李紅英 許生權(quán)

【摘要】本文主要分析了十堰市福泉山廣播電視發(fā)射臺(tái)調(diào)頻廣播無線發(fā)射原系統(tǒng)中存在的問題，介紹了調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)改造的要點(diǎn)，特別是±45°混合極化調(diào)頻天線和雙饋天饋系統(tǒng)在方案中的應(yīng)用，并對(duì)系統(tǒng)改造前后發(fā)射覆蓋效果進(jìn)行了對(duì)比。

【關(guān)鍵詞】調(diào)頻廣播天線;混合極化;雙饋系統(tǒng);開關(guān)板;無線覆蓋

中圖分類號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.18.026

十堰市福泉山廣播電視發(fā)射臺(tái)主要承擔(dān)著中央、省、市廣播電視節(jié)目的發(fā)射任務(wù)和微波信號(hào)的傳輸工作，是臺(tái)站合一建制，屬湖北省骨干發(fā)射臺(tái)。

臺(tái)站原有調(diào)頻廣播的無線發(fā)射系統(tǒng)已使用26年，系統(tǒng)的工作狀態(tài)已無法滿足臺(tái)站要求。本文首先分析了我臺(tái)原有調(diào)頻廣播無線發(fā)射系統(tǒng)中存在的問題;其次，文章介紹了調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)改造的要點(diǎn);之后，文章對(duì)系統(tǒng)改造前后發(fā)射覆蓋效果進(jìn)行了對(duì)比和分析;文章的最后為結(jié)論部分。

1. 原有系統(tǒng)存在的問題

1.1 設(shè)備超期服役，老化嚴(yán)重

我臺(tái)原采用的調(diào)頻廣播天饋線系統(tǒng)于1995年規(guī)劃安裝，至今已有二十多年，其間曾經(jīng)歷過多次大型維護(hù)。參照國(guó)內(nèi)外通行的天饋線系統(tǒng)正常使用10～15年的經(jīng)驗(yàn)，我臺(tái)的調(diào)頻發(fā)射天饋系統(tǒng)已屬于超期使用狀態(tài)，無論是系統(tǒng)的機(jī)械性能還是多項(xiàng)電氣指標(biāo)均有所退化，尤其是系統(tǒng)的可靠性明顯變差的問題，實(shí)質(zhì)性構(gòu)成我臺(tái)安全播出的重大隱患。

1.2 天線增益不足，覆蓋效果不佳

對(duì)于10kW功率等級(jí)的調(diào)頻發(fā)射，天線增益應(yīng)至少達(dá)到8dB以上。而我臺(tái)目前使用的調(diào)頻發(fā)射天線為三層四面蝙蝠翼天線，天線增益的設(shè)計(jì)值僅為5.3dB，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。天線增益不足，造成我臺(tái)調(diào)頻廣播發(fā)射信號(hào)在覆蓋區(qū)域某些地點(diǎn)接收效果不佳。

1.3 單饋發(fā)射，無備份系統(tǒng)

根據(jù)廣電總局2014年頒布的《廣播電視安全播出管理規(guī)定（無線發(fā)射轉(zhuǎn)播臺(tái)實(shí)施細(xì)則）》的要求，地市所屬發(fā)射臺(tái)應(yīng)達(dá)到二級(jí)保障要求，有條件的發(fā)射臺(tái)應(yīng)提升安全播出保障等級(jí)。規(guī)定同時(shí)指出，“天饋線系統(tǒng)可采用雙饋結(jié)構(gòu)，并配備相應(yīng)的倒換裝置?！彪p饋天饋系統(tǒng)包含兩根饋線、一副可以分為上下兩部分的天線以及一套天線開關(guān)板。當(dāng)傳統(tǒng)雙饋天饋系統(tǒng)中的一個(gè)天饋?zhàn)酉到y(tǒng)（某一根饋線，或者天線的某個(gè)半部分）發(fā)生故障時(shí)，可以通過其中倒換裝置的切換，將發(fā)射功率信號(hào)切換到工作正常的天饋線子系統(tǒng)中，保證整個(gè)系統(tǒng)正常工作不停播。雙饋天饋系統(tǒng)可以有效的提升廣播電視無線發(fā)射系統(tǒng)的可靠性，但目前我臺(tái)的調(diào)頻發(fā)射系統(tǒng)中沒有配置雙饋系統(tǒng)和倒換裝置。

