王貴金 揚州廣電總臺傳輸控制中心中波發(fā)射部

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基于中波塔大修代播共塔網(wǎng)絡的構建

王貴金 揚州廣電總臺傳輸控制中心中波發(fā)射部

【摘 要】本文介紹了揚州中波臺120米鐵塔大修期間，帶播共塔網(wǎng)絡的構建及方案論證、設計及共塔網(wǎng)絡的安裝調試及檢測。

【關鍵詞】天線網(wǎng)絡 共塔 設計 干擾 匹配 調試

一、前言

揚州中波臺801KHz和1179KHz兩套廣播頻率共塔使用120米拉線鐵塔播出，至今已有二十六年。去年經(jīng)專業(yè)機構檢測后發(fā)現(xiàn)有拉線斷線，檢測報告提出發(fā)射塔必須盡快進行大修?？紤]到節(jié)目播出不允許長時間停播，如果該塔進行大修需要停用10天左右，原有的節(jié)目播出只有采用與其它的單頻塔實施共塔臨時代播，同時日常安播要求臨時共塔網(wǎng)絡的建設與使用，必須保證不影響原塔正常頻率的播出，臨時共塔網(wǎng)絡的搭建要面臨現(xiàn)場測量安裝調試不能影響安播的諸多限制因素和困難。

二、建設共塔網(wǎng)絡播出技術可行性論證

中波頻段526.5～1606.5kHz，其波長為575M-187M，傳統(tǒng)的中波天線是根據(jù)赫茲定理的半波長理論來設計的，發(fā)射天線振子大多采用76米、90米、120米等具有一定高度的鐵塔。為滿足發(fā)射機輸出頻率和阻抗匹配的要求，必須在天線下建匹配網(wǎng)絡。匹配網(wǎng)絡主要起保證阻抗匹配的作用，還有抑制鄰頻干擾，防范雷擊的作用。由于中波天線阻抗是工作頻率的函數(shù)，不同頻率的天線阻抗不同，天線阻抗、調配元器件的阻抗總是隨著頻率而變化。中波天線阻抗的高低端變化很大，即使是同一頻率，載頻和邊頻的天線阻抗也不同，這樣對同一付天線塔上不同的頻率，呈現(xiàn)的天線阻抗不同，其匹配網(wǎng)絡也不一樣，因此同一付天線塔多頻共塔是可性的。同一付天線塔最多可以幾個頻率共塔，理論上中波工作頻段在526.5～1606.5kHz范圍內(nèi)，按照帶寬9kHz，共可以有120個頻率。而實際應用必須考慮設計網(wǎng)絡電路技術實施的可行性，現(xiàn)場安裝及調試能否實現(xiàn)等眾多因素，因此多頻共塔是受限的。在中波120個工作頻段，如果按照多頻共塔在技術上對頻率間隔的要求，從頻率之比的標準選擇，在同一付天線塔最多可實現(xiàn)5-6個頻率共塔。當然設計的網(wǎng)絡要考慮多個發(fā)射頻率的串擾問題，并塔頻率過多匹配網(wǎng)絡的設計、安裝及調試都比較困難，實際多采用2-3個頻率共塔。對兩頻并塔，根據(jù)以往雙頻并塔的經(jīng)驗要求兩個頻率之比大于1.25比較好。

三、揚州中波臺臨時共塔建設方案

1、共塔網(wǎng)絡建設的原則

天線網(wǎng)絡的主要功能是實現(xiàn)發(fā)射機輸出與天線阻抗的最佳匹配，使發(fā)射機的高頻輸出功率最大化地轉變?yōu)闊o線電磁波傳播出去，天線網(wǎng)絡還應具有防雷擊，抗干擾的特點。如果是共塔網(wǎng)絡，多頻共塔應用設計必須考慮網(wǎng)絡電路實施的技術可行性，搭建網(wǎng)絡電路能夠提供的常規(guī)元器件種類，便于安裝調試及網(wǎng)絡運行穩(wěn)定性等因素。通常在每個頻率支路必須要有并聯(lián)阻塞共塔頻率的網(wǎng)絡，避免共塔頻率之間互相干擾；另外多頻率天線場天線網(wǎng)絡還要考慮其它發(fā)射頻率的干擾影響以及最終的阻抗匹配形式，需根據(jù)最終呈現(xiàn)的阻抗參數(shù)選擇不同匹配形式。揚州臺臨時共塔網(wǎng)絡電路的設計，兼顧兩個頻率搭配的合理間隔，分析了在原有的單頻網(wǎng)上開發(fā) 設計共塔電路的可行性?；驹瓌t是盡量減少改動原有網(wǎng)絡，選用常規(guī)元器件，避免采用特殊規(guī)格元器件，如特大電感、電容或特小電感、電容，有利于實際工程的施工建設，便于安裝調試。

