电视与调频广播发射天线建设与改造.doc

。电视、调频广播发射天线建设与改造1、发射天线的作用与重要性发射天线的作用是将发射机输出的高频电能转换成向空间辐射的电磁波能量，并按预期的发射场型和电场强度对服务区进行有效覆盖。在发射台塔桅和天线都是基础性的关键设备。（塔桅的作用主要是把天线举高）在基建或改扩建时塔桅和天线方案规划设计的好坏，选用设备品质的优劣，架设与安装施工是否专业，设备维护是否到位，都直接关系到节目的播出质量和设备的稳定与安全播出。关系到一个工程的投资，也关系到对服务区覆盖的效果以及对周边其它台服务区的干扰。可以说，一个电视或调频广播覆盖网的成功规划与建设，是与正确选择发射天线分不开的。一个发射台能否正常、有效地工作与它的天线质量也是分不开的。2、电视与调频广播的有关技术政策 我国的电视与调频广播是由中央、省（自治区，直辖市）、市（地、州、盟）和县（旗）电视台开办的电视和调频广播节目组成四级混合覆盖网，以保证全国95%以上的人口能够看好电视、听好广播。在国家无线电管理委员会划分给电视和调频广播使用的频段内，电视米波频段48.5MHz223MHz内设置了12个频道，也称为VHF频段。电视分米波段470MHz960MHz内设置了56个频道，也称为UHF频段。并规定了各电视频道图象载频和伴音载频的频率。在VHF频段内，包含了调频广播的频段；在UHF频段中包含了与其它行业合用的部分。我国的彩色电视每个电视频道的必要带宽为8MHz；其中图象带宽为6MHz；伴音载频与图象载频相距6.5MHz。彩色电视的发射，图象采用调幅方式，伴音采用调频方式。图象信号与伴音信号的载波功率比为10：1。我国的调频广播频段为87MHz-108MHz，每个频道的必要带宽为200KHz，频道间隔为100KHz的整数倍，共210个频道，采用频率复用制。为了防止与电视信号相互干扰，电视的4、5频道已不使用。 关于电视和调频广播的服务场强：在彩色电视和调频立体声广播覆盖网中，一个重要的技术规定就是服务区边缘地区的最低场强要多大即可以满足接收。根据1993年公布的国标（国标选用了ITUR第10871号报告书应给予保护的最低场强值）：彩色电视为： 波段-46dB（v/m）；10米高接收天线。 波段-48dB（v/m）；10米高接收天线。 波段-49dB（v/m）；10米高接收天线。 波段-53dB（v/m）；10米高接收天线。 波段-58dB（v/m）；10米高接收天线。调频广播为： 农村-54dB（v/m）；10米高接收天线。 城市-66dB（v/m）；10米高接收天线。覆盖区和覆盖半径：发射机的服务场强等于或大于可用场强的区域称为覆盖区，其边界称为覆盖区边界（边界上的服务场强等于最低可用场强）。发射机到覆盖区边界的距离称为覆盖半径。电视和调频广播的电波覆盖主要靠直射波，为了提高最佳的有效人口覆盖率，在发射台台址的选择上，最好靠近人口密集的市中心，这样就可以最小的有效辐射功率，覆盖最多的人口。为了降低同、邻频干扰，希望服务半径最大不得超过本级行政区划边界，不超过或少超过视距。 为了防止对周围环境的电磁污染和降低干扰场强，避免出现大功率发射机使用低增益、矮天线的不合理情况，对不同标称功率等级发射机的相关技术参数有如下规定：发射机标称功率（千瓦）10 3 10.30.10.03 天线最低高度（米）1501501007575 50天线增益（分贝）886332馈线损耗（分贝）222111关于服务区场强的预测和接收，对于电视和调频广播服务场强的计算有多种方法，根据我国电视调频覆盖网规划方法的技术标准规定：传播曲线采用ITUR3705建议书推荐的传播曲线。在距发射台D（KM）远处的场强E（dBv/m）可由下式计算：E=P+E1-A （dBv/m）式中 P1天线的有效辐射功率dB； E1从相关统计曲线上查到的场强值（dBv/m）；A 与地形崎岖度h有关的衰减校正系数dB。 天线的有效辐射功率P1可由下式计算得到：P1= P+G-L 式中 P发射机输出的额定功率 dB； G发射天线的增益dB； L馈电系统的损耗dB。关于接收天线的高度与场强值：目前国际上大多使用10米接收天线，建议曲线中给出的也是10米天线的场强值。多年来大家熟悉的是4米接收天线的场强值。有的单位在实际测试时没有10米天线，只能使用4米或1米接收天线，用实测场强值与标准值进行比较，天线由10米降到4米，场强值下降8-12 dB，天线由10米降到1米，场强值下降20dB，（米波段，50公里距离）。3、电视调频发射天线系统综述根据人口覆盖的事业重点。目前，我国的电视和调频发射台，大多建在城市人口密集的中心地带，采用全向天线，服务区是圆形的，这样的覆盖场形效率最高，服务区半径10120公里。服务区的大小依赖于发射台不同的技术参数如：天线高度，天线增益、发射机功率及地形地貌等。