摘 要：为了解决发射塔资源短缺问题，可采用调频和电视多频道共塔技术。调频和电视多频道共塔技术中的关键设备是多频道合成器。多频道合成器设计是否合理，直接影响到整个系统的性能。探讨多频道合成器基本部件以及几种典型的结构对技术指标的影响以及改进方法。
关键词：发射塔资源;多频道共塔技术;多频道合成器;调频技术
中图分类号：TN74文献标识码：B
文章编号：1004-373X(2008)22-158-03
Besign of Broadcasting Television Multi-Channel Synthesizer
ZHANG Xin,MO Weiwei
(Henan Broadcasting Film Television Bureau,Zhengzhou,450003,China)
Abstract：In order to resolve source shortage of television tower,adopting frequency modulation and television multi-channel with total tower.The most important equipment is multi-channel synthesizer,it impacts capacity of whole system.The specifications,basic components and a few typical structures of multiple-channel synthesizer are persented in this paper.
Keywords：source of television tower;multi-channel with total tower;multi-channel synthesizer;frequency modulation
1 多工器
我国广播电视事业正在迅速发展，很多电台、电视台都在增设调频频道和电视频道。用多工器实现多频道共塔广播应该是必然的选择，其原因是用多工器有很高的性价比。
图1给出了传统的1个频道1副天线和现代的多个频道的1幅天线的系统配置图。这里以分米波电视为例，用具体数据说明使用多工器的好处。
图1 天线的系统配置图
设某电视台有3个电视频道，塔上可放置12层4面天线单元板，主馈线的长度为130 m，发射机的输出功率为1 kW，则用图1所示的2种方案，其性价比（每投资万元所得到的千瓦有效辐射功率）如表1所示。
表1 不同方案的质价比
方案配置净增益/dB(每套节目)ERP/kW(每套节目)耗资/万元性价比ERPkW/万元
A每频道4层4面天线，“1-5/8”馈线8.066.425.80.25
B3个频道12层4面天线，“3-1/8”馈线13.5622.730.20.75
表1以下列参数为计算依据：
4层4面天线：6万元/副，增益10.5 dB；
12层4面天线：19万元/副，增益15.3 dB；
130 m “1-5/8”馈线： 2.6万元/根，损耗2.44 dB；
130 m “3-1/8”馈线： 5.2万元/根，损耗1.44 dB；
三工器（3×1 kW）：6万元/台，插损0.3 dB。
由上述分析可知，投资从25.8万元增加到30.2万元，每个频道的有效全向辐射功率可以从6.4 kW增加到22.7 kW，也就是说，在同样接收场强的情况下， 覆盖面积可以扩大到原来的3.5倍左右。方案B的质价比差不多是方案A的3倍。
为了提高天馈线系统的可靠性和不间断维护性，可以在一般在多工器的输出口加上1个如图
2所示的6端口天线开关柜。
图2(a)为天线上半部分和下半部分都正常工作，图2(b)为天线下半部分出现问题或需要维护而上半部分正常工作，图2(c)为天线上半部分出现问题或需要维护而下半部分正常工作。一般在天线开关柜的2个输出口配置反射功率计(数字显示或表头指示)，当天线某一部分出现问题时，人们只要几十秒的时间就可以完成切换任务。
图2 6端口天线开关柜工作在不同状态
天线开关柜中的二分配器有2种形式：一是用阻抗变换直接分配，二是用三分贝器来实现二分配。后者可以抑制因天线反射造成的图像重影。
根据频道数量和用途的不同，天线开关柜端口的数量、相对位置及复杂程度也不一样，有3端口，5端口，6端口，10端口，和12端口的天线开关柜。虽说多工器能够带来很大的经济效益，但要做到合理运用，必须对其有充分的了解。 下面将分别介绍多工器的技术指标，组成多工器的重要部件以及典型多工器结构等。
2 多工器的技术指标
通常多工器的技术指标如表2所示，用户可以根据自己的需求与厂方协商作某些调整和补充。
表2 多工器的技术指标
类别
频率范围
FMVHFUHF
87~108 MHz167~223 MHz470~862 MHz
发射机的功率>3 kW<1 kW>3 kW<1 kW>3 kW<1 kW
阻抗50 Ω50 Ω50 Ω50 Ω50 Ω50 Ω
