多工器在广播电视发射系统中的应用

龙向阳

(大连新闻传媒集团发射台,辽宁 大连 116000)

1 概述

新中国成立70年来，广播电视作为主流价值的引领者、社会进步的讴歌者、中国故事的讲述者，不仅见证了国家70年沧桑巨变，自身也经历了跨越式发展，目前正以融合创新的姿态跨入新时代。随着社会的快速发展以及人民物质文化生活水平的提高，我国的广播电视事业有了长足的进步。广播电视台制作的节目内容正在不断细化，使得广播电视台制作的节目套数在不断地增加。但是绝大部分的广播电视发射台的铁塔容量小，且增设天线不易实现，限制了广播电视节目套数的增加。在这种情况下，多工器设备应运而生，解决了以上困扰。

多工器是将两部及以上广播电视发射机发送的信号一起送入天线系统，使这几路节目信号相互隔离的组合网络。它实现了多部不同频率的发射机共用一副发射天线，强有力地解决了铁塔的有限空间与发射频率点之间的矛盾。利用多工器可以实现多套广播电视节目通过一套天馈线系统发射出去，使得每部发射机和天馈线系统良好匹配连接，且每部发射机之间都互不干扰。多工器极大地节约了资源，节省了经费，对提高了铁塔的发射效率，减少维护量起着极其重要的作用。同时由于多工器本身自带的滤波器，极大减少了多副天线因为距离太近产生的串扰。

多工器是一种无源器件，它采用了频率防漂移的工艺，可以确保系统的稳定性。采用积木式这种设计方式，提高了系统的工作性能和稳定性，根据频道所使用的频率间隔和频率数来组合成双工器、三工器、六工器、十二工器等各种形式，可以随意的增加或减少输入路数且安装时方便迅速，能够在全频率段下覆盖通用，这样使得更改节目的频点变得简单方便。

2 多工器的工作原理

多工器是由几个双工器组合或扩展而成的。双工器又被称作天线共用器，是一种比较特殊的双向三端口无源器件，包括了两个信号输入端口和一个信号输出端口。两种不同频率的节目信号从两个信号输入端口分别进入，经过双工器的处理后，毫无损耗地在信号输出端口合成为一路宽带信号。多工器是一组非叠加的滤波器，这些滤波器在组合方式上确保不相互加载，并且在信号输出的时候保持高度隔离。

双工器是由螺旋振腔体滤波器串联谐振来构成的，腔体滤波器由金属整体切割而成，结构牢固。腔体的品质因素、耦合系数等参数都对滤波器滤波特性有很大的影响。由于双工器的工作频率很高，对双工器的分布参数影响很大，于是常把它做成一个密闭的腔体，每个信号馈线都采用了屏蔽效果较好的同轴电缆腔来作为载体。腔体的形状和材料本身也要求有一定的光洁度，为了利于散热，它的外观通常为黑色，这种技术叫做氧化发黑工艺。双工器采用了这种工艺处理后,提升了辐射率也提高了散热效果，另外还可以使双工器的表面相对稳定且不容易氧化。双工器的两个输入信号端和一个输出信号端在一般情况下，都采用标准的高频接插件Q9头或L16型射频头。

双工器的‘双工’功能可以由许多种方法实现，能够实现‘双工’的网络有以下几种：3DB耦合器、谐振带通滤波器、T型滤波器等。但是单独使用上述设备时却很难兼顾带宽、隔离度等技术指标。所以往往在实际使用双工器时，大部分都是通过合理的组合以上各个部件来实现双工。典型的电路有星型双工器、滤波器和3DB耦合器组成的桥型双工器。也可以将星型双工器和桥型双工器的宽带输入端扩展级联组合成三工器、六工器、十二工器等具有多路输入功能的多工器。

1) 星型双工器的工作原理

星型双工器的组成结构为两个带通滤波器腔体T型相连接，每一组选定的频率就对应为一个带通滤波器腔体，特定结构就把另一组频率阻塞在外边。这是因为带通滤波器的谐振腔体长度对另一组频率产生了全反射，呈现了开路这种特性。正是因为这样，两组不同频率的信号就可以互不干扰地输出。

2) 桥型双工器的工作原理

桥型双工器的组成结构为吸收负载、两个滤波器谐振腔体、两个完全相同的3DB定向耦合器、两条同等长度的同轴馈管以及若干个弯头共同组成的。从任意一个端口看进去的每个输入阻抗都是在一定范围内的恒定阻抗，从而实现了带宽匹配。

