也要确保多工器运行的稳定性和可靠性，为后期维护提供便利条件。在实践中，对多工器调试操作要严格把关，如针对馈管内的连接芯，在调试期间要严格执行国家标准，避免打火现象的发生。

当完成多工器的安装之后，要借助网络分析仪器来测试系统的传输特性及反射特性，可选用HP8753、HP875等仪器。在反射特性监测中，需要注意驻波比和发射机的反射频率成正比，驻波比越大，反射频率也越高，这样就能获取准确的发射机匹配数值。传输特性主要有以下几方面：每个输入口与总输出口之间的插入衰减值越大，损耗程度就越大，这会直接影响发射机的运行效率；
各输出口隔离度越差，各信号组间越有可能发生干扰问题；
各个输入端口和总输出阻抗之间的耦合系数，即各端耦合电容的大小及分布情况；
各输入口与吸收负载的间隔度指标偏差越高，越有可能造成负载失衡。

多工器的调试方式主要包含以下几方面：首先，将系统的总输出和标准负载进行对接试机，详细观察各发射机驻波比，如果驻波比处于正常区间，可将总输出转接至天线系统；
若天线系统各项指标均处于正常状态，此时可不进行调试，或者按顺序微调星型输入口。在采取微调操作时，通常是从各个部件开始，最后对系统进行重新调整。如果是单波束宽度输出的天线阵元，可直接将馈电线和辐射导线连接到一个小功率放大器上。具体步骤是，先对天线端口附近的桥进行调整；
然后调节桥后单元负载；
最后对第2组进行调整，按照这一流程逐步进行；
将调整后的桥式单元作为负荷，调节星型单元，最后，二次测定全部指标，如果检测出存在未达标准的指标，则要继续微调，重复若干次，直到测试达到标准要求。

5. 多工器在广播电视调频系统中的应用

5.1 控制多工器的外部温度

应用多工器时，需要注意多工器在正常运行状态下的温度一般会比外界温度高30°C左右，所以，技术人员可根据多工器附近的外界环境温度来判断多工器设备是否发生故障。在多工器的维修期间，需确保多工器四周具有充足的空间，为多工器提供良好的散热条件。当外界的温度过高时，多工器在工作时极易发生空腔内部温度升高的现象，在多工器内部、外导体间也会发生热应力效應，由此对多工器内部等效电容和电感等造成负面影响，同时腔体内的中心频率也随之改变，从而加大滤波器内耗用热能，减少设备使用期限。另外，如果外界环境温度较高或空气湿度较大，则可能导致多工器产生短路甚至烧毁现象。因此工作人员需要在多工器的作业场地保持良好的现场通风散热，并定期检测环境温度，保证多工器处于合适的运行环境中，提升多工器的运行效率，尽量减少或避免故障的发生。

5.2 确保各组件之间的联接紧密度

技术人员一般会使用同轴器联接多工器、发射机、开关板和其他主要部件，而联接同轴器的零件主要是过渡器，也有同轴硬馈管和其他零件。为了提高整个多工器整体性能和质量，必须要重视过渡段及导体联接问题的处理。技术人员在进行联接时，要对零件间的联接予以充分的重视，保证零件间的联接方式、连接部位精确无误，以此确保多工器联接完成后能够在系统运行时起到应有的效果。在这个过程中要注意以下几个方面的问题：一是技术人员每天在清理过程中，要着重清理联接装置与多工器，特别是同轴硬馈管和导体的联接部位，及时对装置表面灰尘进行清扫。此外，还要通过人工方法或者机械工具对同轴硬馈线进行清洁和保护；
二是要求技术人员将同轴硬馈管线内、外导体的联接保持在同轴工作状态，保证硬馈管线的长度和直径始终处于合理范围以内，以此来确保馈管发挥出稳定的支撑效果，奠定多工器内部运行的基础。同时，技术人员还要对多工器外部电缆进行严格的保护，防止外界因素导致多工器出现损坏情况，影响正常的供电；
三是技术人员对多工器内馈管导体和插芯处采取紧密度测试，定期检查喉箍数目和紧密性，以此确保多工器运行效率和设备安全，减少设备故障发生。

5.3 保持多工器的电阻值正常

在多工器的运行过程中，若是电阻功率吸收少，将导致天馈系统产生不均衡问题。这将对工作效率带来很大负面影响，隔离端的功率过大，吸收电阻被破坏，阻值增大，使多工器在不同端口上的阻抗亦不相同。为避免这一现象的发生，要定期检测多工器的电阻值，对天馈线温度值进行强化监控。另外，还要对天线进行定期检修和维护，防止因故障而影响信号接收质量，从而保证多工器的正常运行，保证广播电视节目优质转播。

