多工器和N+1系统在调频广播发射中的应用

刘兴

【摘要】本文介绍了荆门广播电视台发射台发射5套调频节目，根据自身工作需要，把省发射台站替换下的多工器进行拆装、维护、改频、调试，完成和调频发射机系统对接，又利用N+1智能播出系统，实现“不间断、高质量、既经济、又安全”的12字指导方针，确保播出质量和播出安全。

【关键词】多工器;调频发射机;N+1系统;同轴开关

中图分类号：TN929                    文献标识码：A                    DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.22.029

随着我国广播电视事业的发展，特别是调频广播在近几年，应用范围和接收群体的增加，各级广播电视台都在增设调频频率，满足老百姓的收听广播需求。调频发射机就是把制作的节目信号，通过调频频率，从天线发射出去，老百姓用接收终端接收，就可以收听到丰富多彩的节目。无线发射，覆盖范围大，但节目多，发射天线也越多，频率间干扰也多，同时广播电视发射塔上空间资源非常有限，为解决发射塔空间资源不足的现状，现采用多工器系统来解决，即多套调频广播发射系统使用多工器，通过一副宽频带调频天线来发射，这样既可以解决发射塔空间资源不足的现状，又可以最大限度地避免因多台调频广播发射机多频率互相调制，产生干扰其它民航通讯的谐波。

1. 多工器的概念和工作原理

使不同频道的多部发射机用同一副宽频道天线，同时互不干扰的发射各自的节目的技术设备，称为多工器，调频多工器主要用的是星型双工器和桥式双工器。

1.1 星型式双工器

星型双工器，有两个带通滤波器（BPF）和一个星型分支电路组成，如图1

工作时，频率f1首先通过f1带通滤波器，带通滤波器，对该频率呈现低阻，而对频率f2呈现高阻，反之f2带通滤波器对f1也呈现相同的特性，电波经过1/4波长的合成电缆和合成电路后，由于1/4波长是针对某一个特定频率的，因此对于另外的其他频率呈现高阻使其不能通过，所以，在天线端得到两个的合成信号。

星型式双工器结构简单，但使用时发射机的频率间隔需大于4MHz以上，才能保证良好的隔离度，否则会因为隔离度太低，两频点产生互调，降低广播播出质量。

1.2 滤波式双工器

滤波式双工器，又称桥式双工器，由两个3DB定向耦合器，两个带通滤波器和一个吸收负载R以及长度相等的同轴馈管组成，如图2。

3DB耦合器A的射频信号f1从1端输入，在2端和3端形成功率各一半的输出信号，其中2端和1端同相位，3端相位比1滞后90度，两路信号通过两个f1带通滤波器，由于这两个f1带通滤波器对信号f1呈现低阻抗，分别到达3DB耦合器的B的2端和3端，由于3端和4端同相位，4端滞后2端90度，对于f1的两路信号，耦合器的B的2端正好同相位合成，而在耦合器的B的1端已经延时90度的3端功率经过B耦合器后，再延时90度，共计延时180度，由2端过来的未延时的f1信号就正好反相抵消，因此在1端没有输出。

射频信号f2由3DB耦合器B的1端输入，在2端有与1端同相位一半功率的f2信号，在3端有滞后于1端90度相位的一半功率的f2信号，由于两个f1带通滤波器对f2信号呈高阻特性，两路信号都被反射回2端和3端，而3端4端同相位，滞后于2端90度，所以信号f2在4端合成，于是在耦合器B的4端，f1和f2被合成传输到天线。

实际工作中，两个f1带通滤波器并不能完全对f2全反射，会有一定的信号泄露到A的2、3端，在4端相加而被吸收电阻吸收，而不会串扰到端口1，对f1信号造成串扰。由于滤波器的原因，耦合器A输入端1只能输入射频信号f1，因此被称作窄带输入端，而耦合器B单输入端1可以输入除了f1以外的任何频率，称为宽带输入端。

