关于调频广播覆盖工程的规划研究

杜彬

(国家新闻出版广电总局中央广播电视塔)

摘要

文章首先介绍了调频广播的相关情况，然后分析了调频广播覆盖工程规划工作需要注意的要点以及涉及到的相关技术，最后以应用实例分析了如何进行调频广播覆盖工程的规划工作，主要包括调频广播覆盖工程的频率规划、消除干扰的主要措施、调频广播覆盖工程的预测工作以及实现调频广播覆盖工程所使用的技术分析等方面的内容。

关键词

调频广播 覆盖工程 规划 功率容量

随着广播电视的不断发展，覆盖范围越来越广，偏远地区的人民也可以在闲暇之余通过收听广播来丰富自己的生活。我国近年来实施的调频广播覆盖工程加强了偏远地区与外界的联系，丰富了他们的生活，有效起到了推进社会和谐的作用。本文主要围绕调频广播覆盖工程的规划展开研究。

1 调频广播概述

调频广播最早出现在上个世纪四十年代，是相对调幅广播而言的，其发射电波的幅度不会变化，但是频率会随着声音的强弱变化而发生改变。我国调频广播的频率在87兆赫兹到108兆赫兹范围内，每个频道之间的频率间隔为100千赫兹，共有210个广播频道。调频广播电波的传播遵从电波发射定律和绕射定律，沿地面方向传播的地波具有很快的衰减速度，不会被电离层反射。

调频广播具有失真小、信噪比高、抗干扰能力强等优势，并且立体声广播的实现比较容易，相同频道调频天线间的干扰小，保护距离也比较小，发射台的建设费用较低。基于以上优点，调频广播技术自产生后就得到了快速发展，现在已经成为主要的广播手段。

2 调频广播覆盖工程的规划要点分析

2.1 规划预测的准确性

国家测绘局所提供的人口分布信息以及地理信息数据比较真实可靠，因此在进行调频广播覆盖工程规划时可以将人口分布信息以及地理信息数据作为规划基础，提高规划预测的准确性，确保覆盖工程的科学与合理。

2.2 干扰问题

电磁干扰是调频广播覆盖工程不可忽视的问题，只有解决干扰问题，提高调频广播覆盖工程的抗干扰能力，才能有效确保工程质量。调频广播同步技术不仅可以有效降低同频保护率，同时其也可以通过一定的技术手段大幅降低干扰问题对调频广播的影响。基于此，在进行调频广播覆盖工程的规划工作时可以将调频同步广播技术应用进来。

2.3 载波频率的间隔问题

相邻发射台之间的载波频率间隔如果太大，频率利用率将大幅降低，载波频率间隔太小，同频保护率又会提高，覆盖重叠区的干扰情况将会更加严重。因此，在进行调频广播覆盖工程规划时，载波频率间隔既不能太大也不能太小，否则都会对覆盖工程的质量造成影响，降低调频广播的收听频率。

2.4 覆盖重叠问题

为了确保调频广播覆盖工程覆盖的全面性，覆盖工程不可避免地会出现覆盖重叠问题，重叠区很容易出现干扰问题，影响到一定范围内的收听效果。为此，在调频广播覆盖工程的规划过程中，应该尽量减小同一发射台的覆盖重叠区，并尽量利用调频同步广播覆盖相同广播节目，降低干扰强度。

2.5 功率容量

天线的功率容量主要由天线振子的间距以及材料等决定，在进行调频广播覆盖工程的规划工作时需要确保天线的功率容量与发射功率相匹配。调频广播具有直线传输特性，将地球计为理想球体，半径即为6370千米，计算可以得到对端天线的挂高为100千米。由于过高为视距的中继距离，因此视距就是50千米。这一句距离比1千瓦调频广播发射机的覆盖半径要小，因此调频广播的实际有效覆盖半径主要由挂高决定，即是说馈线长度相关指标是调频广播覆盖工程规划工作的重要指标，低损耗馈线可以有效增加覆盖半径。

2.6 影响接收效果的因素

（1）电磁环境

城市化进程的加快致使广播电台的使用频率变得更加密集，频率间的干扰情况也比较严重，电磁环境比较复杂。在复杂的电磁环境中，即便加强场强，调频广播的接收质量也难以提高，会存在断断续续的干扰声。因此在进行调频广播覆盖工程的规划工作时，需要明确电磁环境对调频广播接收效果的影响，选择干扰较小的地方建立发射台。

（2）地形地貌

如果调频广播在传输过程中存在阻挡物，信号就会减弱。因此山区调频广播覆盖工程的规划工作需要考虑沟壑以及大山对调频广播接收效果的影响。此外，发射台附近的路段如果存在低洼的情况，而前方又有高楼和小山丘阻挡，衰减严重的信号很可能无法反射回来。因此在进行调频广播覆盖工程的规划工作时还需要留意周围的地形地貌。

