板障山隧道多载调频波同频广播的实践与应用

梁剑

摘 要：珠海是一个多山丘的城市，板障山隧道是珠海市区的主要交通要道，直接贯通城市的南、北方向。多年来，隧道内一直都无法收听到无线调频广播。该文主要叙述通过在隧道内进行多载调频波同频广播，在实施方案中最后利用同轴泄漏电缆作为多载调频波的主要载体，终于比较圆满解决了板障山隧道内调频广播覆盖的问题，为珠海的调频广播覆盖事业划上了比较完美的句号。

关键词：调频波 多载波同频广播 狭窄传输空间—— 隧道 泄漏电缆 实验 测试 覆盖效果。

中图分类号：TN93 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）11（a）-0056-03

随着科学的发展和人民生活水平的提高，有车一族在今天不再是一件新鲜的事儿，相反，汽车、小汽车已逐步成为人们代步的交通工具。人们在开车、搭车的同时，对城市交通信息、无线资讯、时事新闻、CD音乐的需求越来越高。在这种情况下，珠海板障山隧道无线广播覆盖的问题被再次提到议程上来，并且随着时间的推移，人们的呼声越来越高……。

按上级领导的要求，珠海广播电视台发射中心在领导的带领下，进行了大量的技术探讨，资料搜寻，实地考察和理论实验，在当时资金比较少的情况下，最终确定在板障山隧道内进行多载调频信号同频广播。

1 实前技术探讨和理论实践

1.1 板障山隧道的物理结构和特点

板障山隧道的地理位置和物理结构较为特殊，它位于板障山山脉的中心处，经人工开凿而成。隧道是按双向四车道单向行车设计，南、北贯通珠海柠溪和拱北。隧道长1.21 km、宽12.3 m；（两孔）、高7.45 m，其顶呈半圆状。两孔的中间（北端口，北向南600 m）有通道相连（通道：15.5×3.5 m）。珠海板障山隧道北端口图（如图1）。

1.2 板障山隧道无线调频广播的覆盖情况

珠海主要调频广播发射基站位于景山公园的船底山（海拔：148 m）上，离板障山隧道约12 km，位于隧道的东边，同属于板障山山脉。基站调频发射天线有效发射高度320 m左右（海拔），发射天线的极化方式为：（H）。同一付天线发射的调频波有：珠海FM 95.1 MHz（5 KW）、珠海FM87.5 MHz；（5 KW）、中央音乐之星FM99.1 MHz（3 KW）、广东珠江经济台FM103.8 MHz（3 KW）。

板障山隧道的调频广播覆盖情况：隧道的两端，南端口和北端口有信号，接收电平≧55 dBuv；南端口、北端口向隧道内延伸60 m左右，可听到广播声音，其余无信号覆盖。[1]

1.3 影响调频波在隧道内传输的因素。

隧道作为一个纵向传输的狭窄空间，其四周由混土构成，调频波在其内传播时必然具有不同于地面调频波的传输特性。调频波频率低，波长长，当它在隧道等狭窄空间传播时，影响它的传播因素如下。

（1）调频波在狭窄的隧道内传播时，有一部分能量被折射入隧道的土壤里被土壤吸收，隧道内土壤的导电率大小决定着调频波的被吸收程度。实践证明：无线电波在导电率较高的土壤里传播时其衰减是很大的，并且随着频率的增大，其衰减会随着距离的增加按指数规律变化。据统计，土壤的导电率为10-3/Ω.m，工作频率为100 KHz时，无线电波在土壤中传播衰减为：170 dB/km，工作频率提高到1 MHz时，衰减为550 dB/km；当土壤的导电率为：10-3/Ω.m，工作频率为100 KHz时则衰减高达1720 dB/km。[2]

（2）隧道的几何形状和横截面尺寸对无线电波的传输距离有着重大影响。当在隧道内发射电磁波时，由于隧道几何尺寸的狭窄，会从隧道的多个面形成“无数”次的多径反射，在接收点，它们和正向波叠加在一起会形成“无数”次的干涉现象，它会很快地消耗电磁波的能量，致使无线电波无法在隧道内传播较远的距离。