有些台则必须使用定向天线，其服务区可能是各种形状，例如大连及北戴河等沿海城市。总之采用何种形式的天线，要根据服务区覆盖的需要，尽可能使服务区的边缘场强满足所需的最低可用场强。 在各发射台，塔桅和天线即是播出设备的一部分又是基础性的永久设施。作为将天线举高的铁塔可以使用几十年，按国际惯例一副天线也可以正常使用10-15年。因此，在天线方案的规划、设计、选型、安装和维护等方面都提出了很高的要求，天线的好坏将直接影响节目的播出质量，服务区的场强覆盖和安全播出。3-1天线高度与视线距离 地面电视与调频广播频段的频率范围在48.5MHz960MHz，在无线电波的频谱中属于超短波范围。超短波传播的特点：1、因其频率高、波长短，地波的衰减很大，电波穿入电离层又不能反射回地面，因此地波和天波都不能利用，而主要靠距地面10公里以内的、由直射波和地面反射波组成的空间波传播。2、具有几何光学的性质，视线所及的地方，电波才能达到，在视距范围内可以稳定接收，因此也称为视距波传播。3、因电波离地面较近，受地球曲率的影响，传播距离不远一般只有几十公里，为了扩大服务范围天线需要架高。 但是，天线的高度主要根据服务区的大小来确定，增加天线的离地高度，远区的场强增加，天线附近的区域场强要减小。服务区通常以视线距离为限，视线距离与接收和发射天线的关系： 视距D的计算：D=4.12（+）（公里）； 式中 h1为发射天线的高度（米）； h2为接收天线的高度（米）。 由公式可见，发射天线和接收天线越高，可视距离就越大。 由于受地球表面大气折射的影响，水平传播的电磁波经常沿着微微向下弯曲的路径传播，因此，电波的实际传播距离为视距的1.2倍。3-2天线的有效辐射功率在台址和天线高度选定以后，根据服务区覆盖场强的要求，便可以确定各个方向的有效辐射功率或允许的有效辐射功率。从而选择各方向的天线增益和发射机的功率。天线的有效辐射功率由下式表示：有效辐射功率ERP=P（dB）+G（dB）-L（dB）；式中：P发射机功率； G天线增益； L天线系统中主、分馈电缆，功率分配器等总的损耗。由此，可以看出要增加天线的有效辐射功率，可以采用增加发射机功率或提高天线的增益以及减小系统损耗的办法。3-3天线增益天线的增益随天线的层数增加而增加。天线增益高，有效辐射功率大，服务范围就大，比单纯扩大发射机功率要经济。但增加天线层数，要受到桅杆长度的限制，同时天线增益太高，近区反而接收不好。因此，要根据服务区的实际需要，合理选择各方向的天线增益。3-4全向与定向天线主要根据服务区场形覆盖的需要。全向天线一般采用四面安装，各方向的增益相同。天线的水平面方向图是一个近似的圆，这样的场形覆盖效率最高。定向天线，可以采用一面、二面或三面安装，各面的增益相同，也可以四面安装天线，各面的增益不同等多种组合方式。使天线的水平面方向图有不同的形状。3-5天线的波束下倾 对于等幅同相馈电的天线来说，发射的主瓣方向与桅杆垂直，因为地球曲率的关系，可能使主瓣达不到地面。为了减少天线向上半空辐射能量，提高电波的利用率，经常使用电气或机诫下倾的方法，使天线的主瓣向地面倾斜一定角度。下倾角可按下式计算： =（1.52）0.0278（度） Ht-发射天线离地高度（米）机诫倾斜：可以有两种方式：1、在塔较高时，馈电相位不变，使顶层天线下倾一定角度；2、在塔较矮时，使各层天线都下倾一定角度，下倾的角度可以相同也可以不同，这样的倾斜对天线增益没有损伤。电气下倾：改变各层天线的馈电相位，即使各分支电缆的长度不同，这样的倾斜将损伤天线增益。3-6天线的零点填充 对于等幅同向馈电的多层天线，垂直面方向图中会出现一些零场强点。造成的原因是天线层数增加时，方向图副瓣增加，主瓣与副瓣、副瓣与副瓣之间存在零辐射点。这样处在电视台附近的地区将形成一圈圈零辐射的环带，在此区域内由于场强很弱将影响接收。为了弥补这一缺陷，通常采用改变各层天线的馈电相位，使各层天线的合成场不再为零。从而将零点区域内的场强提高一定数值。一般主要填充靠近电视塔的第一和第二零点，填充量一般为场强最大值的5-20%即可。3-7天线的馈电系统 天线的馈电系统有多种组合方式，一般由主馈电缆、功率分配器、移相器和分支电缆构成，对天线的各辐射单元馈电。其中使用一根主馈电缆的称为单主馈方式；将天线分为上下两部分，使用两根主馈电缆分别馈电的称为双主馈方式。功率分配器有多种变比，可以对各辐射单元等功率馈电；也可以不等功率馈电。为实现对服务区的有效覆盖，对天线的各辐射单元，通常使用的馈电方式：1、等功率同相馈电：即对各辐射单元以等功率同相位馈电。2、等功率900相位差馈电：即对各辐射单元以等功率，但使四面相邻单元保持900相位差的馈电方式。这样的馈电方式对系统有补偿功能，可以提高系统的驻波比指标。3、不等功率900相位差馈电：根据需要，可以使多面安装的天线各方向馈以不同的功率，同时使相邻单元有900相位差的馈电方式。