的设计与实现
2020
年
第
十
二
期实务探索—传播技术
摘要：本文讨论了一种广播电视发射天馈系统性能的长期监测和分析方
法。这种方法可分频道实时监测并记录发射机的输出和反射功率，同时还能监测 和记录站点的温度和湿度信息。系统将这些信息长期记录并进行统计和分析，可
实时观察天馈系统的性能、记录突发情况下的真实数据、分析驻波随时间和气象
条件的变化规律、为天馈系统的性能变化提供预判依据，保障节目的安全播出。
关键词：多载频功率驻波长期监测数据统计与分析
在广播电视发射系统中，天馈系统的性能直接影响到
节目信号发射质量的稳定性与安全性，同时也影响到覆盖面 积。对于整个发射系统而言，位于机房内发射设备的环境条
件相对稳定，包括温湿度和工作电压等处于可控稳定状态。
而具有不确定因素的是安装在室外的天馈系统。室外环境条
件的变化会影响天馈系统的性能。大风和雨雪天气、温湿度
等气象条件的变化、工业和大气污染、沿海的盐雾侵蚀等因
素都会导致天馈系统的物理变形、表面腐蚀等，从而导致阻
抗的变化也就是驻波的变化。
可见驻波是表征发射系统是否正常的一项极为重要的
指标。我台负责播出的中央一套发射机就曾经发生过因恶劣
天气导致驻波比过大而引起发射机停机的事故。因此必须加
强对驻波的长期监测。通过长期实时监测，可以及时了解天
馈系统的运行和老化情况，预判事故苗头，及时采取措施，
避免停播事故的发生。
一、传统的驻波测量方法
通常每台发射机的输出端都会自带一个功率和驻波检测
装置，用于发射机的输出功率检测和驻波保护。而真正反映
天馈系统性能的是位于多工器的输出端和天馈系统之间的
主通路上。
出一小部分入反射信号送至检波二极管，分别测量出入反射
功率并计算出驻波。这种测试方法的典型厂商代表是Bird电
子公司。这家位于美国俄亥俄州的公司提出的通过式功率测
量法几十年来一直是广播电视发射天馈系统功率和驻波测
量的主流方法。但从现代测试和测量的角度看，这种传统的
通过式功率测量法存在以下问题：
A.没有选频作用，只能测量存在于天馈系统中的总功
率；
B.动态范围较小，不能满足多载频和数字调制发射机
的测量需求；
C.分辨率低，不能准确观察到反射功率的细微变化，无
法分析其变化趋势；
D.没有自动记录和分析功能，需要人工记录和判断；
E.不能测量发射天馈系统中的频谱，谐波和杂散等频
谱信号特征。
上述分析表明，需要有一种新的方法来替代传统的天馈
系统功率和驻波测试方法。
二'基于现代射頻测试和计算机技术的夭馈系统性能测
量方法
根据上述讨论，结合现代射频测试及计算机和软件技
术，我们提出了一种新的天馈系统监测概念。系统设计首先东南传摇2020年第12期（总第196期
）
R o NGNAN CHUANBO瞬HW
紧盯前沿理论透析传播实践
考虑了传统天馈系统功率和驻波检测方法的不足，其次要求监测系统必须具有为广播电视发射天馈系统的长期维护管理提供足够的原始数据和分析结果的功能。
（一）系统设计方案
结合我台设备的实际使用情况，经过仔细论证，我们提出了以下测试方案：
A.设计一套完善的测试设备，永久接入天馈线系统中，按频点长期自动监测并实时记录该测试点的入反射功率，同时也可测试天馈系统其他射频性能指标；
B.设备具有天馈系统入反射功率、驻波、环境温湿度的长期自动检测和记录功能，并能以动态曲线图的形式实时展现各个参数之间的关联性；
C.具有VHF频段的测试通路，可以监测发射系统产生的、落入108-137MHZ频段的杂散信号；
D.对于监测到超过设定阀值的异常数据，能以弹窗并标红的形式予以告警；可以随时载入历史数据，用于回顾与分析发射系统的运行情况；
E.接入天馈系统中的设备自身的所有射频指标不能低于现有系统中被替代部分的指标。
基于上述设计要求的完整系统方框图如图1所示。监测系统在图1标为C点的馈管位置（以下统一简称为C点）接入射频信号取样单元。这个多载频的合成点是观察测试整个发射天馈系统性能的最佳测试点。监测系统通过射频信号取样单元从天馈系统C点耦合出一部分信号送至信号测试和记录单元。信号测试和记录单元自带PC主机，接上显示器后，测试设备既可在发射台机房内操作，也可通过远程计算机进行测试管理。自动化测试和分析软件可按照用户设定的规则长期自动监测并记录天馈系统的各
项指标，同时分析驻波随环境条件变化的规律。
图1广播电视发射天馈线长期自动监测系统的实现方案结构图
三、广播电视发射天馈监测系统的实现
