近年来随着社会经济的快速发展，广播电视事业也有了长足的发展，无线发射台节目套数越来越多，而铁塔高度及所承载的天线套数、安装空间及铁塔承载重量有限，制约着发射台节目套数的增加，多工器技术的广泛使用，较好的解决这一制约发展问题。
【关键词】多工器；3db耦合器；原理；使用；维护
一、前言
我台始建于上个世纪八十年代初期，海拔3210米，隶属于甘肃省广播电视局无线传输中心5个高山骨干台之一。建台时只建了一座55米高的自立塔，只容纳6层4面的米波蝙蝠翼天线一副、FM单藕极子6层4面天线一幅。当初只有米波电视一套、调频广播一套，铁塔使用空间还宽松。进入二十一世纪以来，随着广播电视事业的发展。现已有米波电视一套、分米波电视二套，数字电视十八套套，调频广播四套，所有天线均安装在这一自立塔上。原天线系统已使用三十年之久，驻波比变大，天馈线发射效率低下，特别是该天线设计带宽较窄的固有缺陷约10MHz，无法满足今后多频率多工使用。为确保安全、高效、优质播出，计划拆除更新天线，使用大功率全频段天线及主馈，在机房采用多工器进行功率合成。
二、多工器及应用特点
多工器的工作原理是将不同频率的发射机发射出来的信号进行功率合成，而且在频率合成之前不产生相互频率之间干扰。即多频率频道合成器的简称。直接连接在机房内发射机后面，是广播电视实现多频共塔的必要设备。它有双工器、三工器、四工或多工器之分，由于技术的日渐成熟和发展，现在五工器、十工器也有应用，因此广播电视无线发射发展的必然选择。具有如下优点：
1.多套节目共用一副大功率天线，充分利用了铁塔资源，让铁塔发挥大效益，并减轻铁塔载荷。
2.减少了上铁塔维护天线的工作量，节约维护成本。
3.它的位置是在几部发射机和一副宽频带天线之间，放置在机房内发射机后面。不受风雨浸蚀，故障率低，维护方便。
4.可以显著的提高方案的性价比、提高发射效率、易于频道扩展。
三、多工器的基本结构及工作原理
1.多频道合成器，简称多功器，多工器按其输入端口数量分为双工或多工。双工器是一种有三个端口的无源器件，它有两个输入端口和一个输出端口。两个不同频率的信号由输入端口进入，无损耗地在输出端叠加成一路宽带信号。两个输入端之间互相隔离，其隔离度应达到30dB以上，以免两个信号互相干扰，造成信号的交互调制。多工器是多端口器件，有N个输入端口和一个输出端口。N个输入端口中的任一端口与输出端之间的插入损耗都应很小。多工器能把N个信号无损耗地合成一路信号。其示意图如下图。
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对于调频广播，天线的带宽基本能满足87MHz—108MHz全频段的要求，对于不同的调频工作频率，可以通过各种补偿方法使其驻波比达到要求的技术指标，使多工成为可能，并成为目前普遍采用的经济合理的技术方案。
2.多工器从结构上看主要是由多个双工器为组成单元形成的多频率信号的功率合成装置，一般有三种型式：星点型、桥式双工器（恒定阻抗桥式）和不等臂3db桥型（相敏型）。主要以桥式双工器应用为主。
桥式双工器是利用两个定向3dB藕合器D1、D2（如下图所示）和两个带通滤波器（B1、B2）和一个吸收负载R组成，也叫恒定阻抗桥式双工器。它有四个端口，在系统结构完全对称的情况下，即两个3db藕合器和两条等长的桥臂以及两个对称安装的滤波器。当每个端口终结时，由任一端口看人的输入阻抗都是在宽带范围内的恒定阻抗，实现宽带匹。当两臂上接有反射器时，从桥的每个端口看入的阻抗也是匹配的，即宽带内有恒定阻抗特性。故称为定阻抗多工器（恒阻3db桥）。