这样的馈电方式，水平面方向图的圆度更好，而且可以提高系统的驻波比指标。2-8天线的安装方式 各种天线因其特点有不同的安装方式，例如：蝙蝠翼天线只能正交地安装在塔顶桅杆上，若桅杆的直径超过0.2，天线水平面方向图的圆度将变坏；用于全向发射的隙缝天线，也需要顶装；使用在UHF频段的四偶极子单元板天线也适合安装在桅杆上。考虑大风时，使桅杆摆动对天线的影响，天线的层数一般不超过12层。 为防止灰尘、雨雪或裹冰等自然环境因素对UHF频段天线的影响，可以使用在塔顶天线桅杆的外面安装大型玻璃钢罩的方式加以保护。 带有反射板的天线，例如：偶极子天线、背腔天线等，适合安装在塔桅直线段的侧面。因为塔直线段的机诫强度较高，可以多层安装，以组成不同增益和方向性的天线阵。4、常用电视调频发射天线系统 在工程上，一副完整的电视或调频发射天线，均是以多层多面组单元天线组成阵列的形式工作的。组阵的依据是：服务区场形覆盖的需要、塔的高度、类型及桅杆长度、发射机的功率、结合各类单元天线的方向图、增益和功率容量等参数进行选择，组成全向或定向发射的天线系统。组阵的要求是，同一副天线的振子要相同，各层振子的层间距要一致。在用于全向发射时，单元天线通常安装在塔桅的四个侧面，组成全向天线，服务区的水平场型是呈圆形或梅花形的。根据塔桅的截面形式和宽度，可以采用偏置安装，即天线不装在桅杆的中心线上，而是偏离一定的距离，此距离的大小与工作频率、桅杆尺寸等因素有关，且四面天线的馈电相位依次相差900。这种方式可以改善水平面方向图的圆度，也有利于改善系统的驻波比指标。也可以采用斜置安装，即天线安装在桅杆四角对角线的延长线上。一般当塔桅直径较大、振子面数较少时采用这种方式，通过调整振子与桅杆的距离、各层振子的相对位置等可以改善水平面方向图的圆度。如图示：在用于定向发射时，在正方形截面的塔上，可以采用一面、二面或三面安装天线的方式，各面轴向也可以采用不同的层数。此时，覆盖区的水平场型有多种形式，其水平面方向图如图示：垂直面方向图则由天线的层数和各层的馈电相位来决定，层数越多天线的增益就越高，但要受到桅杆允许使用长度的制约。为了实现主波束下倾和零点填充的目的，可以采用机诫下倾和各层天线不同相位馈电的方式。4-1单主馈的全向天线系统 一般由多层四面单元天线组成的阵列，使用一根主馈电缆馈电的天线我们称之为单主馈全向天线系统。当前这样的系统使用的最多，但可靠性不高，若主馈电缆或系统发生故障需要处理时，可能导致停播。一副5工使用的4层4面单主馈馈电的调频天线系统图如图示：当天线系统故障需要停机检修时，可能要影响到5套节目播出。 系统配置表序号名称型号规格数量1天线双偶极子单元板16片2分馈线SDY-50-15-316根IF-453功分器50/8:502套IF-110/IF-454功分器50/2:501套IF-110/IF1105连接器IF1102套6主馈线SDY-50-80-3200米4-2双主馈全向天线系统 为了提高系统的可靠性，将由8层4面单元天线组成的阵列，分成上下两个半副，分别使用两根主馈电缆馈电的天线系统，称为双主馈全向天线系统。正常情况下是整副天线工作，当某半副天线故障时，可以使用另外半副维持播出，不致造成停播。此时，若半副天线可以承受全功率的话，因天线减少一半而使发射场强降低3dB服务区面积有所缩小。双主馈系统需要在机房内主馈电缆的输入端增加开关板等设备。需要倒用半副天线时，可以在开关板上通过U形连接器的倒换来实现，方便、快捷。另外，为了使上下两个半副天线的馈电相位相同，两根主馈电缆的电长度要相等。一副8层4面双主馈馈电的天线系统如图示： 双主馈天线系统图系统配置表序号名称规格型号数量备注1单元天线4偶极子单元板32面IF452分馈线SDY-50-15-332根IF45/IF453功分器50/4:508套IF-45/IF-704功分器50/4:502套IF-70/IF-1105移相器90度4套IF-70/IF-706弯头馈管法兰等边直角2套IF-110/IF-1107主馈线SUY-50-80-3200米2根IF-110/IF-1108开关板1套5、电视调频发射天线系统的安装方法与技术要求电视调频天馈线系统的安装方法一副安装完好的高质量天、馈线系统，各项电气指标应满足设计要求，而且性能稳定，运行可靠，经得起长时间、满功率的考验。 安装前制定施工方案施工方案是指导安装施工的依据。在塔上完成天线系统安装是一项精度要求高、难度大的工作，高空作业有一定的危险。为了保证施工安全和工程质量，通常在安装之前需要认真审核工程图纸，并到现场进行实地考察后制定施工方案。