羅勝

【摘要】我臺(tái)運(yùn)用模擬CH15頻道的寬頻帶天線，通過(guò)三工器使用多頻道合成技術(shù)，將新增的數(shù)字CH31和CH43頻道共用進(jìn)行播出，從而提高了發(fā)射塔空間的使用率，降低了設(shè)備成本和維護(hù)成本。

【關(guān)鍵詞】三工器;寬頻帶天線;多頻道合成;3dB耦合器 濾波器

中圖分類號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.01.025

1. 任務(wù)背景

在中央廣播電視節(jié)目無(wú)線數(shù)字化覆蓋工程的實(shí)施中，在七六一臺(tái)規(guī)劃了CH31、CH43兩個(gè)功率等級(jí)均為1KW的數(shù)字頻道，播出央視數(shù)字電視12套節(jié)目。

為推進(jìn)七六一臺(tái)無(wú)線廣播電視數(shù)字化轉(zhuǎn)換工作，需將功率等級(jí)為20KW的模擬CH15與數(shù)字功率等級(jí)為1KW的數(shù)字CH31、CH43進(jìn)行多頻道合成。

2. 技術(shù)改造方案

七六一臺(tái)原有一個(gè)CH15功率等級(jí)為20KW模擬頻道，運(yùn)用該頻道的寬頻帶天線，通過(guò)三工器使用多頻道合成技術(shù)，將新增的CH31和CH43共用CH15的寬頻帶天線進(jìn)行播出，從而提高了發(fā)射塔空間的使用率，降低了設(shè)備成本和維護(hù)成本。

2.1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

電視多工器是以雙工器為基礎(chǔ)進(jìn)行的升級(jí)，可根據(jù)不同的應(yīng)用條件來(lái)進(jìn)行多種形式的組合。對(duì)三工器而言，主要類型有星型形式、橋式加寬帶口濾波器形式、全橋式等等。對(duì)廣播電視行業(yè)而言，應(yīng)用的多工器基本組成單元濾波器主要為腔體同軸腔濾波器及腔體波導(dǎo)濾波器。

針對(duì)我臺(tái)情況，同軸腔濾波器組成的多工器在功率等級(jí)上不能滿足需求，因此多工器組成基本單元選擇為腔體波導(dǎo)濾波器。

同時(shí)，為了便于安裝及后期可能進(jìn)行的改造，我臺(tái)最終將方案確定為兩個(gè)橋式雙工器組成的橋式三工器，其中CH15經(jīng)由三工器的寬帶口輸入到天線。三工器系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如下圖1所示：

2.2 波導(dǎo)濾波器設(shè)計(jì)

本方案所選濾波器為腔體波導(dǎo)濾波器，其仿真模型如下圖2所示：

從仿真模型可看出，濾波器包含兩個(gè)圓柱諧振腔。圓波導(dǎo)工作的主模是TE11模，由于圓波導(dǎo)的對(duì)稱性，當(dāng)利用圓波導(dǎo)作為諧振器時(shí)，在一個(gè)圓波導(dǎo)的腔體內(nèi)包含兩個(gè)相互正交的極化簡(jiǎn)并模，這類似于兩個(gè)無(wú)能量交換的同頻率諧振器。

雙腔雙模帶通濾波器的工作原理如仿真模型圖所示，圓形端口饋入一垂直極化電場(chǎng)，進(jìn)入圓波導(dǎo)諧振器后，激起模式1的垂直極化場(chǎng)，通過(guò)一個(gè)45°螺釘使垂直極化場(chǎng)產(chǎn)生水平極化分量，激勵(lì)模式2的水平極化場(chǎng)，從而實(shí)現(xiàn)垂直極化和水平極化場(chǎng)的耦合。模式2的水平極化能量可以通過(guò)一個(gè)垂直的耦合窗口實(shí)現(xiàn)兩個(gè)圓波導(dǎo)諧振器間水平極化場(chǎng)的耦合，依次實(shí)現(xiàn)能量在波導(dǎo)管中的儲(chǔ)存?zhèn)鬟f，以實(shí)現(xiàn)濾波功能。

通過(guò)調(diào)節(jié)該波導(dǎo)濾波器的諧振頻率及耦合量，可得到濾波器的仿真參數(shù)，如下圖3、4所示：

通過(guò)仿真結(jié)果仿真結(jié)果看出，濾波器帶寬滿足8MHz數(shù)字化發(fā)射使用帶寬。

2.3 3dB耦合器設(shè)計(jì)

