李红英 许生权

【摘要】本文主要分析了十堰市福泉山广播电视发射台调频广播无线发射原系统中存在的问题，介绍了调频发射系统改造的要点，特别是±45°混合极化调频天线和双馈天馈系统在方案中的应用，并对系统改造前后发射覆盖效果进行了对比。

【关键词】调频广播天线;混合极化;双馈系统;开关板;无线覆盖

中图分类号：TN929                    文献标识码：A                    DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.18.026

十堰市福泉山广播电视发射台主要承担着中央、省、市广播电视节目的发射任务和微波信号的传输工作，是台站合一建制，属湖北省骨干发射台。

台站原有调频广播的无线发射系统已使用26年，系统的工作状态已无法满足台站要求。本文首先分析了我台原有调频广播无线发射系统中存在的问题;其次，文章介绍了调频发射系统改造的要点;之后，文章对系统改造前后发射覆盖效果进行了对比和分析;文章的最后为结论部分。

1. 原有系统存在的问题

1.1 设备超期服役，老化严重

我台原采用的调频广播天馈线系统于1995年规划安装，至今已有二十多年，其间曾经历过多次大型维护。参照国内外通行的天馈线系统正常使用10～15年的经验，我台的调频发射天馈系统已属于超期使用状态，无论是系统的机械性能还是多项电气指标均有所退化，尤其是系统的可靠性明显变差的问题，实质性构成我台安全播出的重大隐患。

1.2 天线增益不足，覆盖效果不佳

对于10kW功率等级的调频发射，天线增益应至少达到8dB以上。而我台目前使用的调频发射天线为三层四面蝙蝠翼天线，天线增益的设计值仅为5.3dB，不符合标准要求。天线增益不足，造成我台调频广播发射信号在覆盖区域某些地点接收效果不佳。

1.3 单馈发射，无备份系统

根据广电总局2014年颁布的《广播电视安全播出管理规定（无线发射转播台实施细则）》的要求，地市所属发射台应达到二级保障要求，有条件的发射台应提升安全播出保障等级。规定同时指出，“天馈线系统可采用双馈结构，并配备相应的倒换装置。”双馈天馈系统包含两根馈线、一副可以分为上下两部分的天线以及一套天线开关板。当传统双馈天馈系统中的一个天馈子系统（某一根馈线，或者天线的某个半部分）发生故障时，可以通过其中倒换装置的切换，将发射功率信号切换到工作正常的天馈线子系统中，保证整个系统正常工作不停播。双馈天馈系统可以有效的提升广播电视无线发射系统的可靠性，但目前我台的调频发射系统中没有配置双饋系统和倒换装置。

2. 系统改造方案

我台经多次调研，参考省内外兄弟台站的技术方案，征求国内多名广播电视无线发射业内专家建议，结合台站工作实际，最终确定我台调频无线广播发射系统的改造方案，方案要点包含以下内容。

拆除原天馈线系统。确定新天线安装位置。新天线安装的起始位置（下端）位于铁塔的距地面35米处，高于下平台2米。当天线安装空间不足时，可将铁塔上部平台外沿的栏杆和铁板拆除，以桅杆为中心，对称的加装天线固定架。这样既不改变铁塔的主体结构，又不增加塔体承重，有效的利用了塔桅资源。

新增一副四层四面双馈头双偶极子±45°混合极化调频广播发射天线。该天线系统增益为水平与垂直方向各5dB（±45°方向8dB），抗干扰能力强，能有效提高服务区域的覆盖效果。同时，该系统天线单元振子不采取拼装，采用一体化焊接和双重密封工艺，抗大风、裹冰能力较强。此外，该天线单元馈电结构简洁，干燥气体能充至功分器、分馈线直至天线振子内，可确保天馈系统性能稳定可靠，减少了天线端的调试、维护工作量，降低了高空作业风险，满足我台恶劣气候环境中使用。

新增两根SUY-50-80馈管，单根馈管在调频频段的功率容量不小于30kW，两根馈管在调频频段的功率容量不小于60kW，为整个系统预留充足的功率容量冗余，满足我台调频广播发展需求。