在方案中应包含以下内容：结合工程设计要求和现场条件选择安装施工的方法；施工人员、工具设备和仪器的配置；满足设计要求的质量保证措施；结合工程特点制定的安全保证措施等；天线安装的方法和顺序天线安装通常是在所有天馈线元件经现场检测合格之后，采用机诫吊装的方式，将天馈线元件分批从地面吊运到塔上安装位置，再由塔上人员按图纸和工艺要求完成各种连接和固定,最后进行系统各项指标的测试。在安装过程中应坚持安装一步，测试一步的原则。即：先吊装主馈电缆，经测试合格后，继续吊装测试节、功率分配器等，经测试合格后，再吊装天线单元，最后吊装分支电缆等。安装过程中的测试可在塔下机房内主馈输入端处进行，在塔上接标准电阻。安装前的检测，在现场对所有天馈线系统元件、组件进行检测。清点数量，外观检查有无缺损、变形或进水。必须测量的项目是电压驻波比和绝缘电阻指标，并作检测记录，合格的以备安装。主馈电缆的驻波比指标在使用频段内应不大于1.08；其它元件、组件指标应不大于1.1，绝缘电阻不小于1000M。A、在测量过程中仪器和附件要经常校准以保证精度。B、测量中，需要翻转并轻轻振动被测件，观察曲线的变化。发现问题要设法解决，以适应高空吊装的不利情况。吊运，将天馈线元件、组件分批吊至塔上安装位置。A、使用卷扬机、钢丝绳、滑轮、套子绳和尼龙绳（尾巴绳）等组成机诫强度足够的吊组；B、吊运过程中，要防止坠落或与塔发生碰撞，可使用尾巴绳进行控制并使用对讲机保持上下联络；安装A、严格保证各天线单元的层间距、偏置尺寸和机诫下倾角度；B、保证天线阵的中心标高，和与其它天线或平台的距离；C、使各层各面的天线振子保持一致，从两个相互垂直的方向观测，保证各元件的横平竖直和可靠固定；D、分支电缆的连接按图纸要求对号入座，不可错接。主馈电缆吊装A、主馈电缆在吊装之前，应按敷设路由仔细丈量尺寸后截断，（单主馈时，丈量其机诫长度即可，双主馈时，必须保证两根电缆电长度相等）。然后安装两端的电缆连接器。（连接器可以请生产厂家安装）连接器的安装应认真仔细，以保证内外导体的连接尺寸和气密性。B、吊装口径在1-5/8以上的电缆应使用辅助钢丝绳和钢丝网兜。为防止发生碰撞应采取措施对电缆连接器进行保护或有人上塔跟随。在塔上敷设需要转弯时要考虑允许的最小弯曲半径。C、电缆吊装到位后，使用卡具在塔柱或桥架上进行固定，卡具与塔柱或桥架连接的一端要可靠固定，与电缆固定的一端要松紧适度。安装后系统测试A、 待天线元件全部安装就位后进行系统测试。可在机房内主馈电缆输入端测量。（参照天馈线系统技术指标和测量方法）B、 各项指标合格后，加功率试机一小时，再次测试系统指标。C、 按设计进行服务区场强测试。 D、 天馈线系统驻波比指标：模拟电视 甲级：1.1；乙级：1.15；丙级1.2；调频广播 甲级：1.15；乙级：1.2；丙级1.3数字电视和广播甲级：1.2；乙级：1.25；丙级1.3；系统密封为防止日后雨水或融化后的雪水浸入到系统内部，应对安装好的系统各连接点进行细致可靠的密封。可以使用自粘胶带加热缩管的方式对个各连接点密封。系统防雷A、为防雷击，各天线单元应安装在塔顶避雷针以下450角保护范围之内。天线反射板等通过安装构件与塔身做多点可靠连接，必要时可以使安装构件与塔桅实施点焊。 B、功率分配器通常由多点固定在塔上，为防雷击，可使其中几套卡具不垫胶皮直接与其外导体和塔柱连接。C、为防雷电引入，主馈电缆在进入机房之前应再次接地。进入机房以后，主馈电缆头通过与之相连接的开关板、频道合成器或多工器等设备再次接地。D、使用地阻摇表测量各塔柱的接地电阻，合格值为R4。6、天线新技术的采用 90年代以后，在引进国外天线系统的同时，许多相关技术也被消化吸收并在国产天线系统中被广泛采用。改善了广播电视节目的播出质量和覆盖效果。 天线在塔上的安装方式采用“偏置安装与同层振子相差900相位差馈电技术”。该技术的采用可以改善天线系统的驻波比指标和覆盖场型的水平面圆度。 通过改变系统中各层天线振子馈电相位的方式，达到使天线的辐射主瓣向地面倾斜一定角度和提高地面零辐射区域内场强的目的。此即“波束下倾”和“零点填充”技术，该技术的采用可以提高电波的利用率和改善覆盖效果的作用。 在系统中采用不等功率的分配方式，使某些天线振子辐射的功率小一些，以改善天线的覆盖效果。 系统采用“双主馈方式”，即使用两根等长的主馈电缆同时为一副天线馈电（天线被分为上下两个半副，平时整副工作），当天线故障时，可以使用半副（或整副，设计功率容量许可）天线维持播出，以提高天线的可靠性。 受塔上天线安装段的限制，安装的天线总是有限的，建成后的塔和天线不易改变。多工技术的采用，有效地解决了节目多，天线少的矛盾。目前，我国电视播出已作到三工，调频广播作到七工，甚至更多。 在系统中使用自动充气机为主馈电缆充入干燥空气，并保持0.35公斤/平方厘米左右气压，这样可以使电缆内保持干燥，传输足够的功率容量。有的天线系统可以充至分馈线。 在系统中加入测试节，以方便检修测试，不用经常拆开系统而造成故障的隐患。测试节可以安装在塔上主馈的末端，也可以安装在机房内主馈的始端。 