2、揚州臺共塔頻率選擇及共塔網(wǎng)絡建設要求

揚州臺共有四付發(fā)射塔，有兩個頻率是單頻單塔播出。新建臨時共塔時在現(xiàn)有的單頻播出的發(fā)射塔各增加一個頻率播出，揚州臺實施共塔的是1314 KHz和603 KHz 的兩個單頻網(wǎng)絡。要求新共塔網(wǎng)絡盡量在現(xiàn)有單頻網(wǎng)絡電路基礎上設計添加共塔網(wǎng)絡電路，保證搭建共塔網(wǎng)絡不影響原有頻率的正常播出。

天線共塔匹配的搭建，由于其復雜性，一副網(wǎng)絡從測試、設計到安裝調試成功，需要一定時間的停播進行安裝調試，而共塔網(wǎng)絡的所有安裝調試只能利用每周二兩小時的停機檢修時間，盡管搭建的臨時共塔網(wǎng)絡短期使用，但從安全播出出發(fā)，它的設計安裝與調試都必須按照網(wǎng)絡建設的標準實施，網(wǎng)絡技術參數(shù)符合要求，保證代播使用期間工作的穩(wěn)定可靠。

圖1　揚州中波天線塔分布示意圖

對于兩頻共塔的頻率搭配選擇，揚州臺現(xiàn)有6個頻率點（603 KHz、801 KHz、981 KHz、1179 KHz、1314 KHz、1521 KHz），4付天線，功率從1KW到10KW不等，各頻率點之間相隔近200KHz。揚州中波天線塔分布示意圖如圖1所示。

天線場全部在機房北部，由西向東依次為西北為1314單頻（A）塔76米，正北靠近機房981與1521雙頻76米（B）塔，正北遠離機房1179與801雙頻共120米（C）塔，東北方向為603 KHz單頻（D）塔76米，其中120米（C）塔與603 KHz的76米（D）塔相距較近約為80米左右，其它塔之間在150米以上。揚州臺的臨時網(wǎng)絡改造就是要將120米（C）塔播出的1179 KHz與801 KHz停用分別共塔在其它塔上播出。根據(jù)以往雙頻共塔的經(jīng)驗要求兩個頻率之比大于1.25，從這點出發(fā)選擇，（B）中塔已有981 KHz與1521 KHz共塔，再共塔網(wǎng)絡更復雜；對共塔兩頻的選擇，如果選用1314 KHz與1179 KHz，801 KHz與603 KHz共塔，其中 1314 KHz與1179 KHz的共塔頻率比只有1.15，只有采用801 KHz與1314 KHz，1179 KHz與603 KHz共塔比較好，它們高與低的頻率比均大于1.25，滿足以往的設計經(jīng)驗共塔可行性的要求。

3、801 KHz與1314 KHz單頻網(wǎng)絡共塔電路方案

A塔原1314 KHz與981 KHz調配網(wǎng)絡電路圖見圖2?，F(xiàn)有的1314 KHz匹配網(wǎng)絡電路中已有1314 KHz網(wǎng)絡是與981 KHz兩頻共塔電路，但僅有1314 KHz頻率用，該網(wǎng)絡設計采用了阻塞網(wǎng)絡抗干擾，接地電感防雷擊，阻抗轉換匹配等實用電路，網(wǎng)絡前端有801 KHz的并聯(lián)阻塞網(wǎng)絡，后端有1314 KHz阻塞網(wǎng)絡，如果采用801 KHz 與1314 KHz共塔使用方法，共塔網(wǎng)絡電路設計將會非常方便。一是改造原981KHz網(wǎng)絡，可將原981 KHz網(wǎng)絡支路的1314 KHz的阻塞網(wǎng)絡在801 KHz并聯(lián)阻塞網(wǎng)絡前端并接，支路后端拆除，重新設計其它防高頻串擾的阻塞網(wǎng)絡及網(wǎng)絡變換匹配電路，這樣801KHz共塔網(wǎng)絡支路的加入對原有1314 KHz網(wǎng)絡支路沒有影響；二是在801KHz阻塞網(wǎng)絡后完全斷開但不拆除原有981 KHz 的共塔網(wǎng)絡，重新設計801KHz的臨時共塔網(wǎng)絡，待大塔維修結束后將801 KHz臨時網(wǎng)絡拆除即可恢復981 KHz 的共塔網(wǎng)絡使用，從技術上講電路設計也可行，主要是調配房空間有無位置安放，調試是否方便，經(jīng)過現(xiàn)場查看權衡分析比較，選擇斷開981 KHz支路網(wǎng)絡器件，搭建臨時平臺設計新建801 KHz臨時共塔網(wǎng)絡的方案。