2. 系統(tǒng)改造方案

我臺(tái)經(jīng)多次調(diào)研，參考省內(nèi)外兄弟臺(tái)站的技術(shù)方案，征求國(guó)內(nèi)多名廣播電視無線發(fā)射業(yè)內(nèi)專家建議，結(jié)合臺(tái)站工作實(shí)際，最終確定我臺(tái)調(diào)頻無線廣播發(fā)射系統(tǒng)的改造方案，方案要點(diǎn)包含以下內(nèi)容。

拆除原天饋線系統(tǒng)。確定新天線安裝位置。新天線安裝的起始位置（下端）位于鐵塔的距地面35米處，高于下平臺(tái)2米。當(dāng)天線安裝空間不足時(shí)，可將鐵塔上部平臺(tái)外沿的欄桿和鐵板拆除，以桅桿為中心，對(duì)稱的加裝天線固定架。這樣既不改變鐵塔的主體結(jié)構(gòu)，又不增加塔體承重，有效的利用了塔桅資源。

新增一副四層四面雙饋頭雙偶極子±45°混合極化調(diào)頻廣播發(fā)射天線。該天線系統(tǒng)增益為水平與垂直方向各5dB（±45°方向8dB），抗干擾能力強(qiáng)，能有效提高服務(wù)區(qū)域的覆蓋效果。同時(shí)，該系統(tǒng)天線單元振子不采取拼裝，采用一體化焊接和雙重密封工藝，抗大風(fēng)、裹冰能力較強(qiáng)。此外，該天線單元饋電結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，干燥氣體能充至功分器、分饋線直至天線振子內(nèi)，可確保天饋系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，減少了天線端的調(diào)試、維護(hù)工作量，降低了高空作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，滿足我臺(tái)惡劣氣候環(huán)境中使用。

新增兩根SUY-50-80饋管，單根饋管在調(diào)頻頻段的功率容量不小于30kW，兩根饋管在調(diào)頻頻段的功率容量不小于60kW，為整個(gè)系統(tǒng)預(yù)留充足的功率容量冗余，滿足我臺(tái)調(diào)頻廣播發(fā)展需求。

新增一套EIA41/2”規(guī)格調(diào)頻天線開關(guān)板，實(shí)現(xiàn)多工器輸出功率信號(hào)的一分二，并與雙饋天饋系統(tǒng)相連。新增天線開關(guān)板同樣預(yù)留了充足的功率余量，開關(guān)板的額定功率不小于75kW。（詳見圖1）

3. 混合極化優(yōu)勢(shì)

我臺(tái)使用的混合極化發(fā)射天線是由±45°斜極化天線單元組陣實(shí)現(xiàn)的，此天線發(fā)射出的電磁波在不同的角度上將呈現(xiàn)斜極化和橢圓極化，這種混合極化在水平和垂直方向都有較好的信號(hào)強(qiáng)度，經(jīng)實(shí)際測(cè)試證明特別適用于移動(dòng)或手持接收終端，此外，混合極化較單一的水平或垂直極化抗多徑衰落能力強(qiáng)，尤其適合在山區(qū)、丘陵及建筑物密集的城市使用。

這種混合極化天線對(duì)塔桅寬度沒有要求，只要塔桅強(qiáng)度足夠即可安裝，都能獲得較均勻的水平場(chǎng)形。若用同一種極化的天線安裝于很寬的塔桅，在電波合成時(shí)相鄰單元的重疊信號(hào)由于時(shí)延會(huì)使水平場(chǎng)形惡化，造成多個(gè)方向信號(hào)覆蓋不好。圖2所示是相同極化的雙偶極子天線安裝于直徑為2λ的圓周上所得到的場(chǎng)形，從圖中可見場(chǎng)形很不均勻，某些方向凹陷很大。

