中波发射台高频干扰产生原理及消除方案

杨宗开，袁宏润

（1.云南省广播电视局永仁698 台，云南 永仁 651400；2.云南省广播电视局楚雄692 台，云南 楚雄 675000）

0 引言

广播电视节目可以为受众提供资讯服务。现阶段，电台和电视仍以无线传输的方式播出节目。广播事业采用不同的频段区分广播种类，其中包括中波广播、短波广播及调频广播[1]。中波发射台承担着无线广播的重要发射任务，是目前广播电视发射领域最重要的环节。由于发射台具有覆盖面积较广、建设使用周期长等特点，其容易受场地和环境的限制。中波发射的覆盖范围和信号品质影响受众的广播收听效果。在无线广播覆盖领域，需要有效监控中波发射台的信号传输[2]。

随着近年来我国无线发射技术的成熟、发展，中波发射台的设计工作取得了重大进步，但仍存在许多技术型难点和问题。其中包括中波发射台的高频干扰信号问题。中波发射台的信号包含多个频率的发射信号，一个发射塔在同时段内能够产生多种电波，当多个覆盖频率波段同时传送，会出现噪声干扰的问题。一旦干扰信号的电磁波超过常态运行标准，将导致转播信号质量降低，并且，长期不受控制的大功率电波会造成线路故障，导致广播系统的崩溃。因此，相关技术人员需要分析发射台的信号干扰原理，统计不同类型干扰产生的原因，设计对应的消除方法。本文以此为基础，研究中波发射台高频干扰信号产生原理，根据其产生的本质提出相应的消除方案，为避免噪音干扰提供理论支持，保证广播系统的稳定运行。

1 中波发射台高频干扰产生原理

中波发射台在信号转播过程中，受多种因素影响，会产生较多的干扰信号。当信号频率较高，输出功率变大，直接影响广播系统，扰乱整个广播网络的正常运行。此时需要分析发射台产生高频干扰信号的原理。以下将按照电路中干扰信号的产生源头和类型两个方面阐述相关内容[3]。

转播信号产生时，发射台受到电气信号的影响，能量富余增加，形成高频电波，也称为噪声干扰。使用时间较长的发射台设备容易出现噪声干扰。噪声干扰按照源头可分为外部和内部两种[4]。外部干扰的类型较多。

在提升中频发射台的使用效果方面，广播电台通常会选用稳定的中波在不同频段发射信号，实现多个频段（多频共塔）同时播出。但由于多个发射台所发送的频率信息由同一座天线承载，导致承载过程中产生交互现象。此时天线内的各种频段信号相互影响，导致广播信号转播效率降低，系统的清晰度出现较大失真，受众的视听感受也由此大幅降低。

2 中波发射台高频干扰消除方法

2.1 构建中波发射台信号采集模型

为解决不同转播信号间存在的干扰，减少广播受到干扰的情况，本文构建中波发射台的信号采集模型，以分区域的形式全方位控制干扰电磁波。此次模型设定主要依靠电源电路，并且根据高频干扰产生的原理进行分区处理，按照信号干扰途径的干扰源设置区域，统一采集敏感设备的信号[5]。

在信号采集源头处直接分类出两组控制路径，分别按照干扰源和干扰途径管理设备，并且设定两组途径模块。其中，干扰源主要分为自然现象和人为因素。由于人为因素具有可控性，因此此次信号采集只针对由自然现象产生的干扰源进行处理。如雷电和太阳黑子的自然活动产生大量的电磁辐射，易形成干扰源，干扰无线转播信号。具体信号采集电路模型如图1 所示。

图1 电磁干扰信号采集电路模型

图1 中，电路模型起始位置表示高频信号的感应电压，用QA表示；每个分区内包含发射信号与线路的耦合程度，分别用WO、WP及WE表示，其中，耦合程度越高表示电容量就越大；线路自身等有线电感用J表示。为减少干扰项的统计，在每个分区内的有限电感按经验值进行取值，基本上设置为每米1 μH。

采集过程中，需要对超高电压进行电阻设置。每个分区的负载输入电阻用H来表示，耦合传输过程中的总电阻值用H总来表示，对于中波高频线路，基本设置在100～150 Ω，每个区域内分别为HO、HP及HE。

当干扰途径作为干扰源的能量获取路径时，不同的设备之间能够通过耦合方式，受到一定程度的影响。通过不同距离之间的设备产生信号，隔离分类处理信号。具体隔离方法是利用电阻和电容等串联设备隔离阻断信号。出现干扰信号时，直接将敏感设备隔离，完成高频干扰信号的消除。

2.2 隔离处理消除高频干扰信号

在中波发射台发射多个频段模式下，消除各频率波长的干扰信号，是提高广播信号传输质量的基础。在塔间分段波长距离相同的状态下，采用阻塞网线技术控制干扰信号，控制方法主要为隔离处理传输路径的信号[6]。同时，根据具体频率的搭载环境，合理配置发射台的回波天线，以目标信号接收功率作为隔离分类的判断标准。利用波形方程进行计算，采用各方面辐射天线的发射电磁波路径等，主站雷达接收回波功率的表达式为：