（3）隧道内的抽风设备和行驶中的车流也会对调频波的传输特性造成破坏。行驶中的车辆越高大，造成的影响就越大。我们曾于隧道内做过这样的实验：在隧道旁边用扫频仪测量一支5单元宽带调频发射天线的幅频特性（天线架设6.0 m高，水平极化），当没有汽车经过时，其幅频特性是比较平坦的；当只有小汽车经过时，影响不大；当公共汽车和大型卡车经过时，其幅频特性的高端就会变得比较差，而且不稳定。

（4）调频波在隧道内传播时，发射功率的大小对它的传播距离影响不大。

我们曾于隧道内做过这样的实验：于隧道内架设一支5单元宽带八木调频发射天线。天线设于6.5 m高，增益≧8 dB、最大输入功率为200 w、极化为（H）。用一台100 w的调频发射机（95.1 MHz）对其发射，传输1 Kc信号。开始时发射机输出功率为5 W，用汽车收音机收听，记录收测效果和传输距离；其后把发射机输出功率调到30 W和70 W，发现信号的传输距离均为300 m左右。汽车离发射天线较近时，收听的信号清晰，汽车行驶两百多米时出现噪声，超过300 m时噪声越来越大，再行几十米就听不到声音。

1.4 板障山隧道北端口顶部调频信号收测情况

收测位置：隧道北端口顶部。

收测条件：八木五单元调频接收天线（参数见表1）、铁架一个，水管一条（长3 m、Ф6 cm），天线方向对向船底山发射天线。用频谱仪收测数据见表2。

2 实施方案（一）

2.1 工作原理

利用多载波同频传输技术，将隧道外收到的多载波调频信号用小功率发射机放大后，在隧道内对多付天线进行发射，从而实现调频波在隧道内的传播和覆盖。

2.2 基本材料设备（厂家订做）

八木五单元调频接收天线一支、调频段四路带通滤波器一个、有线电视放大器；MW-BLE-H）三台（参数见表3）、八木五单元调频发射天线四支（参数见表1；使用“八木”原因：收、发天线具有互易性，双偶极子尺寸过大）；100 W立体声调频发射机一台；（可达国标GY50—89乙级指标，要求：发射机的输入电平≧90 dBuv时，可达100W输出）；功分器三个；同轴电缆SYWV-75-12630 m（参数见表4）、HCAAYZ-50-22皱纹射频同轴电缆120×4 m（参数见表4）；相应接头一批。endprint

2.3 信号流程图（图2）

信号流程：

将接收天线收到的四套调频信号经带通滤波器处理后，用SYWV-75-12同轴电缆送到北端口，于该处安装第一级模块放大器（输出电平：92—— 102dBuv）；将放大后信号用75Ω电缆；同上）向隧道内传送300 m，于该处安装第二级放大器（电平同第一级）；然后再用75 Ω电缆（同上）将放大后的信号送到离北端口600 m处两孔的通道内。于该通道内安装100 W发射机和第三级放大器（电平同上，将其输出送入发射机）；将发射机放大后的信号用三个功分器分为四等分，然后用HCAAYZ-50-22同轴电缆分别送入四付发射天线进行发射。天线的位置：每个孔道两付发射天线，设于孔道圆顶6.5 m高处，水平安装，分别离北端口500 m和700 m，两发射天线辐射方向相反，一付指向北端口，一付指向南端口。

2.4 板障山隧道调频广播覆盖的实测数据和效果

（1）用小汽车上的收音机进行收测，在隧道内均可收听到四套调频广播信号，大多数地方收听还是比较清晰的。但也有三处地方收听的噪声比较大，它们分别为（对北端口）：80～200 m、550～650 m、1000～1120 m处。

（2）发射机输出30 W和输出70 W的收测效果相差不大。发射功率与反射功率数据：30 W时，反射功率为1.2 W；60 W时，反射功率为2.1 W；70 W时，反射功率为3.6 W。

（3）该方案2006年建成到2010年6月结束将近工作四年时间。期间故障发生比较多。其原因：由于隧道的工作环境差，灰尘大，温度较高，导致发射机的散热风扇损坏比较多，当发射机的散热风扇损坏时也容易损坏功放管。另外，发射机的保护次数也略多，断电重启后发射机可工作。这可能跟高大的车流有关，偶尔会引起发射机驻波比过大保护。

