中波自立天线的多业务共塔发射研究
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作者:宋东祥
摘 要：多频共塔技术在广播发射台的应用，可以有效地降低建筑工程的造价，实现台站资源的充分利用。在目前用地成本增加、频率覆盖需求增大的背景下，对广播电视事业的发展有很好的现实意义。文章对此展开了分析。
关键词：中波;共塔发射;干扰
中波广播从诞生起，曾经“一枝独秀”“一家独大”，但如今已远远落后于调频和数字电视的发展。相对于地面数字电视的全国覆盖和数字调频的实验布点，数字中波国家标准至今未出，布点实验更是遥遥无期。在数字化、网络化的发展浪潮中，中波的发展已远远落后于电视和调频。一方面，以往中波广播的接收设备简单、价格便宜、覆盖面广的优势随着人民生活水平的提高和调频广播的大力布点而渐渐丧失;另一方面，相对于调频广播，中波广播的音质差、抗干扰能力弱、接收天线复杂等缺点在技术上未得到改善，使中波广播在与调频广播的竞争中渐渐落后，导致现阶段模拟中波的听众不断流失。
中波转播台必须进行转型升级，才能适应新的形势发展。一方面，要积极进行数字中波的研究和应急广播的实验布局，对数字化、公益性进行升级改造。另一方面，利用自身优势谋求全方位发展，由单一的中波广播发射模式向多业务模式发展。平顶山中波转播台利用已建成的125 m自立并馈式中波发射天线作为调频和地面数字电视天线的塔架，进行中波、调频、数字电视的多业务共塔发射实验，就是一次有益的探索。河南省平顶山中波转播台的多频共塔技术自2015年研究，2017年实施至今已安全运行将近4年，社会效益和经济效益明显。本研究对共塔技术的相关内容进行研究，以供相关单位参考。
1 多业务共塔可行性分析
2015年，河南省平顶山中波转播台建成了高125 m的中波并馈式自立塔天线，底部为四边形，中波馈电方式为并馈式，共塔发送中波两个频率为1 098 kHz，功率分别为25 kW和747 kHz，25 kW。2016年开始探索多功能自立塔的多业务发射，设想是在天线100 m处架设一副4层4面的电视U波段偶极子板天线（俗称面包天线）用于1 kW数字地面多媒体广播（Digital Terrestrial Multimedia Broadcast，DTMB）发射;同时在90 m处架设一副调频单偶极子垂直极化天线，用于3 kW调频广播向市区定向发射。经查相关资料和请教专家论证，结论是：在中波自立塔上增加调频和电视发射是可行的。
关键是解决以下问题：（1）自立塔天线增加调频和电视天线后的机械性是否在安全范围内。（2）中波发射对调频和电视的干扰问题如何解决。（3）调频和电视发射对中波有无影响，如有影响如何解决。（4）调频和电视馈线感应高频电如何消除。
经过集思广益、充分论证，2017年，共塔试验成功，一直正常工作至今，达到预期要求，收听、收看效果良好。中波、调频、数字电视的共塔发射可行性分析主要有两方面：一方面，是机械性能的影响，包括调频天线、电视天线、馈线对中波天线塔体荷载、塔体结构、塔体材料的影响。例如，中波发射天线铁塔是否可以承受调频、电视天线、馈线的重量;中波发射天线是否可以承受调频、电视天线安装后的风荷载;调频和电视天线架设在中波天线顶端是否会造成中波天线结构不稳定等[1]。另一方面，是电气性能的影响，包括电视、调频、中波信号的相互串扰，调频天线、电视天线对中波天线方向图的影响。例如，场强图中副瓣是否增多、仰角是否改变;主瓣的仰角、方向性是否改变;高频高压中波信号对调频、电视发射系统及馈线的影响等。
平顶山中波转播台自立式中波天线由中广国际建筑设计研究院设计，设计标准是按照架设两幅4层4面U波段电视天线、6层4面调频双偶极子天线和两个直径2 m的微波天线进行综合考虑的。风荷载设计标准为风压10级、地震烈度8级。塔体钢材采用Q235B优质碳素钢，钢管采用20号无缝钢管，塔柱连接螺栓全部采用8.8级高强度螺栓。刚刚建成的天线铁塔验收合格，天线基础、塔体结构、塔体材质、塔体垂直度均符合设计要求。因此，中波发射天线的机械性能完全满足此次实验要求。
电气性能的影响主要是中波射频信号对调频、数字电视系统的影响。为了减少馈线损耗，3 kW调频发射机和1 kW数字电视发射机直接安放在天调室内，两部25 kW中波发射机和共塔天线调配网络也在天调室内。因此，天调室内电磁环境极其恶劣。因为中波发射机功率总和达到50 kW，远远大于调频发射机的功率3 kW和数字电视发射机的1 kW，同时，调频、电视发射机离中波天线、中波发射机、中波天线调频网络距离很近，中波场强超过120 dBuv/m，所以消除中波干扰就成了此次实验成败的关键。调频、数字电视发射机的安装位置尽可能地远离干扰源、对干扰源采取措施，同时将天线调配网络隔离，专门为中波天线调配网络建了一个电磁屏蔽房，并将中波发射机外壳可靠接地。
中波射频信号会通过基带信号和音频信号传输系统及电源系统窜入调频和数字电视发射机，对发射机造成干扰或损坏。解决的办法是做好调频和数字电视系统的屏蔽可靠接地，对传输音频的信号线和传输数字电视的网线都采用金属箔屏蔽线，集中一端接地、另一端悬空，避免屏蔽层中有感应电流形成;同时，所有信号线一律穿铝塑管，保证屏蔽效果。调频发射机和数字电视发射机的电源都采用开关型穩压电源，电源模块均装有共模扼流圈和高频滤波电容，能有效滤除高频干扰，并且开关型稳压电源对高频干扰本身就有很好的防护能力，因此，电源线采用编织铜网屏蔽线即可。若在实验中干扰信号还未被有效地滤除，可以考虑在调频、数字电视发射机电源进入发射机之前加装1∶1的隔离变压器消除共模干扰;同时将调频和数字电视发射机接地端接地，将数字电视发射机内部各单元模块，例如激励器、功放、功率合成、滤波器等接地端，用裸铜软线串联起来和机壳一起可靠接地，使调频和数字电视发射机自身对中波射频信号屏蔽[2]。