式中：DI表示接收回波的功率，DU表示发射的信号功率，K表示天线自身的增益数值，CV表示天线有效接收面积，表示目标信号反射区域面积，B表示与目标发射点的有效距离。

选择隔离分类路径时，路径需要匹配发射功率，以合适的滤波网络消除干扰。在此过程中，需要注意匹配过程应将发射台与发射波作为一个整体看待。

由于阻断隔离中允许通过的工作频率信号同样存在较小阻抗，其对于整体发射环境来讲，需要同时兼顾安全信号和干扰信号的可用功率[7]。设置回波天线的接受目标信号，在信号发射台和回波天线中存在基线距离U，通过目标信号的反射面积，回波天线的接收面积为CV，计算直达波与目标信号的功率比值，表达式为：

式中：DS表示目标信号接收中回波天线产生的功率，DX表示同阶段直达波产生的干扰功率，在转送过程中，目标信号会传输一定的距离，用BZ来表示其结束后所处位置与回波天线的距离，BY表示发射波与信号发射台的距离；信号塔台自身天线增益用KY来表示。另外，目标信号在接收时，回波天线产生了主瓣增益，用KZS来表示；干扰信号产生了旁瓣增益，用KZX来表示。

在隔离目标信号时，如果接收面积与增益效果成正比，表明在信号发射过程时，中波发射台符合安全距离，反之设置的中波发射台高度为不符合发射距离，此时的发射信号为高频电磁波干扰信号，需要根据信号分类实现信号干扰阻断。至此，在中波发射台信号采集模型中，分类干扰信号转播路径，完成消除方案设计。

3 实验分析

为验证设计的方法具有实际应用效果，能够消除中波发射台产生的高频干扰，采用实验测试的方法进行论证分析。此次实验的主要测试目的为：对中波发射台运行期间产生的高频干扰信号进行有效拦截和消除，并消除中波发射台机房内音视频监控网络设备的高频干扰，以保证中波发射台发射机房内电气设备的正常使用。实验选择某运行中的发射台为测试对象，主要针对其中云南省广播电视局某中波台多频共塔发射机房音视频监控网络设备的的干扰问题。统计设备近半年的安全播出运行数据，根据数据模拟发射机房各种电气设备和传输网络出现高频干扰现象，并抑制机房内音视频监控网络设备高频干扰，验证该解决策略的有效性。

将选择好的数据上传至Matlab 测试平台，按高频信号数据的大小进行顺序排列，出现干扰信号后，数据不再发生变化，具体样本如表1 所示。

表1 中波发射台高频信号样本数据（单位：kW）

根据表1 中的数据，在选择的该月历史数据中出现三次信号干扰（分别是12 月05 日，12 月18日及12 月30 日），按照高频干扰信号的特征，电磁波辐射强度越大，产生的信号输出功率就越高，可以判断在电磁波辐射超过10 kW 时，发射台机房内音视频监控网络设备受到干扰。为保证干扰信号不会对机房内音视频监控网络设备产生影响，将本文设计的方法应用在发射台机房内音视频监控网络设备中，同时在测试平台引入文献[6]方法，对比这两种方法的性能，比较不同干扰信号消除方法的应用效果。

在干扰信号发出阶段出现瞬时电压，在消除干扰时，整体消除时间在2 s 内即可认为具有一定的干扰消除效果，能够在一定程度内减压，平缓其输出电磁波的功率。但超过额定期限时，就会对中波发射台机房内音视频监控网络设备的正常通信造成影响。实验中分别测试两组方法，消除中波发射台机房内音视频监控网络设备中的干扰，效果如图2 所示。

图2 干扰信号消除效果对比

根据图2 所示，应用两组消除方法，消除方法均对机房内音视频监控网络设备干扰信号产生一定的抑制作用，但是效果不同。本文方法在高频干扰信号产生时，能够同步进行消除处理，将超高功率控制在标准范围内，保证机房内音视频监控网络设备的稳定运行。而两组方法对邻近高频干扰的信号的功率能够进行消除，当电磁波功率超过满功率10 kW 时，消除时间超过额定标准2 s 的设定，且在15 kW 功率时无法有效判断干扰信号。

综合实验结果可知，本文设计的方法能够阻断高频干扰信号，在设定的时间内及时消除干扰信号。该方法减少了机房内音视频监控网络设备故障产生次数，具有实际应用效果。

4 结语

本文以中波发射台发射的高频信号源头和类型为基础，解析高频信号产生高频干扰的原理，并对此提出解决方案。从构建高频信号采集模型出发，分类不同信号的传输路径，有效隔离正常信号，完成高频干扰信号消除。实验结果证明，应用本文方法，可以有效管理实际运行的中波发射台，该方法在设备发出高频干扰信号时能够直接消除干扰信号，具有实际应用意义。在测试该方法的过程中，只测定了单一方面，信号的消除效果没有具体评估，所得结论存在一定偏差。后续研究中，将针对不同干扰信号进行多方面的测试，深层次地剖析高频信号的消除效果，为广播电视系统的稳定运行提供理论支持。