调频发射机天馈系统调试

宋 卓

（吉安八四一台，江西 吉安 343000）

0 引 言

很多司机开车时，经常会通过收音机收听调频广播。一般调频广播的音质与信号都比较好，抗干扰能力强。调频广播节目中可能有多个频率来自同一个调频广播发射台，调频广播要求信号强度高，覆盖面积广，这就需要将调频天线架高，同时要求发射机的发射功率要大[1]。如果每个频率的发射机都配备一个铁塔作为天线，一座铁塔的建设成本上百万，将使造价成本变得非常昂贵。为节省资金，各个站台都采用先进的多频共塔技术，利用一座铁塔便可架设多个发射机的天线，同样可以很好地将广播信号辐射出去。实现多频共塔，需要用到多工器，将多工器通过馈管连接到发射机，再将馈线一端连接到多工器的输出端，另外一端连接到铁塔，将铁塔作为发射机的天线。铁塔建设完成后，馈线与铁塔的参数就不再发生变化，在不同频率下，其阻抗是不一样的[2]。此时多工器就起着阻抗变换的作用。通过调节多工器，可使发射机与铁塔天线之间的阻抗实现匹配，从而能够降低反射功率，提高发射机的效率。

1 调频发射机与射频网络结构

吉安八四一台目前有4个调频广播，频率分别为92.9 MHz，95.1 MHz，98.8 MHz，106.1 MHz。这几个调频广播发射机天线都是共用同一座调频铁塔以及一根馈线，每个发射机都需要配备一个多工器与天线阻抗进行匹配。多工器在此不仅实现天线阻抗匹配的功能，同时还用作阻塞其他发射机频率信号。每个多工器都是通过串联的方式连接到馈线再到天线铁塔，调频发射机与其射频网络整体结构如图1所示。

图1 调频发射机与射频网络结构框图

2 双工器种类与内部结构原理

多工器实质是由多个双工器串联而成。如今市场上主流的双工器主要有两种，分别为星型双工器和桥式双工器[3]。

星型双工器内部有2个带通滤波器，利用1/4射频线缆连接在一起，接到馈线上。假设两个带通滤波器对应的频率分别为f1和f2。针对f1带通滤波器，其对频率f1表现为低阻抗，衰减很小，而针对f2频率，则表现为高阻抗，衰减很大。这两个频率都通过1/4波长的射频线缆接到一起。尽管带通滤波器具有很强的隔离效果，1/4波长的射频线对其他频率的信号也呈高阻效果[4]，但这种双工器的隔离效果还不是很理想。一旦两个频率信号之间跨度不是很大，双工器的隔离效果将会很差，因此一般要求两频率之间的间隔大于4 MHz。虽然该双工器的隔离效果不是很好，但是其价格比较便宜，因此，在实际使用中，需要根据调频广播频率的实际情况购买。

桥式双工器内部有两个带通滤波器和两个定向耦合器D1与D2。每个定向耦合器具有3 dB以上的隔离效果。其内部结构框图如图2所示。

图2 桥式双工器结构图

桥式双工器中，滤波器B1和B2都是针对频率f1具有低阻抗，对于f2具有高阻抗。假设f1输入的射频信号功率强度为P，那么通过定向耦合器D1后，在3，4脚上便会有功率为P/2的射频信号输出，到达D2后，7，8脚上的P/2功率全部送往6端口，而6端口是接天线的，因此f1的信号几乎没有损耗就直接传送到铁塔天线上去了。而合成器的7，8脚功率输出到5端口时，其相位刚好相差180度，相互抵消，因此D2的5端口没有信号输出。在该双工器上，当f1输入后，6脚输出f1+f2波形，5脚则输出0。当f2输入一个频率的信号后，该频率会作用到D2的7，8脚上，但是由于滤波器B1和B2对f2是全反射，因此，D1的1脚没有f2的信号输出，由于受滤波器B1和B2全反射作用，将f2的信号全部反射到D2的6脚，再利用天线发射出去，因此，如果f1和f2都有信号输入，该桥式双工器外接天线端就有f1+f2信号输出。桥式双工器正是因为有带通滤波器和定性耦合器的作用，使得它具有非常高的隔离度，即使f1与f2两个频率靠得非常近，相差800 kHz时，其隔离度衰减也能达到40 dB。在实际应用中一般要求两个频率间隔大于1 MHz[5]。

3 发射机与多工器连接与调试

由于吉安八四一台的调频广播频率比较接近且小于4 MHz，因此选择桥式多工器与发射机进行连接。桥式双工器的隔离度高，而吉安八四一台有4个频率的调频广播，因此只需要使用三个桥式双工 器，将发射 机106.1 MHz、98.8 MHz、92.9 MHz分别接到1，2，3三个双工器的输入端，新增加的95.1 MHz发射机接到3号双工器剩余的射频接口，将1号双工器输出端接到铁塔天线，这样便完成了发射机射频网络的连接。具体连接如图3所示。

图3 各调频发射机射频网络连接示意图

发射机出厂后，厂家已经对其射频输出网络进行了调试，已经调试成标准的50 Ω，而射频馈线阻抗也是50 Ω，因此，只需要对多工器到铁塔天线端进行阻抗匹配即可。需要利用网络分析仪，将中心频率设置为95.1 MHz，带宽设置成2 MHz，调节3号双工器上面的调谐旋钮，使其在95.1 MHz频率时的阻抗实部为50 Ω，虚部为0。通过调节，3号多工器对于95.1 MHz频率的阻抗在49.63+j3.82 Ω，具体如图4所示。

图4 斯密特圆图95.1 MHz阻抗显示

在斯密斯圆图上完成了50 Ω阻抗调节后，再到网络分析仪上，将其切换为驻波比显示。可以看到，在95.1 MHz，驻波比显示为1.084 9，接近1，而且呈现带通图形，带宽比较窄，效果比较好。具体驻波比显示如图5所示。

图5 驻波比显示图

完成3号双工器的阻抗调试之后，利用馈管将95.1 MHz发射机与3号多工器连接。完成连接后，开启95.1 MHz发射机，将其功率慢慢提升，查看反射功率。当功率开满3 kW后，反射功率为5 W，说明阻抗匹配得较好。通过收音机接听95.1 MHz广播信号，音频质量较好。95.1 MHz发射机与多工器的实物连接如图6所示。

图6 桥式多工器串联实现多频共塔

4 结 语

多个频率的调频发射机之间都是采用多频共塔原理，利用多工器作为阻抗变换器连接到铁塔天线。多工器实际就是由多个双工器串联而成。在选择双工器时，可根据各发射台所拥有的广播频率的实际情况进行择优选择。如果各调频发射机频率间距远大于4 MHz，可选择星型双工器，它可以在保证各频率广播质量的前提下，节省成本；如果各调频发射机频率靠得比较近，则可选择桥式双工器，虽然成本高，但隔离度好，能保证各频率广播之间不会串扰。