通常應(yīng)用于廣播電視發(fā)射系統(tǒng)中的3dB定向耦合器是是一個(gè)四端口器件，采用單節(jié)長(zhǎng)度為1/4λ平行板耦合結(jié)構(gòu)，其原理如圖5所示：

單節(jié)1/4λ（λ為中心頻率波長(zhǎng)）3dB耦合器的內(nèi)導(dǎo)體由兩個(gè)等寬的平行耦合板構(gòu)成，耦合板長(zhǎng)度為中心頻率波長(zhǎng)的1/4，各端口的特性阻抗均為Z0。3dB耦合器的電氣特性如下：

A .如圖6所示，當(dāng)P1到1端口時(shí)分成兩路分別到達(dá)端口2和端口4，功率大小相等，端口4的相位滯后90度。如果端口2和端口4處是完全匹配的（50歐姆）到達(dá)端口3的功率為0。

B.如圖7所示，當(dāng)2、4端口短路，功率從1口輸入時(shí)理想狀態(tài)下會(huì)從3端口完全輸出。

C.如圖8所示，當(dāng)功率從2端口輸入P1/2相位是0度，同時(shí)功率從4端口輸入P1/2相位是-90度，從3端口會(huì)有功率P1的完全輸出此時(shí)的相位為-90度;如果四個(gè)端口完全匹配則1端口無(wú)功率輸出。

在各端口都與特性阻抗為Z0的負(fù)載連接達(dá)到匹配狀態(tài)時(shí)，若有信號(hào)從端口1輸入，則端口2、4將有信號(hào)輸出而隔離端口3沒(méi)有輸出。由于耦合信號(hào)（端口4的輸出）的傳播方向與輸入信號(hào)方向相反，所以這種耦合器是有反向定向的作用。

根據(jù)3dB耦合器原理在仿真軟件中搭建的仿真模型如下圖9示：

通過(guò)調(diào)整耦合器相關(guān)尺寸得出仿真結(jié)果如下：

由耦合器仿真結(jié)果可知，該耦合器在UHF波段滿足駐波比小于1.06，插入損耗小于0.2。

2.4 電視三工器調(diào)試

對(duì)于橋式多工器的調(diào)試，首先對(duì)濾波器進(jìn)行調(diào)試。對(duì)于我臺(tái)應(yīng)用的雙腔雙模式波導(dǎo)濾波器相當(dāng)于普通四腔濾波器，且該類型濾波器基本為定頻結(jié)構(gòu)，對(duì)諧振腔的諧振頻率只需微調(diào)即可達(dá)到使用頻率，然后對(duì)端口耦合及45°耦合柱進(jìn)行適當(dāng)調(diào)試后，即可滿足使用要求。

然后將兩個(gè)相同頻率濾波器為一組，連接3dB耦合器（耦合器為全頻段設(shè)計(jì)，不需獨(dú)立調(diào)試）組成橋式單元，橋式單元整體調(diào)試可通過(guò)耦合器及濾波器微調(diào)柱來(lái)實(shí)現(xiàn)。

兩個(gè)橋式單元分別調(diào)試完成后，將其組合成為三工器，如圖1形式，再通過(guò)調(diào)試濾波器、耦合器微調(diào)柱來(lái)調(diào)節(jié)整體指標(biāo)。

三工器調(diào)試完成后指標(biāo)如以下幾圖所示：（圖11、圖12、圖13）

通過(guò)對(duì)電視三工器的仿真及實(shí)物的調(diào)試，電視三工器的反射損耗、插入損耗、隔離度都具有良好的技術(shù)指標(biāo)。

2.5 電視多工器的安裝

對(duì)電視多工器調(diào)試完成后，將多工器置于預(yù)先策劃地點(diǎn)，再次對(duì)多工器進(jìn)行測(cè)試后，指標(biāo)與預(yù)調(diào)指標(biāo)相符。然后進(jìn)行各饋管連接，多工器輸入口分別連接發(fā)射機(jī)、同軸開(kāi)關(guān)輸出口，多工器輸出口連接開(kāi)關(guān)板，通過(guò)雙饋進(jìn)行播出。

3. 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)我臺(tái)人員對(duì)電視三工器的設(shè)計(jì)、調(diào)試、安裝，本次我臺(tái)電視多工器的改造順利完成且運(yùn)行至今無(wú)任何由多工器引發(fā)的不良問(wèn)題產(chǎn)生。希望我臺(tái)本次電視多工器的改造可為各廣播電視發(fā)射臺(tái)提供一定的參考，為廣電事業(yè)的發(fā)展盡我臺(tái)綿薄之力。