在主馈电缆的始端或开关板上安装偶合器和功率表及报警器，监测天线系统的入射功率和反射功率，通过在功率表上设置的反射功率门限值触发报警器。 天线的频带宽度扩展，一副天线可以覆盖整个调频频段，2-3副天线可以覆盖整个UHF频段，只要提出要求可以个性化设计。 制造天线的结构材质，也有很大变化工艺质量也更高了，天线的性能指标也更高了、一致性更好了。7、电视调频天线与多工技术天线的多工使用，是我国近20年来被普遍采用的一项新技术。即使用一副天线同时发射几套不同频率的电视或调频节目，可以节约塔和天线投资，经济效益十分明显。90年代以来，广播电视事业得到了较大发展，各级发射台都需要增加电视和调频节目，但是，在已建成的塔上天线桅杆的长度、适合安装天线的位置是有限的，要增加节目和天线往往很困难。多工技术的采用较好地解决了这一矛盾。例如：使用频道合成器可以将23套电视节目合成输出至一副天线发射，使用调频多工器可以将几套不同频率的调频节目合成至一副天线同时播出。多工技术对天线的要求：要有足够的频带宽度和功率容量；对天线的可靠性提出了更高的要求，因为天线故障时，要影响几套电视或调频节目的播出。多工技术的采用需要增加电视频道合成器、调频多工器和同轴开关等设备。多工器的种类有很多，例如：三分贝定向耦合器、滤波式频道合成器、相位式频道合成器、调频五工器等等。目前，以桥式多工器应用最为普遍。三分贝定向耦合器 三分贝耦合器，是由两条长度为/4且相互平行的带状金属板（或金属管）为内导体，以截面为正方形的长方体（或园柱体）金属盒为外导体组成的。四个端口均为50的同轴式结构。能量从1口输入，有一半的功率从2口输出（称为耦合输出）电压与1口同相。另一半功率从4口输出（称为传输输出）电压滞后于1口900，3口无输出（称为隔离端）。反之亦然，能量在3口输入，在2、4口各有一半功率输出但相位相差900。因三分贝定向耦合器的结构及工作原理可知，1口和3口之间是相互隔离的，若从这两个端口输入两路相同频率（或不同频率）且相位相差900的信号，则可以在2口或4口的一个有合成输出，故三分贝定向耦合器也可以作为双工器使用。更多的情况在多工器中的同一位置三分贝耦合器即作为分配器使用又作为合成器使用。滤波器式频道合成器 为了提高频道之间的隔离度，避免相互之间的窜扰和互调，通常采用三分贝耦合器与滤波器组合使用的方式。滤波式频道合成器（或称滤波式双工器、桥式双工器）有多种形式，其结构及原理如图示： 桥式双工器桥式双工器，由两个3dB定向耦合器(D1、D2)、两个带通滤波器(B1、B2)、一个均衡负载(R)和连接馈管组成。信号f1由3dB定向耦合器D1的1口输入，由2 口、4口输出两路功率各为一半的信号，其中2口与1口同相，4口比1口滞后90。两路信号通过带通滤波器B1 、B2到达3dB定向耦合器D2的2、4口，由于4口与3口同相，2口比3口滞后90，故两路信号合成至3口输出。 信号f2由D2的1口输入，在2、4口输出两路功率各一半的信号，在带通滤波器处被全反射回D2，由于相位的关系，两路信号被合成至3口。由于3dB定向耦合器D1的1口只能输入f1信号，所以称为窄带输入口，D2的1口可输入除f1以外的信号，故称为宽带输入口。另一种滤波式频道合成器，其原理见下图： 滤波式双工器 滤波式频道合成器的工作原理与用于调频的滤波式双工器相同，因为用于电视两个频道、4个载波的合成，故要求通带更宽，需要的谐振腔数量就多。这种形式的频道合成器由于使用了三腔带通滤波器，具有更高的隔离度，用于电视发射机的合成时，要求工作频率间隔两个频道以上。调频五工器 调频五工器，是五套不同频率的节目共用一副天线的设备，由五个滤波式双工器组成。其结构及工作原理如图示： 调频五工器f1通过第一个滤波式双工器I1后到达第二个滤波式双工器I2的宽带口，通过I2的作用与f2合成并送至I3的宽带口，与f3合成，再依次与f4、 f5合成至天线。实际上，3dB定向耦合器的隔离端之间总会有一些泄漏，带通滤波器也不可能把带外信号完全反射，因此五工器的各输入端之间会有一定的窜扰。根据五工器的频率安排，带通滤波器可使用两腔或三腔，两个频率之间如果间隔较远，使用两腔就足够；当频率间隔较近时，可以使用三腔的滤波器，以加大带外衰减，从而获得良好的隔离度。一般各输入端的频率间隔要求在1MHz以上。调频5+1多工系统调频5+1多工系统的结构及工作原理如图示： 该系统由5部10KW发射机（2部5KW合成）、1部5KW备用发射机（频率可以调整）、1套桥式五工器、5个同轴开关、1个10KW假负载、5个2KW吸收负载和若干连接使用的同轴馈管、弯头等组成。发射机的主、备机与五工器、假负载和天线通过同轴转换开关连接在一起。图中同轴开关实线表示各发射机处于正常工作状态，此时，各发射机信号通过同轴开关进入五工器合成输出到天线。