参照以上讨论的测试原理和方案，我台的调频发射系统安装了一套"广播电视发射天馈线长期自动监测系统"（见图2）。左图为设置在机房内的信号测试和记录单元。右图为接在天馈线C点的取样单元，是一个高方向性的双定向耦合器。双定向耦合器中采集的数据由正向耦合端（FWD Coupling）和反向耦合端（FWD Coupling）两个端□分别通过两条射频电缆组件发送到信号测试和记录单元进行实时记录和分析。系统检测分析出的结果以实时动态曲线图的方式显示在主界面中。
图2完整的天馈系统测试设备
（一）测试系统的硬件模块
测试系统的硬件分为射频信号取样、信号测试和记录单元两大部分。
1.射频信号取样单元
射频信号取样单元采用了高方向性的双定向耦合器（见图3），分别用于取样正向和反向信号频谱。
FWD Coupling RFL Coupling
图3双■定向耦合器
正向耦合端（FWD Coupling）检测到发射系统中所有的载频信号后送至信号测试和记录单元，通过监测设备的信道功率测试模式可以分别测得每个载频输出功率。同时，每台发射机的工作频率、占用带宽等性能指标都可以被获取。根据需要，这些数据可以被定期记录并出具报告，可为专业技术人员提供技术管理依据。
反射耦合端（RFL Coupling）可以检测到来自天馈系统的反射信号，并用于计算出天馈系统的驻波。长期记录这个信号，可以分析天馈系统性能指标与气象条件的关联性。
射频取样单元是一个高质量的定向耦合器，其在天馈系统主通路中的插入损耗在87-860MHZ频段内的最大值仅为0.013dB（见图4a），自身损耗已经可以忽略不计。而主通路的插入驻波在87.5-300MHZ频段内最大不超过1.01（见图4b），已接近理想状态。
定向耦合器的耦合度设计依据是耦合到测试单元中接收机的信号幅度是否合理。在系统中，经过耦合器以及电缆、开关等器件的损耗，最终进入接收机的信号幅度约为OdBm左右，这个幅度的电平测量载频指标较为合理。而在测量互调时，则需要滤波器将载频滤除，以提高系统的动态范围，保证测试精度。
2020年第12期（总第196期）
|东畜传播
图4a插入损耗
1Active Ch/Trace2Rwponse 1»J3J•1.2001.1801.160
1.140
1.120
图4b驻波比
2020年第十二期
实务探索丨纂技术
图4主通路中耦合器的主要指标实测图
2.信号测试和记录单元
作为系统的数据记录和处理模块，信号测试和记录单元
可以实时记录系统在测试点的入反射功率以及室外环境温
湿度信息。通过分析模块自动计算天馈系统的驻波比，并能
与环境温湿度进行关联。
信号测试和记录单元由射频开关切换模块、滤波器组
件、接收机、内置主机、温湿度传感器等组成（见图5）。其
中开关切换模块可切换正向信号及反射信号的测试通路，
配合滤波器组件通路还可用于测试落AVHF频段的互调信
号。
接收机是一台高性能的宽带频谱分析仪，自带信道功率
测试等功能，配合内置主机中的自动化测试软件可测试天馈
系统中各个频道的入反射功率。
温湿度传感器安装在室外，数据线与内置主机相连，配
合内置主机中的测试软件实现站点室外天气温湿度的自动
检测和记录。
内置主机中安装有自动化测试软件。远程计算机可通过
网络控制内置主机，对监测系统进行远程操作。
为了保证接收机工作在线性状态，滤波器是必不可少
的。信号测试和记录单元配备了带通滤波器，可以用来监测
发射系统产生的、落入108-137MHZ频段的杂散信号。
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图5信号测试和记录单元基本结构
（二）软件系统的构建
可利霉素作用与用途自动化测试软件采用了测试、数据处理及分析功能三层
结构，如图6显示了软件的主界面。
主界面分为5大区域。左上角所标的1区为三个频道的
动态频谱区。图上所标的2、3、4区显示的是所要监测三个
频道的入反射功率、驻波比、温湿度等参数的实时趋势曲
线。其中黄曲线代表驻波比，蓝曲线代表入射功率，红
和另外一条蓝曲线代表温湿度。第5区为各种参数设置
区。
1.测试功能
软件可根据用户预设好的测试方案实现自动化测试发
射机天馈系统中的入反射功率、驻波比等性能指标，并同时
检测室外实时温湿度信息等。软件支持设置采样周期、采样
次数等参数以提高监测系统的采样精度，同时支持功率、驻齿轮修复
波、温湿度等参数的超阈值告警及记录功能。测试过程中软
件实时完成驻波比的计算以及温湿度信息，同步生成以时间
为X轴的曲线，并以实时动态图的形式展现出来，如图6所
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图6自动化测试软件界面
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图7弹窗告警功能