圖2　A塔原1314KHz與981KHz調配網(wǎng)絡電路圖

圖3　603KHz單頻網(wǎng)絡電路

4、1179 KHz與603 KHz單頻網(wǎng)絡共塔電路方案

現(xiàn)有603 KHz單頻網(wǎng)絡電路見圖3。網(wǎng)絡電路僅在前端有一1053 KHz的并聯(lián)阻塞網(wǎng)絡，沒有1179 KHz的阻塞網(wǎng)絡，后端有801 KHz的阻塞網(wǎng)絡。而在現(xiàn)有天線發(fā)射場并沒有1053 KHz的播出頻率，當初603KHz網(wǎng)絡電路設計采用1053 KHz阻塞網(wǎng)絡是抑制801 KHz、981 KHz和1179 KHz多頻干擾變通應用的結果。603KHz在揚州中波臺所有發(fā)射頻率中屬于頻率最低的，在其鄰頻高端依次有801 KHz、981 KHz和1179 KHz，其中發(fā)射功率801 KHz為3KW， 981 KHz和1179 KHz 均為10KW，801 KHz和1179 KHz共塔與603 KHz塔相距近不足100米，981 KHz塔與603 KHz塔相距有200米；在603KHz網(wǎng)絡電路設計自然要考慮這幾個頻率的干擾，通常在電路設計中采用串聯(lián)阻塞網(wǎng)絡或并聯(lián)吸收網(wǎng)絡的形式，但這幾個阻塞網(wǎng)絡對603 KHz頻率呈現(xiàn)的都是參數(shù)值較大的感性阻抗，而603KHz天線阻抗實部小于50歐，如果虛部太大，很難實現(xiàn)末端電路匹配50歐，需串聯(lián)電容抵消感性阻抗調整虛部的適當值，但串聯(lián)電容就破壞了電感接地防雷的直流通道，不利于網(wǎng)絡的抗雷擊。經(jīng)過試驗選擇981 KHz和1179 KHz的中間頻率1053 KHz阻塞網(wǎng)絡，再配合電感L3，L2調整使末端電路匹配為50歐，末端又采用復合并聯(lián)網(wǎng)絡消除801的干擾，從而建立了603KHz網(wǎng)絡，使用至今一直穩(wěn)定可靠。

現(xiàn)選擇1179 KHz與603 KHz共塔，雙頻共塔，要考慮鄰頻干擾的問題。因原603 KH網(wǎng)絡沒有對1179 KHz的阻塞網(wǎng)絡，必須對原有的網(wǎng)絡電路進行改造重新設計，進行簡單改動，可將1053 KHz改為 1179 KHz的阻塞網(wǎng)絡，再調整電感L3參數(shù)，保證虛部與原來大致一致，最終通過微調L2，L3使末端電路匹配依然為50歐，后續(xù)電路可以不變動，這樣使共塔的1179 KHz網(wǎng)絡支路不會影響原有的603 KHz網(wǎng)絡支路。電路設計為前段由603 KHz阻塞與1179 KHz阻塞網(wǎng)絡并聯(lián)，后續(xù)再依據(jù)鄰頻干擾程度及阻抗參數(shù)選擇使用適當?shù)淖枞W(wǎng)絡和匹配形式，進而實現(xiàn)1179 KHz與603 KHz共塔網(wǎng)絡的改造搭建。

四、最終共塔網(wǎng)絡設計電路方案

1、共塔網(wǎng)絡的阻抗參數(shù)

利用周二下午停機檢修時段，分別測試1179 KHz、801 KHz在共塔天線的阻抗參數(shù)，測試數(shù)據(jù)除了載頻還應有邊頻阻抗，現(xiàn)場測試載頻數(shù)據(jù)如下：

