校园无线调频广播系统的建设与实施

校园无线调频广播系统的建设与实施

摘要无线调频广播是一种以无线发射的方式来传输信息的广播设备,它克服了传统有线广播系统的缺点,成为学校理想的英语广播教学、信息播报等不可缺少的传播工具。讨论校园调频广播系统的组成,调频发射天线的特性、定位与覆盖,以及校园调频广播建设存在的问题等。

关键词调频;发射天线;垂直极化;阻抗匹配;流媒体

中图分类号:TN934.2 文献标识码:B 文章编

号:1671-489X(2010)18-0087-02

Construction and Implementation of Campus FM Radio Synchronous Broadcasting System//Sun Yongjun

Abstract FM radio synchronous broadcasting is the broadcasting system which transfers information by radio waves and does not have the disadvantages of traditional wired broadcasting system. So it has become the necessary and ideal media for English broadcasting education and news broadcasting of universities. This paper discusses the components of campus FM radio synchronous broadcasting system, the features, location and covering of FM broadcasting antenna and the problems of its construction.

Key Words FM; broadcasting antenna; vertical polarizing; impedance matching; stream media

Author’s address Modern Education Technology Center Hefei University, Hefei, China 230022

校园调频广播系统是小功率开路无线电广播,调频广播采用调频调制的办法,用高频载波的频率变化描述音频信号变化。调频广播作为一种校园传播媒体,具有覆盖范围广、后期系统易扩容、安装维护方便、音质动听等特点。它是校园有线网络系统的补充和完善,特别在外语听力教学辅助、校园新闻宣传和活跃校园气氛、创建校园文化等方面显示出独特优越性。校园小功率无线调频广播系统由发射和接收两部分组成,发射的性能优劣决定着调频广播的收听效果。

1 调频发射系统组成与特性

校园调频广播系统主要由发射天线、馈线和发射机以及附属设备等4部分组成。其中发射天线设计与安装的合理性直接影响着发射效果。系统拓扑图如图1所示。

1.1 发射天线的基本特征

校园型小功率调频广播电台所采用的发射天线一般选用高增益的垂直极化天线。我国的调频广播频率规定范围为

87～108 MHz,学校一般规定在70～87 MHz之间。当天线与地平面相垂直时,天线发射电磁波电场强度矢量端点随时间变化的轨迹与水平面相垂直,这种极化称之为垂直极化。垂直极化天线可以由1/2波长和1/4波长对称振子天线构成(两臂长度相等的振子叫做对称振子,每臂长度为1/4波长、全长为1/2波长的振子,称半波对称振子。对称振子天线是一种经典的、迄今为止使用最广泛的天线)。

发射天线在振子的轴线方向上辐射为零,最大辐射方向在水平面上,在水平面上各个方向上的辐射一样大,因此,设计能够满足覆盖整个校园范围的小功率调频广播,其中重要的因素是发射天线地址的选取。在传输线与发射天线匹配的前提下,通常选取垂直天线加辐射条状地线棒组成的调频发射天线。垂直发射天线由一个垂直辐射体(激励单元)和辐射条状的地线棒组成,垂直辐射体和辐射条状的地线棒的长度可由L=71.3/f计算。其中:f为发射频率,单位为MHz;L单位为米。同轴电缆的芯线接入辐射体的下端连接点,同轴电缆的屏蔽层则接入辐射条状地线棒的中心连接点。

1.2 发射系统的阻抗匹配

调频发射机与传输线的阻抗匹配调整就是发射机末级功率放大器传送给传输线最大输出功率,这取决于传输线的特性阻抗、传输线长度和驻波比等参数。当发射机输出阻抗

等于或接近于传输线的特性阻抗时,驻波比接近1,实际情况要求驻波比不能大于1.5。传统连接发射机的传输线是特性阻抗为50欧或70欧的同轴电缆。

传输线与发射天线的阻抗匹配是实现发射系统阻抗匹配的又一环节。为使匹配网络能提供最佳功率输出,可采用矢量网络分析仪接入对载频上下通频带进行调整,使驻波比在载频处接近1,上下边带对称。同时可在发射机与传输线之间插入传输匹配器件作为匹配网络,对失配状态进行补偿,使发射机的最大有效功率全部通过发射天线辐射出去。

1.3 发射系统辅助设备

调频发射系统的有关辅助设备主要由调音台、DVD播放机、广播收转机、录音设备和校园有线广播的信号输入源等设备组成。调音台的作用是以混音为主,保证多路输入的音频信号经过调音台的平衡与调整后,能够输出均衡的音频信号,能够对音色、音调和音量予以集中控制。广播收转机是一种灵敏度高、选择性强的调频接收机,用于接收前方微弱信号,为发射机、调频调制器及有线广播功放等提供信号源。