3.分析和报表功能
软件可调用已完成的历史数据用于分析，生成Excel格
式的分析报告。
（三）监测系统运行过程
监测系统通过接入天馈线系统中的双定向耦合器从天
馈线C点位置采集到正向信号和反射信号。采样到的信号通
过射频电缆组件输入信号测试和记录单元。此时内置主机中
的自动化软件控制开关切换模块切换至正向信号通路，并控
制接收机按照各频道测试方案的要求进行分析，完成采样后
再切换至反射信号通路按相同方法完成反射信号的采样分
析。然后根据内置主机中的自动化软件自动计算真实的入反
射功率，之后实时完成驻波比的计算。与此同时监测系统采
集温湿度信息，并将所有检测到的数据与测试方案设置的阈
值作对比，判断是否进行告警。所有这些数据实时保存并根
据采样周期生成曲线显示到主界面，并将超阈值的告警信息
以表格的形式予以保存并弹窗告警。
四、实测结果及分析
发射系统中的三台发射机的载频分别为98.7MHz、
91.3MHz和88.3MHz o为了检验本套监测系统检测数据的东南传摇2020年第12期（总第196期
）
r・紧盯前沿理论透析传播实践DONGNAN CHUANBO帰
准确度，我们选用了测量精度高的安立S331L天馈线分析仪择机对天馈线C点处进行了检测。检测出的数据如图8所示，其中98.7MHz的驻波比为1.03，而在相近时间本套系统监测出的驻波比也是1.03（见图9）。说明本套系统监测出的数据完全符合要求。
木工艺品制作
VSVR
经过一段时间的数据记录，"广播电视发射天馈线长期自动监测系统”陆续监测到一些异常现象。图10显示了91,3MHz频道监测的情况。图中的Y轴上框图蓝曲线表示该发射机的输出功率，黄曲线显示的是天馈系统中的驻波比。下框图里的蓝曲线是温度，红曲线是湿度信息，X 轴显示的是时间。这样就可以直观显示功率、驻波随时间及气象条件的变化规律。在记录过程中，经常遇到雷雨天，在开始下雨后，随着空气中的湿度突变，驻波出现了跳变现象，测试系统清晰记录了驻波的变化情况。虽然驻波的变化并未达到发射机的保护门限并且在一个多小时后恢复了，但这种情况引起我们的警觉。我台的调频发射天线已使用多年，可能存在老化、密封性能下降等不确定因素。根据系统监测到的异常情况，专业技术人员对调频发射天线进行了维护和保养。我们也加大了日常巡视和监测。在2020年“月份，本套系统就曾监测到各频道的驻波比和功率异常波动情况并予以告警，我们及时提前转换到备用天线播出，避免了一起重大停播事故的发生。
五、结结
在广播电视天馈线系统的全生命周期中，中长期健康管理是技术维护人员的主要任务。随着现代射频测试、计算机和软件技术的不断发展，赋予了驻波测试这项传统的测试方法以全新的概念。利用"广播电视发射天馈线长期自动监测系统”作为长期监测手段，可以为广播电视发射天馈系统长期健康管理提供以下辅助手段：
（一）还原某些突发事件乳液聚合
比如在台风气象条件下，天馈系统可能在强风作用下产生形变。在温度急剧变化的气象条件下，由于不同材料的热胀冷缩系数不同，天馈系统可能产生热胀冷缩现象。这些现象都可能导致天馈系统驻波的大幅变化。利用本套监测系统，可以实时记录驻波的变化情况，并在事后结合气象记录来分析驻波恶化的原因。
金桥通联轴器（二）分析天馈系统的运行情况
将大量的驻波比记录数据以时间作为X轴生成曲线，并结合温湿度记录数据，我们可以对天馈系统的运行状况了然于心。
（三）分析发射机的老化情况、预判故障苗头
天馈系统的某个部位开始老化破损并发生渗水现象是一个缓慢的过程。将驻波比的长期记录数据以时间作为X轴生成曲线，我们就可以发现驻波的缓慢变化过程，如果发生有恶化的趋势，就可以提醒专业技术维护人员随时关注，并及时将故障在苗头阶段处理完毕。
"广播电视发射天馈线长期自动监测系统”在我国其他省、市发射台中尚属首创，解决了传统天馈系统功率和驻波检测方法中存在的问题，具有长期自动监测、检测准确、操作简单等特点。本套系统于20
19年11月开始正式投入运行，目前运行良好。随着时间的推移，将会发现更多有实用意义的实验数据，为我台安全优质播出提供更加全面有力的保障。
1.G Y/T5088-2013，电视和调频广播发射天馈系统技术指标及测量方法[S].2O13.
2.邱剑，王希.调频天馈线系统检测方法的探讨[J].广播与电视技术，2011.
3.赵英龙.天馈线驻波比的监视[J].硅谷，2011.
作者简介：
郑枫工程师，现任福建省广播电视传输发射中心101台发射机房副主任。
【责任编辑：林刚】2020年第12期（总第196期）
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