中波转播台信号源系统的搭建

卢培通

(广东省饶平中波转播台,广东 潮州 515700)

0 引言

为了使广东江门中波转播台新建台站顺利播出使用,本文研究了江门中波转播台的新台信号源系统搭建。该信号源系统根据台站实际情况分为4个部分,分别为信号源路由部分、信号源柜部分、控制台监听部分、搭建系统测试。本文将对信号源系统搭建过程进行研究。

1 信号源路由部分

一般中波转播台站信号源种类有卫星信号、光纤信号、微波、FM信号等。此次新台信号源系统搭建采用卫星信号,主用信号和备用信号分别为不同波段卫星。下面将对卫星信号的组成和安装调试进行探讨。

1.1 卫星信号的组成

卫星接收信号共有6B、6C、Ku波段3种卫星接收信号。其系统主要由4部分组成:抛物面天线、馈源、高频头、卫星接收机。

抛物面天线:其作用是将信号反射到抛物面焦点处的馈源上,然后再经过波导管传给高频头[1]。抛物面天线分为正馈天线和偏馈天线2种,正馈天线用于C波段接收,偏馈天线用于Ku波段接收。接收天线口径的大小与信号接收能力、信号质量呈正比例关系。

馈源是向抛物面天线提供电磁辐射的初级辐射源,其作用是将高频电流或波导能量转变成电磁辐射能量。馈源的主要功能是将天线收集的信号聚集送给高频头,馈源还起着选择极化的功能。

馈源由波导管和波纹喇叭2部分组成,现在一体化高频头C频段把高频头和波导管合在一起制造,Ku频段一体化高频头体积较小,把馈源合在一起制造[2]。

高频头即低噪声下变频器(Low-Noise Block,LNB),一般分C波段用的C头和偏馈使用的Ku头。LNB上面接有探针,该探针会将接收到的卫星下行信号输送给电路,通过电路对该信号的低噪声放大和下变频转换之后,立即产生一个“第一中频信号”(带宽950～2 150 MHz),经过馈线的传输,将其送到卫星接收机进行数字解调处理。

卫星接收机的作用是将抛物面天线接收下来的卫星信号(C波段或Ku波段)进行处理。卫星信号经高频头进行放大变频后产生中频信号,送到接收机调谐和混频电路进行处理转换后产生第二中频信号,再经过放大、QPSK解调后输出数字码流。数字码流在信道中解码后,再进行信源解码,输出音视频信号和数据[3]。

1.2 卫星接收天线的安装

安装的选址中,除了要考虑雷达、高压线有可能对天线产生的影响外,还要避开电信塔、微波塔等建筑物。此次根据台站实际情况,将8个卫星接收天线(6个正馈天线,2个偏馈天线)按照定好的位置浇筑钢筋水泥底座架。

天线主体结构的安装步骤如下:将反射板固定于底座后,将馈源支架、固定盘安装在反射板上,使两者与调节杆、反射面、方位套筒连接起来,保持馈源与反射板上天线发射点的重合状态,以顺利接收增益信号,保证天线的使用性能;将组装好的天线架设在天线座架上;把高频头紧固于馈源盘之上。

为了防止5G信号对接收卫星的干扰,在C波段的卫星接收天线高频头处加装5G信号滤波器,确保接收信号不受5G信号干扰。

1.3 卫星接收信号的调试

此次调试采用的工具设备:量角器、直尺、吊垂线、对应波段的卫星接收机、带有音视频输出的电视、F头同轴电缆线等。

卫星接收天线和高频头组装完成后,对卫星接收天线进行调试。卫星接收天线调试难点在于需要“对星”。测量出当前位置的经纬度数据,通过公式计算得出接收卫星的仰角和方位角。同时,值得注意的是,偏馈天线的仰角计算方法较正馈天线有所不同,可以用以下方法推算:偏馈天线的仰角=计算得到的仰角-偏馈天线的偏馈角。通过测量仪器初步定下卫星的仰角后固定(确定信号强度),再转动天线,找准天线的方位角(确定信号质量)。每次转动后需要时刻监测信号强度,转动速度不宜过快,随时停留观察卫星接收机的信号状态。通过细调让高频头、卫星接收天线等天线部件实现整体的协调运行,使卫星接收效果达到最佳。