射频信号f1由D1输入，在3端和4端形成功率各一半的输出信号，4端的相位滞后3端90°，两路信号通过带通滤波器（B1、B2）到达定向耦合器D2的3′和4′端，由于4′和2′同相位，3′端经过90°延迟到达2′端，对于f1的两路信号在2′端正好同相合成。而在1′端，已经延迟90°的4′端功率经过3db定向耦合器再延迟90°为180°，与由3′端过来的未延迟的f1信号正好相抵消，因此f1在1′端没有输出。信号f2由D2的1′端输入，在3′和4′端输出两路各一半功率的f2信号，在带通滤波器的输入端被全反射回D2，由于相位关系，在2′端两路信号被合成f2，于是，在D2的2′端f1和f2合成。
在实际工作中带通滤波器B1和B2并不能完全对f2全反射，会有一定的信号泄漏到D1的3、4端，在2端相加而被吸收电阻R吸收，而不会串扰到端口1，不会对f1造成干扰。
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3dB定向耦合器的隔离端也会有一些泄漏，带通滤波器也不可能把带外信号完全反射，因此，为了保证多工器的技术指标，带通滤波器的腔体个数需要选择，如果两个频率相距较远，使用两腔滤波器即可，二频率相近时，选择三腔滤波器，提高隔离度指标。对于桥式多工器来说，由于3dB和带通滤波器的共同做用，两个信号的频率间隔比较小而它的隔离度可以做的很高，通常以做到40dB的隔离度。
我台在设计规划调频多工器时，100.1MHz，101.3MHz两个频率间隔1200KHz，为了获得更高的隔离度和提高抑制二次、三次谐波的能力及100.1MHz播出CDR的技术要求，对f1,f2选择三腔滤波器，由四组桥式双工器连接组成，达到功率合成的目的，使f1、f2 、f3和f4共用宽频带天线实现四个频率的发射共用。原理框图如下：
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四、多工器的技术指标
五、多工器的运用及调试
1.多工器的安装注意事项
根据场地的实际情况，合理安排摆放位置，达到即美观大方，又方便今后调试维修。对连接的硬馈尽可能的短，并一定注意使用的硬馈内连接插芯一定是同一国标件，因新老标件尺寸有一定差别，不然会连接不紧，造成指标不稳定或者打火烧毁多工器。
2.多工器的调试
（1）常用仪器：网络分析仪、标阻及相应连接线若干。
（2）注意事项：机房安装位置要合理，既美观大方的视角又要考虑日后维护、调试方便。硬馈、插芯规格型号和国标一致，不同规格连接件之间要紧密和牢固。
（3）功率合成器对某一个频率的带通和带阻作用是用过调节谐振腔内部导体长度来调整腔体谐振频率与输入频率相同，另外腔体的带通特性是通过调节耦合环来实现的，总体来说或谐振腔的带通和谐振特性曲线可以通过内导体长度和耦合环来实现调整的，直到达到系统的测试指标。
3.多工器在使用中应注意的事项
（1）控制环境温度，防止温升引起耦合器内部等效电容和等效电感值发生变化引起频漂，从而增加插入损耗。
（2）由于多工器的大量利用，室内弯头、接头增加，应随时注意这些部位的温度是否异常，颜色有无突然变化，观察多工器吸收负载的温度情况，经常做好多工器表面清洁维护，调整旋钮绝对不能动等注意维护事项，才能确保多工器长期运行稳定。
六、结束语
本文从多工器的基本结构组成着手，将我台调频全频段天线改造多功器选择，多工器的指标及具体调试方法，与从事广播电视技术维护同行共同学习。
参考文献
[1]王志刚，主编.电视与调频广播发射设备.
[2]方德葵，主编.电视与调频发送技术.
论文作者:袁晓斌
论文发表刊物:《科学与技术》2019年18期
论文发表时间:2020/4/28
标签：信号论文; 双工器论文; 天线论文; 端口论文; 频率论文; 铁塔论文; 两个论文; 《科学与技术》2019年18期论文;