3 调频广播覆盖工程的相关技术

3.1 天线极化方向

天线计划方向指的是调频广播在空中形成的电场方向，主要包括垂直于地面的垂直极化以及平行于地面的水平极化这两种。当极化方向与接收天线的振子方向保持一致时接收效果更好，因此调频广播一般都选择辐射效率更高的垂直极化天线。但是如果覆盖工程是在信号干扰比较严重、频率紧张的大城市，也可以选择水平极化天线来优化辐射效率、增强抗干扰能力。

3.2 组合天线的高增益

偶极子组合的增益与其间距成正比关系，对多层偶极子天线进行灵活配置可以在保持高增益的基础上对方向图进行按需调整。垂直极化天线的比较简单，全向辐射效果好，但是安装过程复杂，实现定向反射有一定难度。水平极化天线具有方向性，定向效果较好，并且所需空间小。

3.3 方向图

方向图指的是天线辐射功率的空间分布情况，是衡量调频广播覆盖有效性的重要指标。因此在进行调频广播覆盖工程的规划工作时应该利用方向图技术来选择匹配的发射天线。

4 调频广播覆盖工程规划研究的应用实例

以我国某地的调频广播的覆盖工程为例，该工程需要建立16个调频发射台以确保覆盖的全面性。

4.1 调频广播覆盖工程的频率规划

该覆盖工程利用多频网进行调频广播的覆盖，为提高频率的复用效率，该工程的规划人员根据该地的地形地貌特点进行了调频同步广播试验。实验结果证实该地区可以在将频率分为五组的情况下实现16个发射台覆盖半径内的同步广播，频率利用率获得了大幅提高。

4.2 消除干扰的主要措施

将相同频率分组中的任意两个发射台作为主站与干扰站，计算出主站在干扰方向上的覆盖半径以及干扰站在主站方向上最大干扰场强的覆盖半径，当两种半径之和与两站之间的间距小时，可以认为两站之间基本不会出现干扰问题。经计算得到结果显示两站之间存在干扰问题，因此采取了以下措施来消除干扰：第一，将其中干扰最大的发射台取消，在另外海拔较低的合适地点新增一个发射台，并降低发射功率，降低其对周围发射台造成的干扰。第二，位于海拔3000米处的发射台是整个覆盖工程的枢纽站，因此无法取消。在这样的情况下只能根据计算降低该台的发射功率。结果证实，将该台的发射功率降低到1千瓦以后基本消除了其对周围发射站造成的干扰。第三，在规划过程中可以利用定向发射天线的方式来降低有效发射功率，将干扰场强控制在最小范围内，以此降低主站台和发射台之间干扰强度。

4.3 调频广播覆盖工程的预测工作

利用国家测绘局提供的人口分布信息和地理数据信息来预测覆盖结果，发现要想实现该地区的调频广播覆盖工程，覆盖面积在56675平方千米左右，总覆盖人口为3406万。结合当地的地形地貌等各方面的实际情况，调频广播覆盖工程的预测工作得出了以下结论：第一，该地属于山区，覆盖阴影较多，因此有些地方虽然处于覆盖范围内，但是依然无法接收到调频广播的信号，因此实际覆盖人口大约只有2700万。第二，为解决以上，该工程设计人员决定采用多点覆盖方式，虽然覆盖面积会增加一倍，但是由于可以大幅降低阴影区面积，因此实际覆盖人口反而会增加四倍，总覆盖人口大约可以达到3406万。

4.4 实现调频广播覆盖工程所使用的技术

由于该工程确定采用调频同步广播技术，因此所有的发射系统都需要满足同步广播的技术要求，即是说，所有调频发射机的稳定度都需要优于10^-9，调制度相差不可超过3%，同频相干区的时延不可超过5微秒，并确保相干区的载波相位以及广播音频保持同相。

基于以上技术要求，该调频广播覆盖工程针对性地开发出了一套时统系统来协调16个发射台的调制度、标频信号、时延、音频信号系统以及载波相位。该系统采用控制中心来标注广播节目流的时间，利用微波网将发射台的节目时统服务器传送到各发射台，然后再将它们送至各调频发射机的激励器。该时统系统主要由双G接收模块、高稳定性铷钟振荡器以及北斗授时模块构成，确保铷钟振荡器的输出频率与双G接收模块同步。铷钟输出的时间信号非常精确，频率稳定度达到10^-12，完全满足10^-9的技术要求。

各发射台利用网络适配器接收节目传输中心所发送的节目信号，再将其送到调频单频网的适配器上。单频网适配器通过对比当地铷钟的时间以及节目流的时钟信息，得到相应的延迟时间，就可以在未到播出时间的情况下缓存节目流，等到节目播出时间再将缓存节目流的信号输出到相应的调频发射机激励器上。

结束语

调频广播具有失真小、信噪比高、抗干扰能力强等优点，调频广播覆盖工程的实施可以让偏远地区的人民也可以在闲暇之余通过收听广播来丰富自己的生活。由于电磁环境以及覆盖工程地区的地形地貌都会对调频广播的接收效果产生影响，并且规划预测的准确性、干扰问题的解决方式、载波频率的间隔问题、覆盖重叠问题以及发射台的功率容量等因素也直接关系到调频广播覆盖工程的质量，因此在进行调频广播覆盖工程的规划工作时，需要留意以上问题，将它们纳入规划要点。

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