探析多工器技术在调频发射系统中的应用

高晓岚（河南省广播电视发射台,郑州　450001）

探析多工器技术在调频发射系统中的应用

高晓岚
（河南省广播电视发射台,郑州450001）

近年来，随着电子技术和通信技术的不断发展，广播电视事业也在不断的进取，每一个电台都把无线调频广播为主要发展方向，目前，多频调制、频率共享一个广播天线是无线发射台站最经济实用，并广泛使用方法。本文以调频多工器为例，重点介绍了多工器的组成，工作原理及使用中存在的一些问题和注意事项。介绍了星型双工器和恒输入阻抗带通桥式双工器工作原理。希望通过本文的论述，对同行有所帮助。

多工器；调频发射；定向耦合器

1　概况

调频多工器是系统可以用来发送多个频率的无源元件，它的一个显著特点是不需要设置多个天馈系统，可以实现多频点传送在同一时间。实践证明，多工器在调频系统内的使用，不仅使无线发射系统天馈部分变得简单，更节省了天线的空间，降低了设备投资和运行成本。并且由于多工器自身所有的隔离滤波作用，大大降低了多天线的近的距离所带来的串扰现象。对发射机房室内空间的使用也有很大的帮助，因此，多工器被广泛应用于调频广播发射系统。

2　调频多工器的组成及工作原理

调频多工器的构成是由一组星型双工器和桥式双工器（又称滤波式双工器）组合得来的，两个带通滤波器或谐振滤波器组合称之为星型双工器，每个输入端都表现为窄带特性。工作中对多工器的选用要因地制宜根据发送节目频点之间的间隔和发送节目的数量来具体决定多工器的配备类型。桥式双工器使用两个3dB耦合器和两个带通滤波器,它的功率输入端不选用谐振器件，因此在输入端口呈现宽频的性质有稳定的输入阻抗，所以这种形式易于级联扩展，并且频点之间的隔离度能达到较为理想状态。

2.1星型双工器的工作原理

星型双工器构成是以两个带通滤波器谐振腔（f1，f2）和T型三通连接构成，使用中两个带通滤波器的谐振腔分别对应自己相应的频点而对另一个频率起到很好的阻挡作用。又因为连线L1和L2的长度对f2和f1在T型接点均呈现全反射的开路特性，从而使得f1 和f2可以互不干扰一起通过馈管输出。为保证通过星型双工器两个频率点互相之间有较好的隔离度，选用的频率f1和f2频率间的隔离4MHz以上。

2.2桥式双工器的工作原理

两个相同的3dB定向耦合器（3dB耦合器作为功率分配和功率合成器广泛应用于调频系统内）、4个谐振腔带通滤波器、两条等长的同轴馈管及50Ω吸收负载共同作用组成桥式双工器。通滤波器是由两只同轴式谐振腔装配而成。腔体之间的耦合用固定式耦合窗实现，窗口取得合适尺寸，就可以使滤波器的滤波性能在整个调频波段内达到一致，此时，只要对腔体内的导体长度进行改变就可以让需要的频率通过，达到滤波的目的。改变腔体内的导体长度其本质是对电容量做出改变，从而达到调节输入输出耦合环调节电感进行滤波。

桥式双工器由两组带通滤波器谐振腔和两个3dB耦合器及吸收负载等组成，两组带通滤波谐振腔均谐振于F1，这样F1信号被第一个3dB耦合器等分后直接通过两组带通滤波谐振腔，第二个3dB耦合器的作用是相反的，使被等分的信号在输出端合并输出，F2被第二个3dB耦合器等分后，由于滤波腔重新被第二个3dB耦合器合并到输出端输出，通常F1称为窄带输入口，F2称为宽带输入口，它能输入除F1以外的所有频率(要求与F1相隔1MHz以保证系统单元对隔离度的要求)。

3　多工器使用和调试步骤

随着当今人们对精神生活的要求越来越高，广播电台的频率设置也有了很大的发展。每个台站都会根据不同的收听人群推出广播节目。我台就使用了两套多工器郑州交通广播（91.2MHz）、郑州新闻频道（98.6MHz）组成的调频双工器和省音乐频道（88.1MHz）、省影视频道（90.0MHz）、省新闻广播（95.4MHz）、省戏曲广播（97.6MHz）及省故事广播（99.9MHz）组成的调频五工器，调频系统投入使用五工器，对机房最大的优势是节约了有限的机房空间，降低了设备的维护成本，提升了系统的可靠度。

3.1多工器的安装注意事项

多工器的使用对环境的要求不像发射机那样对环境要求苛刻，但使用时候也要根据发射机的位置合理规划多工器的安放地点，以便于安装调试和降低射频信号的衰减。必须注重馈管的内部连接芯必须使用和外部相同的国家标准件，因为新老件可能有一定的差异，如果因尺寸不一而造成的连接不紧，在设备的使用中极容易造成打火现象击坏多工器。