新增一套EIA41/2”规格调频天线开关板，实现多工器输出功率信号的一分二，并与双馈天馈系统相连。新增天线开关板同样预留了充足的功率余量，开关板的额定功率不小于75kW。（详见图1）

3. 混合极化优势

我台使用的混合极化发射天线是由±45°斜极化天线单元组阵实现的，此天线发射出的电磁波在不同的角度上将呈现斜极化和椭圆极化，这种混合极化在水平和垂直方向都有较好的信号强度，经实际测试证明特别适用于移动或手持接收终端，此外，混合极化较单一的水平或垂直极化抗多径衰落能力强，尤其适合在山区、丘陵及建筑物密集的城市使用。

这种混合极化天线对塔桅宽度没有要求，只要塔桅强度足够即可安装，都能获得较均匀的水平场形。若用同一种极化的天线安装于很宽的塔桅，在电波合成时相邻单元的重叠信号由于时延会使水平场形恶化，造成多个方向信号覆盖不好。图2所示是相同极化的双偶极子天线安装于直径为2λ的圆周上所得到的场形，从图中可见场形很不均匀，某些方向凹陷很大。

用±45°斜极化双偶极子天线单元组合成的混合极化就能有效地克服以上弊端。在组阵应用时，水平面相邻的天线单元采用了不同的极化方式，这两种极化在空间是正交的，即相邻单元辐射出的电磁波的电磁场矢量在水平面的重叠区是正交的，这样就避免了电磁场矢量合成时，由于空间相位差而引起的场形恶化覆盖效果变差的问题。这种天线配置理论上适用于任意大截面的塔桅。图3所示是±45°斜极化双偶极子天线安装于直径为2λ塔桅上所得到的水平场形图，从图中可见场形很均匀，不存在大的凹陷。

4. 系统改造效果

2021年5月，我台对调频广播无线发射系统进行了整体改造。改造期间，为确保相关广播节目的播出安全，根据《广播电视安全播出管理规定》，我台制定了详细的施工计划和技术安全保障措施，所有测试、倒换、连接等工作均在夜间节目停播时间段进行，在不影响节目播出的前提下圆满完成了系统改造工作。

改造前，原三层四面蝙蝠翼天线挂高为50米;改造后，现四层四面±45°混合极化双偶极子天线挂高为40米。

系统改造完毕后，我台派专业技术人员赴四县一市三区对调频广播信号覆盖效果进行了实地收测。以99.5MHz的覆盖效果为例，在发射功率同等的前提下，分别进行了改造前后信号场强和信号质量的对比。从测试结果可以计算得出，改造前该频点的路测平均场强值为54.19dBμv/m（采样点16908个），改造后路测平均场强值为55.8 dBμv/m（采样点9957个）。图4为改造前后信号场强对比，图5为改造前后覆盖重点改善区域的对比。从测试结果可以得出以下结论：

我台调频广播无线发射系统的改造达到预期效果。调频发射天线从三层四面蝙蝠翼更换为四层四面双偶极子天线后，覆盖的平均场强大幅增高。天线从水平极化更换成±45°混合极化方式后，在天线挂高降低10米的情况下，原来很多处于阴影区边缘的测试路线采样点场强总体更均匀，移动收听效果更稳定，覆盖质量明显提升。

5. 结语

经过严密论证、精心准备、周密施工，我台对原有的调频广播无线发射系统进行了升级改造，将原有三层四面蝙蝠翼天线更换为四层四面±45°双偶极子天线，并增加了双馈馈线和天线开关板，构建了双馈天馈系统。经过实际测试，改造取得预期效果，发射频率的覆盖效果有了较为明显的提升。同时，由于双馈天馈系统的成功建设，有效提升了我台调频广播无线发射系统的可靠性，为我台安全播出工作打下坚实的硬件基础。

参考文献：

[1]刘敏，王轶冬.广播电视无线发射系统可靠性提升技术方案分析[J].广播与电视技术，2020，Vol.47（2）：96-99.