用±45°斜極化雙偶極子天線單元組合成的混合極化就能有效地克服以上弊端。在組陣應(yīng)用時(shí)，水平面相鄰的天線單元采用了不同的極化方式，這兩種極化在空間是正交的，即相鄰單元輻射出的電磁波的電磁場(chǎng)矢量在水平面的重疊區(qū)是正交的，這樣就避免了電磁場(chǎng)矢量合成時(shí)，由于空間相位差而引起的場(chǎng)形惡化覆蓋效果變差的問題。這種天線配置理論上適用于任意大截面的塔桅。圖3所示是±45°斜極化雙偶極子天線安裝于直徑為2λ塔桅上所得到的水平場(chǎng)形圖，從圖中可見場(chǎng)形很均勻，不存在大的凹陷。

4. 系統(tǒng)改造效果

2021年5月，我臺(tái)對(duì)調(diào)頻廣播無線發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行了整體改造。改造期間，為確保相關(guān)廣播節(jié)目的播出安全，根據(jù)《廣播電視安全播出管理規(guī)定》，我臺(tái)制定了詳細(xì)的施工計(jì)劃和技術(shù)安全保障措施，所有測(cè)試、倒換、連接等工作均在夜間節(jié)目停播時(shí)間段進(jìn)行，在不影響節(jié)目播出的前提下圓滿完成了系統(tǒng)改造工作。

改造前，原三層四面蝙蝠翼天線掛高為50米;改造后，現(xiàn)四層四面±45°混合極化雙偶極子天線掛高為40米。

系統(tǒng)改造完畢后，我臺(tái)派專業(yè)技術(shù)人員赴四縣一市三區(qū)對(duì)調(diào)頻廣播信號(hào)覆蓋效果進(jìn)行了實(shí)地收測(cè)。以99.5MHz的覆蓋效果為例，在發(fā)射功率同等的前提下，分別進(jìn)行了改造前后信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)和信號(hào)質(zhì)量的對(duì)比。從測(cè)試結(jié)果可以計(jì)算得出，改造前該頻點(diǎn)的路測(cè)平均場(chǎng)強(qiáng)值為54.19dBμv/m（采樣點(diǎn)16908個(gè)），改造后路測(cè)平均場(chǎng)強(qiáng)值為55.8 dBμv/m（采樣點(diǎn)9957個(gè)）。圖4為改造前后信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)對(duì)比，圖5為改造前后覆蓋重點(diǎn)改善區(qū)域的對(duì)比。從測(cè)試結(jié)果可以得出以下結(jié)論：

我臺(tái)調(diào)頻廣播無線發(fā)射系統(tǒng)的改造達(dá)到預(yù)期效果。調(diào)頻發(fā)射天線從三層四面蝙蝠翼更換為四層四面雙偶極子天線后，覆蓋的平均場(chǎng)強(qiáng)大幅增高。天線從水平極化更換成±45°混合極化方式后，在天線掛高降低10米的情況下，原來很多處于陰影區(qū)邊緣的測(cè)試路線采樣點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)總體更均勻，移動(dòng)收聽效果更穩(wěn)定，覆蓋質(zhì)量明顯提升。

5. 結(jié)語

經(jīng)過嚴(yán)密論證、精心準(zhǔn)備、周密施工，我臺(tái)對(duì)原有的調(diào)頻廣播無線發(fā)射系統(tǒng)進(jìn)行了升級(jí)改造，將原有三層四面蝙蝠翼天線更換為四層四面±45°雙偶極子天線，并增加了雙饋饋線和天線開關(guān)板，構(gòu)建了雙饋天饋系統(tǒng)。經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，改造取得預(yù)期效果，發(fā)射頻率的覆蓋效果有了較為明顯的提升。同時(shí)，由于雙饋天饋系統(tǒng)的成功建設(shè)，有效提升了我臺(tái)調(diào)頻廣播無線發(fā)射系統(tǒng)的可靠性，為我臺(tái)安全播出工作打下堅(jiān)實(shí)的硬件基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉敏，王軼冬.廣播電視無線發(fā)射系統(tǒng)可靠性提升技術(shù)方案分析[J].廣播與電視技術(shù)，2020，Vol.47（2）：96-99.