3.2多工器的调试

由于多工器是每个无线发射台站需要使用的设备，因此，设备的制造商对多工器的维修调试的工作量会增加，一旦各个台站的设备出现故障，请工厂技术人员修复，不仅延迟时间，而且将会增加成本。所以，配置必要的工具，掌握调试经验，缩短设备维修时间快速修复具有十分重要的意义。

（1）常用工具：网络分析仪，和发射机距离相应的馈线若干以及标准阻抗原件。

（2）带通和带阻功能对某一频率而言依靠于频率合成器内调节腔内部导体长度进行调整的，通过长度计算调整使得谐振腔的谐振频率和输入频率相同，另一个是腔带通特性是通过调节耦合环从而进行改变，作为一个整体或带通及谐振特性曲线可以由内部导体和耦合环改变长度进行调整，直到达到系统测试。

（3）桥式双工器的调整步骤：首先确定3dB耦合器和带通滤波器端口是否紧密的结合，按照测试规范状态确定分析仪符合连接输入和输出的规格，插入腔损耗和反射值调整到最佳位置的规模，射频在腔体的吸收负载端口处，其目的是衡量整个腔体的隔离度。最后，射频连接到腔体输入端口，测量宽带输入端口之间的隔离度以及窄带输入端口的隔离度，因为在桥式双工器上配置有3dB耦合器和带通滤波器，这两个信号之间的隔离度高，一般大于40dB，反复调整，直到确认连接完好，指标符合要求。

（4）星型多工器调整顺序如下用硬的馈线将两个调整好的带通滤波器连接，分析仪射频进端与滤波器F1输入端紧密连接，将测试仪的射频输出端和滤波器F2的输出端连接，F2滤波腔输入端接入标准的阻抗原件。反复调整，直到确保插入损耗和反射损耗达到最佳；然后射频输出端与F2滤波腔的输入相连接，F1输入端和标准阻抗连接，同时反复调整，使其测量数据达到最佳。调整后，F1滤波器输入端和射频输出相连，射频输入端连接到F2滤波腔，可以测量F1，F2隔离度。

（5）该多工器的整体调整的步骤是：首先将各单元重新调整连接完成后组装成一整体，再进行系统调整。调整顺序应从靠近天线面板一端开始，指标测试达标后，将这一单元作为一个系统负载对前一级再次进行调整。直到系统全部调整完毕，最后要确认各连接单元间的紧固螺丝都处于锁紧状态。

3.3需要注意的一些事项

（1）寄生辐射。通过多工器向天馈系统进行馈电时候如果连接不紧密，很可能造成射频泄露，隔离度不能满足要求，这将是交叉调制而造成寄生辐射的作用。所以3dB耦合器在桥式双工器是否产生泄漏中发挥很重要的用途，可以看到此处加带通滤波器的用处；在星点双工器内，对滤波器所具有的滤波特性要求较高。

（2）失真增大。对多工器而言拼接在一起的的宽带特性，信号失真系数几乎没有任何增加，如桥式双工器；但是，在某些频带窄的双工器，像星型双工器，当两个载波间距很小，因为一个窄的带通滤波器的传输特性，所以失真增加。但如果我们的星型双工器频率差在14.3MHz，基本不用考虑其失真的变化。

（3）信噪比、串音及左右分离度。寄生辐射如果处理不得当，落在载波频率内，将直接导致该载波频率的信噪比、串音、左右分离度指标都会产生变化，有此现象出现，要加以测量和及时调试修整。

4　结束语

调频多工器是实现多频率发射机共用一副天线的很好方式，多工器元件选用恰当，对发射机的覆盖效果和工作状态直接相关。本文首先对多工器的基本结构，功率合成原理以及实践中常见的多工器类型入手，对多工器的调试方法、使用心得、维护技巧、注意事项与从事广播电视工作的技术人员进行探讨。多工器的使用可以很好地实现广播电视发射不同工作频率和提高天线使用价值的目的。多工器的维护相对简单。首先，是要使散热好，周围的环境通风良好。此外，巡机时候加强对多工器连接节点的关注。如果的吸收电阻对功率吸收的容量不是太大，可能原因是天馈系统的失调（可能由分馈线接头接触不良造成）或某一个多工器的瞬态工作条件差状态不好，从而导致了比较大的电源隔离，以致使吸收电阻烧坏，不再是50Ω阻抗，使整个系统端口阻抗失去匹配。因此，定期检查吸收电阻以及发射台站的天馈线系统。确保无线调频信号可以顺利通过调频多工器和天馈系统被用户良好接收。

[1]修庆波.浅析调频发射天线多工器[J].才智,2012(32).

[2]张伍才.调频发射天线多工器工作原理[J].内蒙古广播与电视技术,2004(04).

[3]张英杰.调频多工器工作原理与日常维护[J].电声世界,2013(11).