2 发射天线的安装、定位

校园调频广播电台输出功率是额定的,从理论上讲,无线电信号是可以覆盖整个校园或局部覆盖,由于校园建筑物和

地形分布的不同,调频无线电信号的有效传输距离就会受到影响。调频输出信号的频率一般在87 MHz以下范围内,其波长对建筑物和障碍物不能产生绕射,而是产生直射、反射和透射,这样调频台的台址选择就必须结合校园具体的地形分布情况来考虑。调频台址的选择就是调频台发射天线的定位。在保证发射系统匹配或接近匹配的情况下,要求连接调频发射机与天线的传输线越短越好,长度控制在10米范围内,这样可以使发射机输出的信号在传输的过程中损失较小。若校园呈方形结构,发射天线所处的位置取中心建筑物为宜,天线可选用垂直激励发射单元与辐射条状地线棒组成的全向型天线;校园呈矩形结构,可采用定向型的发射天线来覆盖全校园或需要覆盖的局部校园。所有允许安装使用小功率调频电台的院校都必须按照无线电管理机构批准的发射功率作为调频发射的最大功率来使用。

发射天线的安装,需要加装棒形避雷天线。安装天线后,一定要清理发射天线周围的导体,因为这些导体易产生感应而影响发射效率,特别要在10米半径范围内不能有任何发射与接收天线,越开阔越好。

校园调频无线电广播信号不仅要覆盖校园各个空间角落,而且也需要覆盖到教学楼等建筑物内。事实上,频率为86 MHz,波长为3.45米的电磁波是在可视方向上直线传播的,除去反射波以外,电磁波遇到固体介质则在透射过程中呈指数

规律衰减。调频电磁波在20厘米厚的钢筋水泥介质透射的过程中,电磁波透射后的电场强度将衰减20 dB左右,调频接收机还能够收到无线电信号;而在40厘米厚的介质处,电场强度已衰减大约45 dB。一般的,调频接收机在信号强度低于25 dB时,就很难锁住接收信号,需加大功率输出。这就是现代建筑物内不能广泛地收听校园小功率调频广播及其影响接收

效果的原因所在。

3 目前校园调频广播建设存在的问题

3.1 多校区覆盖问题

由于目前很多高校存在多个分校和校区的特殊环境,这就使校园调频广播的覆盖范围存在一定的局限性,以及建设成本的加大。依托高速稳定的校园网络基础平台,采用流媒体技术实现多校区调频台一体化方案,可解决目前调频台存在的问题。这不仅可以克服人员和空间的限制,还可以有效、合理地安排工作,大大提高工作效率。系统实现流程如图2所示。

播控发射端主要完成音源信号的采集、混音、发射,并送入流媒体编码器进行编码;流媒体编码器的主要功能是通过音频采集卡实时捕获播控端的音频信号,再采用专业编码软

件对音频信号编码,通过流媒体服务器完成媒体的存放、控制和发布;流媒体解码器通过网络实时接收流媒体服务器的音

频编码信号,并将解码后的信号输入到应用发射端的调音台;应用发射端主要是对解码信号进行混音和调频发射。当然,

流媒体的成功应用离不开良好的网络运行环境的支持,以及

解决好网络安全方面的技术问题,同时需要采取各种措施加

以保证。

3.2 频率偏移问题

由于接收终端采用无线调频接收,必须确保接收频率与

发射主机的调制器频率绝对相同,但由于电子产品元器件会

随着时间和周围环境而出现电性参数的变化,可能产生频偏

现象,导致无法正常广播。可采用一些改善措施,如音频信号调制器应用PLL锁相环技术,将载波频率的相位锁定,避免载波频率产生漂移现象;接收端采用晶体振荡稳定频率技术,将接收频率稳定在需要的频率上,使接收频率准确、稳定、可靠。

由于频率合成技术的应用,使用于校园型的调频发射机

亦可通过连续调节频率预置旋钮来改变调频发射机本机的

载频,并能够保证调节后的频率稳定度仍在允许偏差的范围内。

参考文献

[1]王年英.用调频广播弥补英语听力教学设备不足的尝

试[J].南宁师范高等专科学校学报,2004(3):82-83

[2]卢朝辉,刘家宁.一个校园网直播系统的设计与实现[J].海南师范学院学报:自然科学版,2005,18(3):223-229

[3]刘凤呜,李学俊.中小型调频广播电台发射电波应采用垂直极化方式[J].中国有线电视,1997(7):21-22

[4]胡连峰,吴敏.全自动校园网络广播系统的设计与实现[J].教育信息化,2004(8):32-33