3 实施方案（二）

3.1 更改实施方案原因

板障山隧道重新装修，所有设备必须拆离；故障率较高，维修极不方便；覆盖效果不理想；国内生产的泄漏电缆性能已达到国际先进水平，价格大幅下调。

3.2 工作原理

利用多载波同频传输技术，将隧道外收到的多载波调频信号用小功率发射机放大后，送入泄漏电缆。根据泄漏电缆既具有同轴电缆传输线的功能又具有发射天线的辐射功能的特点，把泄漏电缆作为多载波调频信号的传输载体，这样既解决了隧道内信号的传输问题，又解决了隧道内接收点的信号电平问题，从而实现多载调频信号在隧道内的传播和覆盖。

3.3 基本材料设备

八木五单元调频接收天线一支，调频段四路带通滤波器一个、有线电视模块放大器（MW-BLE-H）一台，100 W立体声调频发射机一台，功分器一个，同轴电缆 SYWV-75-1230 m，HCAAYZ-50-22皱纹射频同轴电缆20×2 m；RMC50L-158-1泄漏电缆1200×2 m（参数可参考汉胜漏缆技术指标）；HCAAYZ-50-12跳线2×2根。DIN接头一批，吸收负载（50 Ω、5 W）2个。

3.4 信号流程图（图3）

信号流程：

将接收天线收到的四套调频信号经带通滤波器处理后，用SYWV-75-12同轴电缆送到北端口，于该处安装一个模块放大器 （输出电平：92—— 102dBuv），然后将其输出送入100W立体声调频发射机进行放大，将放大后的信号用一个功分器分为两等分，通过两条同轴电缆HCAAYZ-50-22，分别送入两条同轴泄漏电缆RMC50L-158-1进行信号传输和覆盖。

3.5 泄漏电缆设计预案。

（1）95%覆盖漏缆末端的最小功率要求。

根据RMC50L-158-1的技术参数可知：RMC50L-158-1的耦合损耗为68dB，每百米损耗：0.82 dB（120MHz）；隧道的宽度因子：20×logD/2（D为隧道宽度，实际为7米，6.15米是车道宽度）；衰落余量：10 dB，则：漏缆末端的最小功率；X）要求：X-（68+20×1og7/2+10）≥-62dBm，得X27dBm。

（2）漏缆末端实际功率。

发射机输出为60W（约47.5dBm），接头及连接电缆HCAAYZ-50-22（20 m）损耗1dB；漏缆接头及跳线（2根）损耗：2dB；1200 mRMC50L-158-1损耗：1200×0.82=9.8dB；一个功分器损耗：3.5dB。则：漏缆末端信号强度：47.5-3.5-1-2-9.8=31.2dBm>27dBm。

（3）漏缆末端车体内信号强度（Y）计算。

Y等于漏缆末端信号强度减去漏缆耦合损耗、减去空间损耗；6dB）、减去衰落余量。即：Y=31.2-68-6-10=-52.8dBm>-62dBm。设计满足覆盖要求。[3]

3.6 应用泄漏电缆，隧道内调频广播覆盖的实测数据和效果

（1）发射机的输出功率为60W，反射功率为0.2W，反射功率不随输出功率的大小而变化。

（2）用小汽车上的收音机进行收测，时速50 km/h，结果：四套调频广播均清晰，信号平稳，无噪声和阴影区。

（3）发射机安装在隧道口，通风效果好，工作温度比较低，故障大幅下降，方案；（二）从实施到现在基本上没有出现过保护方面的故障。

4 结语

板障山隧道调频广播是一个比较复杂的系统工程，技术难度相对较大。材料、设备的科学性、可靠性、稳定性是项目成功的关键。珠海是一个多山丘城市，要想实现珠海郊区隧道的调频广播覆盖，目前无论是资金、技术压力是比较大的，但随着光技术、泄漏电缆技术的广泛应用，珠海调频广播覆盖事业必然会出现一个新的局面……。

参考文献

[1] 方德葵，倪世兰，钱岳林.电视与调频发送技术[M].北京：中国广播电视出版社，2005.

[2] 李继生.地铁隧道电磁波传播特性的研究[J].天津：天津科技大学学报，2005，20（1）：34-36.

[3] 郝云飞，李来杰，傅文中.泄漏电缆轻轨干线覆盖工程设计研究[J].电信工程技术与标准化，2010（7）：31-33，endprint