备机通过各同轴开关连接到10KW假负载。当某部发射机出现故障时，其所对应的同轴开关转换到图中虚线位置（其它开关仍保持原状态）将故障机连接到假负载，并将备机信号送入五工器，保证节目的正常播出。同时，可以在假负载上对故障机进行测试和处理。8、多工器与同轴开关的安装安装前的准备工作 工系统在安装之前，先进行平面设计。应结合设备的体积、机房内的可用面积和空间，以尽量靠近发射机并留有足够的检修通道为宜。同轴开关可以设计安装在多工器上方，且方便手动切换的地方。安装前的检测，外观检查并进行试组装。指标测试主要有：各输入端口的驻波比、输入到输出端口的插入损耗、各输入端口之间的隔离度和3dB带宽。按设计图纸，在机房内地面划线定位，为了设备稳定，可使用角钢焊制固定各滤波器箱体等设备的地框。制做安装固定同轴开关使用的支架和布置控制线缆的桥架。系统安装为方便搬运移动，可将桥式双工器作标记后分解，按设计图使各滤波器在各地框内就位，并与各频率发射机位置一一对应。在移动滤波器时，应避免大的振动或碰撞其箱体。按标记重组双工器。对正各同轴端口的内外导体轻轻插入到底，并拧紧喉箍，完成3dB耦合器、滤波器及平衡负载等各部件的连接。在滤波器上多点固定支架后安装同轴开关，为了美观各套同轴开关的位置、方向和高度应保持一致。在多工器系统的一侧安装假负载并使用地脚螺丝固定。尽量使用规格型号相同的同轴馈管和转接件等进行各设备之间的连接。连接应保证高效可靠。外导体连接的方式有两种：1、使用活法兰和螺栓紧固连接；2、使用套筒抱箍和喉箍紧固的方式。内导体的连接则均使用插芯。不论采用那种方式，均要使内外导体紧密接触并保持同心，以使连接部位的反射最小。在完成各种连接之后，还应对悬空连接的馈管采取加支撑或吊杆固定的措施以防止变形脱落。再次测试系统各项指标，应符合设计要求（参照多工器指标测试）。安装同轴开关控制线缆桥架、布线并连接。在多工器两端的滤波器箱体下部，使用铜皮与机房的工艺地线进行可靠连接。9、多工器的使用与维护对于已调试好投入使用的多工器，维护中主要是保持其性能的稳定。多工器的可调谐部件有3dB定向耦合器两端的调谐螺钉、带通滤波器内导体的长度以及微调电容等，在正常的使用中不能再对这些部件进行改动。带通滤波器的频率特性容易受温度变化的影响，如果经常处于高温状态会造成滤波器失谐。尤其要注意的是不能给滤波器强烈的冲撞，一旦造成变形将无法正常工作。多工器最常见的故障是由于温升或变形造成频率失谐，使反射、窜扰、插损等指标下降。因此应注意使多工器工作环境的温度保持比较平均，在维护中如发现滤波器、3dB定向耦合器有异常的温升（达到100C以上时），应及时查找原因，并采取应急的降温措施。由于多工器的失谐，会使泄漏到均衡负载的功率增大，负载温度上升甚至烧毁。因此如发现负载温度异常，也需要及时调整多工器的谐振点。在多工器各输入端加功率后，考验24小时内的温度变化。设备温度减去环境温度为设备的温升。设备的温升达230C时为极限。（此时馈管内外导体的温度差为600C）多工器连接馈管的温度因功率的逐级增加会不断升温，特别在最后一级功率最大温度也最高。一般设备的温度在加功率后一小时左右达到恒定。否则就视为不正常，应查找原因进行处理。如上所述，多工器可能会因为滤波器和三分贝失谐引起指标的变化。例如多工器中某个吸收负载发热，或测试驻波比指标变坏，需要进行调整。一般调整在测试条件下进行，使用网络分析仪设置频率范围，选择通道1和通道2分别按测试反射和传输校准，将多工器的反射特性曲线和插入损耗曲线同时显示在屏幕上，调整时，要兼顾两条曲线的合格值。调整滤波器铟钢螺栓的长短可以使频率点左右移动；调整左右耦合环的大小可以改变曲线的状态，经反复调整可以使两项指标达到合格值。调整三分贝耦合器两端的补偿电容片，可以使两输出端的平衡度和驻波比指标得到改善。10、多工器指标测试 多工器的指标主要测试以下几项： 各输入端口驻波比； 各输入端口之间的隔离度； 各输入端口到输出端口的插入损耗； 各输入端口与吸收负载的隔离度。测试仪器使用HP8752A网络分析仪。测试各输入端口驻波比 在仪器上选择“反射”测量；设置频率范围；经校准后，仪器的输出端接多工器F1的输入端。多工器的输出端和其它频率的输入端接标准负载，测试结果打印。合格值为S1.1，同理，测试F2、F3-FN。驻波比测试接线图测试各输入端口之间的隔离度 在仪器上选择“传输”测量；设置频率范围；经校准后，仪器的输出端接多工器F1的输入端，仪器的输入端接F2，多工器的其它输入和输出端接标准负载，测试结果打印。仪器的输入端接F3F4-FN，即可得F1对F2 、F3-FN的隔离度，合格值为45dB。同理可以测得其余端口之间的隔离度。 隔离度测试接线图测试各输入端到输出端口的插入损耗 在仪器上选择“传输”测量；设置频率范围；经校准后，仪器的输出端接多工器的F1输入端，仪器的输入端接多工器的输出端，多工器其它输入端接标准负载，结果打印。