6. 多工器的维护

一般认为多工器中的谐振元件和共振器是影响插入损耗大小的重要因素。当多工器接入线路后，其输出信号将传输到负载功率比与端口处电压。其中，阻抗和相位对插损起着非常重要的作用。造成插入损耗较大的原因主要有以下几方面：首先是因谐振腔材料、大小所致。对于多工器的多种选型，其中带通滤波器、陷波器两者应用最广泛，其共同之处在于，都是由同轴谐振腔构成。因为谐振腔具有良好的阻抗匹配性能，当信号经过，可通过谐振腔而发生谐振作用。并且，这个过程中反射的次数也是无规律、不统一的，通常在这一过程中发生的损耗和信号在经过时的损耗、成倍反射损耗，二者的和是一样的。信号经过时所引起的衰减，主要是由于谐振腔的材质与质量决定的。其衰减将会造成插入损耗差异。二是受耦合器的作用。通常使用的4端口、3分贝耦合器，其工作过程是从一端口输入信号，在耦合端口、直通端功率各进入一半功率，相位差90度。其余端口在理论上不存在输出信号，可将其视为隔离端。但在实际的运行中，两个输入端口上建立信道，无法实现毫无反射的情况，因此，两端口是有区别的。两端口所产生相位差，难以达到最佳的状态。这样就会有很多信号经过这个端口时发生泄漏。另外隔离端也无法做到无消耗，至少或出现一部分损耗，从而形成插入损耗，在维护中要采取相应的补偿处理。可在各端口安放微调电容进行调整。三是温度升高导致频率漂移。随着温度的增加，输出功率也是逐渐下降的，而且下降幅度非常大，这一问题也是由谐振腔引起的，功率通过谐振腔时，将转换部分能量与热量，这将使谐振腔体的温度升高。在热胀冷缩的原理下，很容易引起内、外导体在形状方面发生物理尺寸上的变化。同时，因为空气与金属之间存在着一定程度的热膨胀系数差，所以还会出现谐振峰向高频方向移动，从而使得腔体内部产生较大的温度梯度。在此过程中，等效电感值、等效电容值等，也会转换为震荡性频飘现象，这对设备运行是不利的。针对这一问题，在制定处理措施时，重点在于既要保证谐振腔的材质，也要在高温下，对机房采取有效的通风降温措施。

除此之外，在多工器的检修中，也要注意寄生辐射。寄生辐射的形成原因是多工器正在运行过程中，通常使用一对天线，在连接到发射机后，一旦产生泄漏，将会由于隔离高度达不到标准，由于交扰调制，形成寄生辐射。在这种情况下，不仅影响了发射机正常发射，而且还严重干扰了其他设备，所以必须及时进行处理，以减少或者避免这种情况出现，可使用带通滤波器有效解决这一问题。

7. 结束语

伴随着通信技术与电子技术的持续发展，广播电视行业中的技术与设备也在不断更新换代，在广播电视事业的创新改革阶段，无线调频技术是一项重要的研究内容。多工器是无线调频技术中的关键设备，应用多工器能够实现多频道同时传输，选择合适的多工器能够提升发射机的覆盖效果，提升工作效率。在多工器技术的应用中，技术要求相对简单，工作人员只需做好多工器外部温度的控制、加强组件之间的连接紧密性以及保证多工器内电阻值正常，即可实现多工器的正常运转。合理应用多工器技术，能够节省大量的线路空间，减少运营与维护成本投入，提升广播电视行业的服务质量。

参考文献：

[1]曹小山.多工器技术在调频广播发射系统中的应用研究[J].西部广播电视，2022，43（14）：229-231.

[2]张光利.多工器技术在广播电视调频发射系统中的应用研究[J].电视技术，2021，45（11）：100-102.

[3]吴梦滢.多工器技术在广播电视调频发射系统中的运用[J].电声技术，2021，45（11）：68-71.

[4]梁东.广播电视调频发射系统中多工器技术的运用[J].西部广播电视，2021，42（17）：234-236.

[5]杨克贵，卞国荣，王轶冬.电视CH4频道与调频频段合成无线发射的技术方案设计[J].广播与电视技术，2020，47（07）：122-125.

[6]郭令鹤.探究多工器在调频广播发射系统中的应用及维护[J].电子元器件与信息技术，2020，4（05）：68-69.

[7]周礼坤，韦继德.基于调频多工系统的发射台改造设计与工程实践[J].广播电视信息，2020（04）：82-86.

[8]禹金华.多工器在广播电视发射系统中的运用及故障处理[J].电子世界，2019（01）：167，169.

猜你喜欢广播电视探讨光纤通信在广播电视系统中的应用电子制作(2019年12期)2019-07-16周六广播电视北京广播电视报(2017年25期)2018-02-23周五广播电视北京广播电视报(2017年25期)2018-02-23周一广播电视报北京广播电视报(2016年15期)2016-10-19周二广播电视北京广播电视报(2016年15期)2016-10-19周四广播电视北京广播电视报(2016年15期)2016-10-19周六广播电视北京广播电视报(2016年15期)2016-10-19周日广播电视北京广播电视报(2016年15期)2016-10-19周五广播电视北京广播电视报(2016年15期)2016-10-19周三广播电视北京广播电视报(2016年15期)2016-10-19