最小频率间隔1.5 MHz2 MHz>2 CH>2 CH>3 CH>3 CH
频道间的隔离度>27 dB>20 dB>30 dB>30 dB>30 dB>30 dB
插入损耗两工器>0.35 dB>0.5 dB>0.35 dB>0.5 dB>0.35 dB>0.5 dB
多工器>0.8 dB>1 dB>0.8 dB>1 dB>0.8 dB>1 dB
输入驻波比<1.2<1.2<1.1<1.1<1.1<1.1
3 组成多工器的重要部件
为了使一副宽频带天线能够同时发送几个频道且内容各不相同的节目，首先需要一个功率合成装置，其次，欲使节目彼此间互不干扰，频率选择装置是必不可少的。功率合成装置有多种，其中最常用的是3 dB定向耦合器，频率选择装置是由高Q谐振腔(如同轴腔和波导腔等)组成的滤波器。在特定条件下，采用特殊的波导腔既可频率选择又能功率合成。
4 典型多工器结构
在广播电视领域一般有这样几种多工器结构：星点型、定阻抗型(或称桥式型)和延时线型(或称相敏型)。这几种结构各有特点，下面以星点型，定阻抗型(或称桥式型)对它们进行分析，并提出改进方法供大家参考。
4.1 星点型多工器 (Starpoint Combiner)
星点形多工器是由滤波器、星点和连接线组成的，所有的发射机通过滤波器及连接线都与星点相连，星点又与天线连通。其中滤波器有带通和带阻之分，所以星点型多工器又可分为带通型和陷波型2种，图5给出这两种类型两工器的原理图。
图3 两种类型的二工器工作原理
图3(a)为星点带通型两工器，S为星点。发射机1的工作频率为F1，通过带通滤波器BPF1和连接线L1连接到星点S，发射机2的工作频率为F2，通过带通滤波器BPF2和连接线L2连接到星点S。为了保证两部发射机之间的隔离度，从S点向左看过去的阻抗对F2频率来说应该是开路的，从S点向右看过去的阻抗对F1频率来说也应该是开路，这可以通过调节L1和L2的长度来实现。但当连接到星点的频道数量增加时，连接线的长度需要优化设计。比如，有3个频道连接到星点，对其中一个频道，其余两个频道的连接线从星点看过去的阻抗对该频道应该是开路的，这往往不容易做到。
设计时应注意：星点处接头的频带宽度有一定的限制，而为了保证频道之间的隔离度，要尽量使频道间隔大一些，这样频道数量就不能太多。一般在UHF频段，频道相对集中的一段频率范围内，可以做到4个频道的星点型合成。星点陷波型多工器的原理和星点带通型类似，不同之处是随着频道数量的增加，每个频道连接线上的陷波器的数量也要增加。
4.2 定阻抗型多工器
定阻抗型多工器 (Constant Impedance Combiner)可分为定阻抗带通型（CIB）和定阻抗陷波型（CIN），如图4所示。
图4 定阻抗型多工器
由图4可知，定阻抗型两工器是由2个3 dB耦合器和2个带通滤波器（BPF）或2个陷波器（NF）以及若干连接线和一个吸收负载组成的。其中窄带端（NB）是指某个特定频道的输入端，宽带端（WB）是指除了窄带端指定频道以外的其他频道的输入端，带通滤波器（BPF）或陷波器（NF）工作在窄带端频道上。3 dB耦合器能提供的隔离度一般在30 dB以上，所以对图4（a）而言，窄带端到宽带端的隔离度要大于30 dB，宽带端到窄带端的隔离度为3 dB 耦合器提供的隔离度加上带通滤波器对宽带频率的衰减。一般当宽带端与窄带端为非相邻频道时，宽带端到窄带端的隔离度可以达到60 dB以上。图4常被称为一个合成器单元，许多这样的单元接连起来就组成了多工器。具体做法是将本单元的输出连接到下个单元的宽带输入，以此类推。这里用这种方式在UHF频段已经成功地实现了10个频道的合成。
在设计时，为了提高窄带端到宽带端的隔离度，一般在宽带端加上一个带通滤波器。在系统结构完全对称的情况下，由于3 dB耦合器的分配与合成作用，使得这种形式的多工器能在很宽的频带范围内使窄带端和宽带端的反射很小，即具有恒定阻抗特性，这就是定阻抗多工器名称的由来，它为吸收发射机带外杂波提供了条件。图4常被称为1个合成器单元，许多这样的单元接连起来就组成了多工器。具体做法是将本单元的输出连接到下个单元的宽带输入，以此类推。这里用这种方式在UHF频段已经成功地实现10个频道的合成。
5 结 语
本文介绍几种常用的多工器的技术指标、基本部件以及典型结构。多工器的形式还有很多，比如用星点型和定阻抗型组合构成的混合型，可以提高整个系统的性价比。还有一种叫馈线重复型（Manifold）合成器，它的结构简单，但需要对滤波器、连接线和接头进行整体优化设计。
在实际选用多工器时要具体问题具体分析，既要考虑到系统的可扩展性，功率的提升性，也要顾及到投资成本。用于电视邻频道或频点很近的调频广播合成器，系统的频率稳定性将是要考虑的重要指标。
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注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