其工作原理是一组频率信号从左侧输入端经过第一个3DB耦合器后一分为二，分别进入上下两组滤波器的谐振腔体中，谐振腔体对这种频率信号呈现并联谐振状态，信号毫无阻碍地通过了滤波电路，随后进入到第二个3DB耦合器，信号在右侧输出端同相叠加后送往发射天线。且在右侧输入端反相与之抵消，因此这种频率信号不会对另一组频率信号产生串扰。另一组频率信号从右侧输入端进入第二个3DB耦合器后一分为二，分别进入上下两组滤波器谐振腔体当中，谐振腔体对另一组频率信号呈现全反射状态，信号在右侧输出端口同相相加，在右侧输入端口反相抵消。当两组信号同时送入多工器时，最终在右侧输出端口合成后送往发射天线，实现了频道合成功能。

3 双工器的性能指标

1) 双工器的工作频率及其带宽。双工器的工作频率范围应当比节目信号本身的工作频率范围要宽。双工器的带宽可以理解为双工器网络中，等效的两个带阻滤波器的阻带带宽，而不是取决于滤波器的通带带宽。从双工器的频率响应曲线上来看，带宽即是网络中的两个阻带曲线在衰减到一定量时的频率范围。VHF波段(米波)和UHF波段(分米波)的电视发射机的高频输出带宽不会低于8 MHz。电视发射机的高频输入和高频输出带宽都是相对较宽的，所以对于电视发射机的双工器带宽就有一定要求，电视发射机双工器的工作频率范围为470 MHz～860 MHz，频道带宽最低为8 MHz。

2) 双工器的隔离度。双工器的隔离度主要指的是双工器对两组不同的频率信号产生相互影响大小的这种隔离能力。双工器的隔离度越低，在两组不同频率的信号之间产生互调干扰的可能性也就越大。互调干扰越大，就会极大地降低广播电视信号的发射能力。为了保证广播电视节目安全优质播出，在双工器系统中，连接双工器的任意两部广播电视发射机的隔离度要足够的大。电视发射机的双工器隔离度最低为45DB，广播发射机的双工器隔离度最低为30DB。

3) 双工器的最小频率间隔。通常来说，双工器的最小频率间隔指的是在保障广播电视节目发射性能指标的情形下，双工器的两组不同输入频率之间的最小间隔值。我们国家规定双工器的最小频率间隔一般为24 MHz，也就是3个电视频道的带宽，因为每个电视频道的带宽都是8 MHz。

4) 双工器的插入损耗。双工器的插入损耗是指信号经过双工器后的衰减值，插入损耗越低整机输出功率就越高，这样大幅度地减少了整机功放的发热量。滤波器谐振腔体的尺寸大小和材质都影响了插入损耗的大小。双工器的温度升高导致工作频率产生漂移，工作频率漂移会使插入损耗加大，而插入损耗的加大会使温度进一步地升高，陷入恶循环状态，所以要保证插入损耗要足够的小。

5) 双工器的频率稳定度。一般来讲，双工器的频率稳定度包含了两个方面，一是双工器自身结构的稳定性，使双工器的分布参数保持一定量的稳定性；二是双工器的温度稳定性。双工器是一种具有分布参数的由金属整体切割的腔体滤波器，腔体滤波器的分布参数决定了双工器的频率响应曲线。

总之，双工器的技术指标有很多，但是它们并不是相互独立的，而是互相影响的，所以我们在选择双工器时应当综合考虑。

4 双工器的安装调试以及日常维护

1) 双工器的所有信号输入端要做到阻抗匹配，这样才能比较好地传输能量。双工器的插入损耗要尽可能的小、要有足够的隔离度。插入损耗越小工作频率就越稳定，隔离度越低就会大幅度降低交调干扰。但是为了保证相互之间的隔离度，滤波器的带宽就会做得比较窄，可能会使信号产生失真。因此，在调试双工器的时候必须兼顾带宽和隔离度，这样才能使发射效果最佳。

2) 双工器的吸收电阻在理论上是无输出的，而在实际应用中却存在一定的输出。日常巡检的时候若是发现吸收电阻存在损坏的话，应该及时换上新的，以免使得阻抗不匹配。

3) 双工器易受工作环境以及震动所影响，在安装以及设备正常使用时，切勿随意调整位置以及参数。因为厂家在出厂前已经调整完毕，自身因缺乏专业仪器很难达指标，使设备技术性能发生改变，影响发射机的正常使用。

4) 日常巡检时，应注意双工器的弯头以及铜管的接头和插芯。因设备长时间运行，以及机房的震动，可能会出现松动现象。设备接触不良就会导致温度上升，对安全优质播出不利。碰到问题要及时解决，要把故障处理在萌芽之中。

5 结束语

在日常工作中，实际安装使用多工器时，应该具体问题具体分析。对系统的可扩展性和频率稳定性要考虑周全，同时还要兼顾成本问题。应该特别注意，多工器的各个接口和相应插件要紧密配合，不能出现松动的迹象。多工器的技术指标，例如插入损耗、隔离度、频率间隔、带宽都要符合相应标准。