盆腔炎性疾病為臨床婦科中一種比較常見的疾病類型，主要包含盆腔腹膜炎、輸卵管炎、子宮內(nèi)膜炎及輸卵管卵巢膿腫等，其中，最為常見的是輸卵管卵巢炎與輸卵管炎。對于盆腔炎性疾病后遺癥，其乃是盆腔炎性疾病的一種典型遺留病變，在臨床中又被稱之為慢性盆腔炎，主要臨床表現(xiàn)為盆腔黏連、腰骶酸痛、慢性盆腔痛及白帶異常等，因而會引起不孕、異位妊娠、月經(jīng)不調及慢性盆腔痛等，對婦女生活、工作造成嚴重影響[1]?，F(xiàn)將我院采用中藥治療取得的較好治療效果總結如下。

1314KHz 350+j265 801 KHz 30.8-j27.6

1179 KHz 160+j194.8 603 KHz 21.8-j143.7

圖4　A塔1314KHz與801KHz調配網(wǎng)絡電路圖

2、設計電路方案分析

設計電路方案必須考慮多頻率天線場發(fā)射塔位置及各頻率發(fā)射功率大小，考慮雷擊、匹配形式、網(wǎng)絡帶寬及器件的選用方便。由于揚州臺正常有6個頻率同時播出，981 KHz，1179 KHz功率最大都是10KW，天線之間相距也比較相近，大多相距在100-200米，最近的兩塔不足100米，因為天線之間相距近，天線間鄰頻倒送感應電壓很大，在設計的網(wǎng)絡電路中可以采用串聯(lián)抑制阻塞網(wǎng)絡或并聯(lián)吸收網(wǎng)絡。對于防雷采用在天線底部電路接微亨級的電感入地，電路中串接隔直流電容以消除吸收雷擊影響，同時滿足一定的通頻帶帶寬。603kHz頻率在中波頻段上屬于低頻端，使用76米拉線塔，存在天線阻抗實部小，虛部邊帶變化大，網(wǎng)絡帶寬窄，更易出現(xiàn)邊帶反射的現(xiàn)象。對這種反射必須控制在合理的范圍內(nèi)，否則在實際使用中會因網(wǎng)絡阻抗變化大，出現(xiàn)機器反射功率變大的保護現(xiàn)象。我們討論設計了多種方案，根據(jù)以往的經(jīng)驗及現(xiàn)場試驗，最終選擇滿足上述要求的網(wǎng)絡電路方案，如圖4、圖5所示。

在圖4調配網(wǎng)絡電路中，1314 KHz為原有電路，L2為防雷接地電感，采用801KHz并聯(lián)阻塞，通過L7調整實部為50歐，虛部調整C9容量；在添加共塔的801 KHz電路中，C10防雷隔離和抵消1314KHz阻塞網(wǎng)絡的部分感性虛部，再配合L11調整匹配為50歐，考慮到801KHz的鄰頻是981KHz，603KHz，當采用串聯(lián)981KHz，603KHz 的阻塞網(wǎng)絡后，1179KHz的干擾也將得到抑制，可以不添加1179KHz 的阻塞網(wǎng)絡，最后可通過調整C14容量改變801 KHz阻抗網(wǎng)絡的虛部。

在圖5網(wǎng)絡電路設計中，對于603KHz的電路通道，因603KHz在低頻端，只有高頻率干擾，最近鄰頻為801KHz，現(xiàn)603KHz與1179KHz共塔，在603KHz電路通道中必須有1179KHz和801KHz 的阻塞網(wǎng)絡，其它的頻率干擾可以不考慮，網(wǎng)絡電路設計可以將原有的阻塞網(wǎng)絡1053 KHz改為 1179 KHz，通過調整L0改變虛部，再微調L2保持匹配為50歐。801KHz的阻塞網(wǎng)絡呈現(xiàn)感性，可與C3配合改變虛部。在1179KHz電路通道中，因1179KHz是大功率，比它高的鄰頻是1314KHz和1521KHz都為小功率，且發(fā)射塔離得又遠，可以不考慮它們的干擾影響，比它低的鄰頻801KHz和981KHz都是大功率，603KHz又是共塔頻率，必須防范干擾，如果采用阻塞網(wǎng)絡需三個，這樣網(wǎng)絡電路復雜，為了電路簡潔801KHz可以不用，共塔網(wǎng)絡使用時801KHz將移到1314KHz塔距離變遠，因而1179KHz電路通道僅用603KHz和981KHz的阻塞網(wǎng)絡，再通過L6調整匹配為50歐，并與C6配合改變虛部，完成網(wǎng)絡電路設計。