中波天线上的高压射频信号会在调频、数字电视馈管上产生感应电压，通过馈管进入发射机对发射机造成损坏。仔细研究后发现，数字电视发射机自身装有带通滤波器，可以有效地滤除中波干扰信号，并在每个功放的输出端装有隔离器，可进一步降低中波干扰;调频发射机则需要在输出端另外加装带通滤波器，滤除中波高频干扰信号[3]。 几乎与中波天线等高的调频、数字电视馈管与中波天线直接接触，感应的高频、高压中波信号会造成两者之间放电打火，更有甚者会击穿绝缘层烧坏馈管。参考借鉴同行成熟的经验：对馈管与中波塔体进行等电位处理。就是将调频和电视馈管每隔10 m剥去一层3.5 cm长的外聚乙烯绝缘层，用0.8 mm厚、3 cm宽的铜条绕馈管剥去外层的铜管一圈，再用不锈钢抱箍卡紧铜条，铜条一端用螺栓与中波塔体可靠连接。用87硅胶涂在剥开处，再用3M防水胶带绕包进行绝缘防水处理，最后用3M聚氯乙烯（Polyvinyl Chloride，PVC）电工胶带绕包进行机械防护。在对馈管做等电位处理之前，一定要先将馈管在铁塔上固定好，不能再移动。因为馈管等电位处剥去绝缘层后，整个馈管的机械强度降低，若再次移动馈管，剥去绝缘层的地方铜螺旋管容易弯曲打折，造成馈管漏气损坏。
2 调频和数字电视系统的安装调试
首先，安装数字电视天线，将4层4四面U波段偶极子天线安装在中波天线的最高层，层间距离150 mm，红白相间排列。功分器安装在天线阵列的中部，固定于中波塔體内部。功分器为等幅同相输出，功分器末级到天线的连线必须等长，保证等相位。主馈管使用SDY-50-80型号，吊装固定之前用摇表测量馈管的绝缘电阻是否达标。用矢量网络分析仪，采用开路、短路法测阻抗是否也达标。馈管吊装到位后，顶端用馈管专用卡具固定，其余每2.5 m处用卡具固定。注意：等电位处理只是让馈管的外侧铜管和中波铁塔电气连接，不具有固定馈管的功能。所有部件连接紧固后，在接头处涂87硅胶密封，再用自粘胶带包裹。调频天线用单偶极子天线，安装时应垂直于地面，馈管型号为SDY-50-40。连接、固定、等电位处理和电视天馈线系统相同。
其次，调频、电视天馈线系统的安装架设可能会对中波天线的输入阻抗产生影响，用矢量分析仪测量1 098 kHz，747 kHz的天线输入阻抗，并和原来的数值进行比较，发现变化不大，对中波天线调配网络进行微调，使之都符合标准。
最后，将调频、数字电视发射机于相应的馈管连接好，处理好馈管、发射机、信号线、电源线的屏蔽层接地。用地电阻测试仪对接地点的接地电阻进行测量，接地电阻为0.5 Ω，满足接地要求。
调频发射机的信号源一路是卫星接收，另一路是通过专用网送来的光纤信号。数字电视发射机的信号是8套标清节目和一套高清节目，由播控中心打包成E1信号通过SDH光纤网络传输到发射机。
将两部中波广播发射机、调频数字电视发射机低功率开机，注意观察各部发射机的指示参数，特别是反射电压和驻波比VSWR这两项指标[4]。开低功率运行0.5 h各项指示参数均正常。将各部发射机调整为满功率状态工作，时刻观察每部发射机的各项指标，运行0.5 h，各项指示参数均正常。收听、收看各套节目，没有出现干扰现象。实践证明，这次多业务共塔发射实验圆满成功。
3 结语
近年来，该发射机稳定运行，对平顶山地区进行实地收测，覆盖达到预期要求，收听、收看效果良好。利用中波并馈式自立天线实现中波、调频、数字电视共塔发射是完全可行的。中波台开展多业务播出模式，具有节省投资、场地、基础设施建设等优点。
[参考文献]
[1]赵淑兰.中波广播双频共塔天线加顶浅析[J].西部广播电视，2019（24）：235-236，240.
[2]杜世清.中波数字化广播三频共塔带宽展宽与抗干扰的设计[J].视听界（广播电视技术），2011（6）：34-35.
[3]酒冉.中波发射台多频共塔干扰消除的研究[J].西部广播电视，2019（21）：246-247.
[4]李波.浅析中波多工与调频多工共塔技术[J].通讯世界，2017（7）：16-17.
Study on multi-service common tower transmission of
medium wave independent antenna
Song Dongxiang
（Henan Province Pingdingshan Zhongbo Broadcasting Station， Pingdingshan 467000， China）
Abstract：The application of multi-frequency common tower technology in broadcast transmitting stations can effectively reduce the cost of construction projects and realize the full use of station resources. Under the background of increasing land cost and increasing frequency coverage requirements， it has great practical significance for the development of broadcasting and television. This paper analyzes it.
Key words：medium wave; common tower transmission; interference
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