1.4 卫星接收信号的输出

此次新台播出节目共有4个,通过9个中波频率播出,所以需要使用到功率分配器(以下简称“功分器”)将节目分配到对应频率上。功分器主要作用是把1路输入信号能量均分在2路以上。要注意的是,音频信号通过功分器后会有损耗:二功分器的插入损耗一般为3.5 dB(如1个10 dB的音频信号通过二功分器后会输出两个6.5 dB的音频信号),三功分器的插入损耗一般为5.3 dB,四功分器的插入损耗一般为6.5 dB。功分器将音频信号分配到信号源柜对应的卫星接收机中。

2 信号源柜部分

2.1 信号柜设备布置

此次新建台站信号源柜共有4个,需对信号源柜内所有使用到的设备提前做好布置规划。布置原则要满足以下几个要点:(1)机器自上往下排列,机器设备相互之间要至少间隔1U挡板,保证机器设备有足够的散热空间。(2)每个机柜放置的机器设备数量尽可能接近,保证整体美观度。(3)将涉及播音的设备放置在同一个柜体,确保安全播出。

按照以上布置原则,对设备进行布置。一、二号柜为播出柜,主要布置设备为主备卫星信号接收机、1 kHz垫播信号和音频切换器(共9个频率,其中一号柜5个频率,二号柜4个频率);这2个柜通过音频切换器实现了主备信号源、1 kHz垫播信号的切换,确保在一路信号源发生故障时,有另外2路信号源可以应急播出。三号柜为接收柜,主要布置设备为卫星接收机画面显示设备、多路调谐器和无音报警器。四号柜为监测柜,主要布置设备为调幅度检测、示波器和音频编码器等慢录系统设备。

2.2 信号柜设备布线

各种机器设备放置完成后,需要对信号柜进行布线。布线之前需要根据设备的走线路径焊接对应长度的连接线,如卡农头音频线、莲花头音视频线、F头同轴电缆、BNC头同轴电缆等。

卡农头音频线:音频信号之间的传输是平衡传输。它是通过相位抵消的原理将音频信号传输过程中所受的其他干扰降至最低。它通过并列的3根导线传输,分别为接地、热端、冷端。此次布线过程中采用三芯卡农头来作为输入、输出插件。卡农头插件分为公头和母头,一般信号流出为公头,信号流入为母头。3个端口对应分别为1接地、2热端、3冷端。

莲花头音视频线:包括信号端与接地端两个端子,常用于要求较低或近距离信号传输。此次将其用在卫星接收机视频输出口、音箱输入口、音频编码器输入口上。

同轴电缆:根据台站实际情况采用Φ5和Φ7的同轴电缆线,F头同轴电缆线用于功分器到卫星接收机的连接,BNC头同轴电缆用于发射机天线倒换取样。

信号源系统设备比较多,相互之间的连线也比较多,为了方便值机人员识别和维修,将输入输出信息标注在输入输出线抽头上,以方便在整理维修时快速识别连接线的来路与去处。此次采用ABCD 4个数字来进行信息标注,其中A为台站播出的各个频率,按顺序排序。B分1、2、3、4、5,分别表示主音频信号、监听音频信号、射频信号、网络信号和控制信号。CD为正常的排序,所有信号流向为序号D从单数流向双数。

布线时,机柜内由于设备连接线数量较多,安装人员应尽量将各种连接线按作用类别加以分类,尽可能使其规范化,便于值机人员调整和维护。此次布线,对于每个频率的同一类型线(例如主卫星接收机输出到音频切换器的线),统一走线方向,每条线拉紧对齐,提高整体美观感。

2.3 信号柜搭建难点

信号源柜安装难点在于台站发射频率多(共9个发射频率);机器设备数量多;焊接的设备连接线数量多。连接线的焊接对安装人员的技术要求较高,每条线焊接后需检查焊点的牢固性、对应触点的导通性等。只有确保每一条连接线测试合格,才能使搭建的信号源系统播音符合要求。所有柜体之间的跨柜连线,都通过增加接线柱使设备互通,4个柜体共使用了9条接线柱(每条接线柱有60个接线端子)。通过接线柱使跨柜设备互通可以保证每个柜体之间相互独立,在未来台站有升级改造的需求时,技术人员可以通过分离接线柱下端的接线端,使各个柜都可以独立改造。