調频多工器是在双工器的基础上发展起来的，通过双工器组合，用硬馈把双工器宽带口联接而成，我台5功器就是用1台星型双工器和3台桥式双工器联接而成。

1.3 多工器指标及要求

反射特性，各输入端口的反射损耗，即电压驻波比要求输入端的反射损耗优于26DB级，电压驻波比小于1.1。

各输入端口到总输出端口的插入损耗，要求插入损耗小于0.4DB。

各输入端口之间的隔离度，要求隔离度优于30DB。

多工器的调整方法是先调整各个部件，然后联接调整多工器，从后往前，即先调整靠近输出端的那一组，最后调整整个多工器系统，测试技术指标，直到符合要求。

1.4 多工器调试

星型双工器的调整步骤：将两个调整好的带通滤波器，用硬馈连接好，将分析仪射频输出接到f1的滤波器的输入端，射频输入接到输出的输出，f2滤波器腔输入端接标阻，反复进行调整，使插入损耗和反射损耗达到最佳，然后将射频输出接至f2滤波器的输入端，f1输入端接标阻，同样反复调，使其达到要求，调整好后，射频输出端接f1滤波器的输入端，射频输入接f2的滤波器的输入端，可以测出f1、f2的隔离。

桥式双工期的调整步骤：首先作分析仪测量反射特性和传输特性，调整谐振腔内导体长度，改变谐振频率，调整耦合环，改变通带特性，反复调整，直到满足指标为止，反射损耗优于26DB，插入损耗小于0.4DB，将调整好的两个3DB耦合器和两组滤波器联接好，联好后，用分析仪的射频输出端接窄带输入口，射频输入端接输出端口，宽带输入口和吸收负载端接标阻，两组腔体兼顾调整，使反射损耗和插入损耗达到最佳。然后，将射频输入端接至吸收负载处，测量输入信号在吸收负载端的隔离度，最后将射频输入端接至宽带输入口，测量窄带输入口和宽带输入口之间的隔离度，由于桥式双控器有3DB耦合器和带通滤波器，两信号间隔隔离度较高，一般可以达40DB以上，调整过程要反复进行，直到所有指标都符合要求。

2. N+1播出控制系统

就是N部发射机共用一部備用发射机作备份机，利用计算机技术实现一系列自动倒机控制的发射机自动化播出系统。相比以往一主一备的播出模式，采用N+1播出控制系统能够最大限度的提高发射机的使用效率，节约场地空间，有极高的经济效益和社会效益。

我台技术人员根据机房的实际需求和设备厂家，配合同方吉兆发射机厂家自行设计和开发研制了一套调频5+1播出控制系统。主用发射机五部，备份发射机一部，每部主用机上装有同轴开关，同轴开关是一种通过机械动作，切换和传输大功率射频信号的元器件。同轴开关可将调频信号进行切换，可进入多工器通过天线发射出去，也可把信号切换进入假负载。每部主用机上装有同轴开关，当主用发射机发生故障时，该系统会按照设置好的操作步骤，关掉故障机，自动切换同轴开关，把备份发射机的频率自动设置好，同时切换好备机的信号源，最终自动开启备份发射机。

3. 荆门调频广播5+1播出控制系统的工作图

在机房中，主用发射机五部，四部同方吉兆发射机，一部北广发射机，备份宽频发射机一部，是同方吉兆发射机。调频广播发射播出系统就由五部主用发射机（分别为89.7MHz新闻频率、93.5MHz湖北之声、96.6MHz城市生活、105.1MHz中国之声、105.7MHz交通广播）、一部备份发射机、一套五工器、五只同轴开关、一台假负载、一套天馈系统、5+1播出系统控制器、AES信号源音频切换矩阵等组成。

3.1 日常使用和故障处理的各部分功能

五部主用发射机：使用固定频率用于五套调频广播节目的正常播出。

五工器：五套调频广播节目的射频功率通过五工器合成后共用一套天馈线播出。

同轴开关：正常状态下主用发射机通过同轴开关与五工器相连。

当其中一部主机出现较严重故障需要倒备机时，该系统会按照设置好的操作步骤，关掉故障机，自动切换同轴开关，把备份发射机的频率自动设置好，同时切换好备机的信号源，最终自动开启备份发射机。

调频多工器和发射机N+1智能系统的联合应用，是一种比较先进和实用的播出工作模式，荆门广播电视台发射台这套系统，是用同方吉兆厂调频发射机、发射控制系统智能化运行管理而构架的，具有安全可靠、智能便捷、投资小等特点。利用这一系统，可以实时监视，远程控制，故障处理等多项功能，降低了停播率，减轻了值班人员的工作强度，进一步保障了广播电视节目优质安全播出。

参考文献：

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