仪器的输出端分别接F2F3-FN，可以测得各频率对输出端口的插入损耗。合格值为0.2dB左右。插入损耗测试接线图各输入端口与吸收负载的隔离度 在仪器上选择传输测量；设置频率范围；经校准或，仪器输出端接多工器F1输入端口，F1接吸收负载的端口改接仪器输入端，结果打印。合格值为：60dB，同理分别测得其他频率对吸收负载的隔离度。与负载隔离度测试接线图11、电视调频天线系统维护与检修天线系统及附属设备检修周期 日检：天线维护人员每天要巡检一次塔桅附近的责任区和机房内属于天线维护的设备。例如 ：频道合成器、调频五工器、天线开关板、各设备之间的连接馈管和弯头，充气机系统等；检查其工作是否正常，记录设备连接点的温度和环境温度，记录入、反射功率表、气压表的表头值，充气机的启动次数。在塔桅和责任区内，查看有无危及天线系统设备安全运行的施工，若有时，应提出注意事项，并配合至施工结束。 周检：充分利用每周二下午的停机时间，对塔上或机房有异态的设备进行检修和测试。 月检：主要是对附属设备的检修。例如：塔上的航空障碍灯系统、天线区的配电系统、充气机系统等。还有工具设备的安全检查和保养。 季检：主要是结合季节变化进行的设备检修。例如：冬季前后，主、分馈电缆加固和塔的结构检查；雨季到来之前，塔上避雷系统的安全检修和天线系统接地及天线密封的检修等。做好设备的安全渡夏和越冬方面的工作。 半年检：天线系统电气指标测试，塔上天线系统结构检查。 年检：频道合成器、调频五工器电气指标测试，塔桅接地电阻测量，塔体垂直度及沉降观测，天线发射场强测量等。以上内容可以编制一个“天线测试项目及周期表”见表1；和“天线设备年度检修计划表”见表2；根据设备情况列出维护的项目和计划实施时间，在正常情况下应按照计划进行各项检修和测试工作。如遇到设备故障需要枪修、技改大修工程和重要播出任务等情况，可酌情顺延。每次检修完毕，应详细填写检修记录，以供查对及作为今后维护的参考。 表1 测试项目周期备注 系统驻波比半年 系统绝缘电阻半年 系统直流电阻半年调频五工器指标：驻波比、隔离度、插入损耗一年频道合成器指标：驻波比、隔离度、插入损耗一年 发射场强一年 塔体接地电阻一年 塔体垂直度及沉降观测一年 12、天线系统设备的防雷保护雷电的形成雷电是一种自然界中云与云或云与地之间的放电现象。因为雷电过程对人身安全和设备安全构成较大危害，因此多年来一直为人们所关注，并一直在探索它的奥秘，寻找避免和减少被雷击的方法。关于雷电的成因，有观点认为是大气层中云的积累，即从淡积云向浓积云发展成雷雨云，并伴随着复杂的微物理过程。云中的水滴在高速气流中作剧烈运动，被分裂成带负电的较大颗粒和带正电的较小颗粒，前者落至低空，而后者被上升气流带至高空，因此，雷雨云团中电荷的分布特点是正电荷集中在云的上部，负电荷集中在云的下部。由于静电感应，地面及地面上的物体带正电荷。当云地之间的静电场达到一定强度时，便会发生就近对地放电现象，若放电通路不畅时，则会发生雷击并伴有电闪雷鸣。 广播、电视天线塔桅属于高耸建筑，一般都大大高于附近的其它建筑物，根据尖端放电原理，经常是雷击的首要目标。但是，从安全播出的要求来说广播电视在任何情况下都不能停播，无论雷电有多么大都不能影响播出。因此，在设计塔桅和天线时对防雷系统都给予了充分的考虑。问题是，在不断发生的雷击事件中，大量符合规范要求的防雷装置，有时起不到保护作用的事例让人深思。近年来，在讨论传统防雷装置的功过时，的确有不少新的避雷、防雷装置问世，但同时也引起学术界、工程技术界的不同意见和争鸣，是传统的防雷装置过时了吗?还是有其他的原因。有观点认为：目前，没有任何一种避雷、防雷装置能全面防止雷电灾害，必须采取多级防护的办法。避雷系统的结构 传统的避雷系统由接闪器、引下线和接地装置三部分组成。接闪器： 即避雷针，有多种形式。例如：原北京月坛塔，高184米三角形组合断面自立式钢塔，其避雷针由一根长.0.6米、28mm的富兰克林针和一根长4米、100mm的钢管组成，安装在桅杆的顶部。而中央塔，高405米方园形钢筋混凝土塔，其接闪器是由一根长3米、80mm的富兰克林针、6米长的钢结构避雷针架和4根各长2米的角钢制横向避雷针组成的，使用螺栓加焊接的方式固定在塔顶上。引下线： 即连接接闪器与接地装置的金属导体。对一般的广播、电视钢塔桅来说，塔桅本身就作为引下线。混凝土电视塔的引下线与众不同，这部分结构充分利用了建筑混凝土内密集的钢筋体和钢桅杆，以及众多的钢结构的可利用部分，并采用焊接的方式将它们连接为一体。接地装置： 即埋入地下的基础和接地体。有多种形式，按建筑防雷规范的要求，一般钢塔桅的接地体是单独埋设的，与基础施工同时进行。而混凝土电视塔的接地装置，即埋入地下的混凝土基础钢筋。