另外,放置于第三个信号柜内的调幅多路调谐器,需要外接接收天线。尝试了多种线材和长度,例如音频线的高密铜芯屏蔽层、单股粗铜线、多股铜线等等,但是接收效果都不尽如人意。最终,采用单股粗铜线制作了多圈环形天线。为了避免铁材质的信号柜体对其屏蔽,将其走线穿孔放置于信号柜的柜顶。经测试,该种环形天线接收效果良好,符合要求。

3 控制台监听部分

搭建的控制台向值机人员提供了应急开关操作功能和监听监看功能。

3.1 应急开关部分

应急开关采用了三刀三档切换开关代替了以往台站常用的拨动开关,开关接线如图1所示,流入应急开关的有3档,分别为一档信号源音频信号、二档空挡、三档1 kHz垫播信号。为了提升美观度和指示播出状态,在面板上增加了蓝红黄3颗独立的指示灯。蓝色指示灯代表信号源音频信号(正常播出状态),红色指示灯代表空挡,黄色指示灯代表1 KHz垫播信号(应急播出状态)。

图1 应急开关接线

3.2 音源监听部分

独立监听分为信源监听和播出监听2部分,经过比较,最后决定使用独立的带指示灯的自锁开关进行控制,接线如图2所示。每个频率分别使用2个开关独立监听信源信号(蓝色指示灯)和播出信号(红色指示灯)。该自锁开关为六脚两开两闭,其中两脚控制音频线通断,两脚控制指示灯通断。该自锁开关通过12 V开关电源供电,同时使用了2U的挡板,每块挡板上分布3个频率的自锁开关。为了保证呈现效果美观,这对安装人员在面板上的定位和钻孔技术有极大的要求。完工后,整个控制台呈现了非常美观创新的效果。该种监听模式较以往的使用循环监听器手动监听的方法,无论从接线方面还是安装方面,都要相对复杂。但是其呈现的效果更加美观,操作更加简便。

图2 信源监听和播出监听接线

3.3 音频流向发射机部分

应急开关输出的音频信号经过控制台上音频分配器后一分为二,分别流入主备发射机。至此,控制台初步实现了发射机的音频输入,并配备了一系列的主备信号切换、无音报警、监听等功能。

4 搭建系统测试

三大部分分别搭建完成以后,要对其进行整体的上电测试工作。上电前,测试人员需要测试所有设备公共电源的零火线电阻值,防止安装时个别设备电源接口短路造成设备烧毁。上电完成后,再分别对每部分功能进行测试,确保每一链路之间的连通。测试时准备了一套监听检测耳机(耳机阻抗应大于16 Ω),当出现音频中断故障时,可顺着音频信号链路逐级监听信号,这种方法还可以检测声音小、失真等故障。现在的数字卫星接收机、音频处理器以及信号切换装置的输出接口都是平衡式卡农插口,因此耳机插头应使用卡农插头。另外再配一副卡农子母连接线。测试音频时,遇到声音小、失真等情况时,还要采用示波器测试前后2个链路音频信号电平的大小,通过前后电平值对比来判断链路是否正常。

控制台的独立监听功能在调试时出现了问题,在不按下自锁开关的情况下,音箱始终会产生杂音。经过分析排查发现,音箱输入音源为信源音源和播出音源,2个音源分别通过自锁开关流入,为单音频声道。自锁开关使用了红色(热端)的音频线控制开断,白色音频线(冷端)始终处于连接状态,没有断开。断开白色音频线(冷端)后,之前产生杂音的情况消失。经过分析,音箱产生杂音是由于音频串扰所致。至此,故障解决。整个信号源系统实现正常播出,达到预期的效果。

5 结语

信号源系统直接关系到台站转播的效果。本文从无到有搭建了一个信号源系统,对信号源路由部分、信号源柜部分、控制台监听部分做了概述。今后中波台站的发展,还需要坚持不懈地利用所学知识对台站设备系统进行优化,朝建设高质量、高可靠性、高智能化台站的方向努力。