圖5　A塔603KHz與1179KHz共塔網(wǎng)絡電路圖

五、共塔網(wǎng)絡的安裝調試及檢測

1、共塔網(wǎng)絡的現(xiàn)場調試安裝

根據(jù)設計的網(wǎng)絡電路參數(shù)要求，在調配房用環(huán)氧板建安裝平臺，選擇實際參數(shù)最接近電路需要的各類器件進行組裝?，F(xiàn)場網(wǎng)絡器件安裝完全按照技術規(guī)范要求保持適度的分布空間，連線盡可能直來直去，接地線盡可能短而寬，線圈與線圈之間相互垂直，以減少互感。

網(wǎng)絡調試就是實現(xiàn)理論與實際工程數(shù)據(jù)的一致，通過選用不同參數(shù)器件的搭配組合，達到預期的效果。調試順序上，先調各支路，再調阻塞網(wǎng)絡，最后聯(lián)調。在實際工作中由于網(wǎng)絡元器件參數(shù)的變化，分布互感的影響，測試方法以及儀器的精度，導致理論與實際數(shù)據(jù)的差別很大，設置無法實現(xiàn)匹配。我們在網(wǎng)絡調試中也遇到許多意想不到的測試結果，有時同一整體的一段銅皮，測試夾位置不同，測試數(shù)據(jù)天壤之別，這類現(xiàn)象都是高頻網(wǎng)絡分布參數(shù)的影響所致，需要不斷分析，找出原因進行調整，最終達到網(wǎng)絡實際測試阻抗參數(shù)與理論數(shù)據(jù)大體一致。

2、同頻網(wǎng)絡的串擾處理

在臨時網(wǎng)絡共塔帶機調試階段，出現(xiàn)了同頻網(wǎng)絡的串擾影響，有的串擾反射還比較大。801 KHz與1179 KHz除了自身的120米塔共塔，還新建了兩個臨時共塔網(wǎng)絡，只要臨時網(wǎng)絡并機調試完工試用，就存在同頻干擾的問題。同頻網(wǎng)絡各對自身頻率無阻塞，高頻干擾強，若連接發(fā)射機將導致指示表打表超限，試機可斷開與發(fā)射機連接。在對臨時網(wǎng)絡的并機試用中，發(fā)現(xiàn)一些新干擾問題，120米塔801 KHz與1179 KHz兩個頻率全部停用使用兩個臨時網(wǎng)絡正常，如果120米塔801 KHz與1179 KHz開機運行，臨時共塔的原有603 KHz，1314 KHz網(wǎng)絡就出現(xiàn)同頻干擾，斷開同頻共塔臨時網(wǎng)絡一切正常。干擾嚴重的是603 KHz頻率，它的發(fā)射塔與120米塔相近，自身發(fā)射功率僅是1KW，通過發(fā)射機末節(jié)槽路調整改變效果不大。主要原因，一是兩塔比較靠近，1179 KHz功率大，同頻干擾大，二是603 KHz由單頻改雙頻網(wǎng)絡，存在引發(fā)原有網(wǎng)絡阻抗變化的問題，后采取在603 KHz原有網(wǎng)絡入端加對應吸收回路，再微調網(wǎng)絡，消除了干擾影響。

3、共塔網(wǎng)絡技術指標

臨時網(wǎng)絡搭建結束后，為了檢驗臨時網(wǎng)絡的使用性能，決定對臨時網(wǎng)絡并機帶載試用。將臨時網(wǎng)絡接入發(fā)射機逐步加大到額定功率，經(jīng)過一段時間運行觀察后，再測試網(wǎng)絡技術指標，連接發(fā)射機，不加任何預加重網(wǎng)絡，按照發(fā)射機技術指標標準進行測試，經(jīng)測試主備發(fā)射機的技術指標如下表所示。

六、結束語

揚州中波臺經(jīng)過方案論證、設計、安裝調試，在項目施工前完成了共塔代播搭建工作，在整個項目十多天的施工期間使用兩付臨時共塔網(wǎng)絡播出，期間還經(jīng)受了連續(xù)幾日的雨天雷擊考驗，共塔運行效果穩(wěn)定可靠，臨時共塔網(wǎng)絡為順利完成中波120米天線塔大修改造工程打下了堅實的基礎。