例如：中央塔庞大的接地体，采用了硅酸盐为基料的水泥，其内钢筋密布，埋深达23米与周围的地下水接触形成散流导体。设计要求的接地电阻R4。有雷电发生时，使强大的闪击电流经接闪器、引下线和接地装置迅速泻入大地。设备接地与防雷方式：以上三部分的设计及施工均要符合建筑防雷规范的要求。以中央塔为例：在全高135米的天线桅杆上，安装有7副天线的272个振子、58套功率分配器、14根主馈电缆和众多的附属设备及电气管线如：节日照明系统、航空障碍灯系统、通讯天线系统和天线区的工作配电系统等。它们的防雷接地均是通过其安装构件、予埋件与塔的主筋相连，天、馈线系统元件的外导体与钢桅杆或接地端子要有良好接触，电气线路均穿钢管或敷设在槽钢内、塔外的各层航空障碍灯使用了铅皮电缆，以使放电通路畅通，从而达到防雷击的目的。主馈电缆的另一端在机房内接地。 塔楼全高59米，中心对地高度237米，外展最大直径41米。由于钢结构梁及所有建筑物的金属部分均连为一体并与引下线连接，使塔楼的内部成为避雷的法拉第笼。发射机房设在塔楼内，主馈电缆的下端和天线开关板、多工器等设备分别通过地沟内的接地线与引下线连接。因此中央塔的防雷系统可以说是富兰克林针和法拉第笼的结合。防雷系统的维护与检修 根据气象部门的统计，北京地区属于多雷暴区域，年平均雷暴日数在3846天，且集中在4-10月间，其中市区为40天左右，多发生在傍晚至半夜的时间段。主要是城市的热岛效应，使市区上空的热空气对流加强导致雷暴增多，这种情况在其它城市也同样存在。目前，中央塔仍是北京地区最高的建筑，自93年建成投入使用至今，塔上发射天线及附属设备还没有遭受雷击的记录。但是，因雷击有很大的随机性，未遭雷击，并不意味就安全可靠。随着时间的推移，北京地区地下水位降低，有可能使土壤的导电率降低、接地电阻增大，增加被雷击的机会。因此需要在日常维护中定期测试塔的接地电阻，定期检查天线及附属设备的接地端子和塔顶接闪器的结构，以保持防雷通路的畅通。1 基接地电阻的测试：按维护周期要求每年至少测试一次塔的接地电阻，时间一般选择在3月或11月的干燥季节，目的是了解接地电阻的变化。按防雷规范要求可以使用ZC8型地阻摇表进行测试，其测试结果要与原始记录进行比较。以一般的电视调频天线塔为例，地阻测试接线如下图所示： 塔桅地阻测试接线示意图A、仪器与工具：地阻摇表1只，20米、40米测量线各1根，2米测量线两根，0.5米钢钎两把，手锤1把，钢锉1把。B、测试步骤：a、在塔桅的各主柱靠近地面处选择一点，用钢锉除去表面油漆以使接触良好；b、在地面选好方向，充分放开测量线，一端接摇表，另一端接钢钎，并用手锤将钢钎打入地下约0.4米；c、用短线接摇表和塔柱；d、以每分钟120转的速率转动摇表，当指针对准0位时记录表头读数；e、依次测试其余塔柱的地阻并记录读数。 需要指出的是，这种沿用多年的检测方法有一定的局限性，因为工频接地的电阻与落雷时的冲击接地电阻是有区别的。必要时可以请专业的避雷检测部门使用冲击阻抗测试仪进行测试。塔顶接闪器的结构检查： 安装在塔顶的接闪器，受高塔鞭梢效应的影响容易疲劳、开裂或折断。具了解已有几座高塔曾发生过塔顶接闪器坠落的事故。中央塔在96年的一次例行检修中，也曾发现一根横向避雷针在螺栓的固定部位出现断裂，由于发现及时，人为地把它折断而没有造成事故。检查周期一般每季度一次，选择晴朗无风的周二下午上塔，应仔细检查接闪器结构的完整性和连接部位的可靠性，发现问题要及时处理。2 天线及附属设备接地端子检查：天线系统和附属设备的防雷接地是通过与安装构件的可靠连接来实现的，各接地点应保持良好的连接和接触。由于塔高风振等恶劣环境的影响，会使连接、固定螺栓变松，日久金属构件的连接处会生锈增加接触电阻，特别是附加在线缆上的接地线，有可能接触不良或脱落。以上问题如果在维护中失检、漏检均会造成使设备遭雷击的可能。因此，防雷系统的检修是天线维护工作的重要内容。天线系统及附属设备的防雷接地检查，是按天线检修周期每半年一次进行的，发现问题要及时处理。所有连接点的防腐处理是与钢塔桅每35年一次的防腐涂覆一起进行的。需要注意的一些问题1 随着城市面积的扩大，建筑物的增高，电视塔的高度也在不断增加，为了防止侧击雷，在塔上任何高度安装的设备均要认真考虑接地问题。在设备安装时特别是连接、固定部位应与塔柱或接地端子保持良好接触。某台的有线电视被雷击，其原因是安装在平台塔柱上的接收天线，在固定部位垫有胶皮，使放电通路受阻所致。天线主馈电缆的两端均要良好接地，塔上在电缆连接器处或使电缆的外导体与塔连接接地。另一端应在进入机房之前接地或在机房内接地。某通讯台机房设备被雷击，即因为天线安装在塔上，另外敷设的馈电电缆在机房端未按规范接地，造成雷电引入。一般钢塔桅在避雷系统中是作为引下线使用的，因此，天线塔桅在架设过程中，除结构安装应符合规范外，单元塔节之间的连接必须保持良好接触，法兰接触面的