Como filho de um engenheiro de rádio, já vi minha cota de torres de rádio. De pequenas torres rurais de AM e FM a torres de’constelação’urbanas que atendem dezenas ou até centenas de serviços, há muito mais do que aparenta.
Meu pai e eu visitamos o chamado’FM Supertower’em St. Louis, MO duas vezes agora, para explorar a torre e a infra-estrutura de suporte abaixo. Ambas as visitas estão documentadas em nosso canal”TNGD”no YouTube:
Mas nesta postagem do blog, vou guiá-lo através de alguns dos destaques e talvez você aprenda um pouco mais sobre como o rádio falado e musical faz seu caminho para os alto-falantes do seu carro-pelo menos aqui nos EUA-usando uma tecnologia com menos de 100 anos e repleta de mudanças tecnológicas.
De IP para RF
O áudio para FM A transmissão de rádio chega ao local do transmissor através de uma variedade de métodos. Não vamos lidar com a origem do áudio hoje-estúdios de rádio, áudio IP e links STL são tópicos para outro dia-mas a maioria das instalações, incluindo esta, possui caminhos de áudio redundantes para garantir que uma breve interrupção da Internet não traga desça o feed.
A maioria das estações da instalação recebe o áudio pela Internet, via fibra. Alguns ainda têm outros links de Internet, como cabo ou até linhas T1, mas a fibra oferece muito mais largura de banda por um custo muito menor atualmente.
A Internet é canalizada para a sala do transmissor através de um transmissor construção da LAN e, a partir daí, é processado em dois sinais: IP para’HD Radio’, que é um sinal digital, e analógico para rádio tradicional (aqui nos EUA, a adoção generalizada de rádio digital ainda é mínima).
Até a passagem final para o sistema de antena, os caminhos de sinal digital e analógico são separados. Primeiramente, trataremos do analógico, já que o consumo de energia é muitas vezes maior:
Aqui está um transmissor Nautel NV40 FM, com um excitador e 16 módulos RF, alimentado por 40 fontes independentes suprimentos. Na parte de trás da sala do transmissor, a energia do edifício de 480 volts é reduzida para os requisitos de energia para este transmissor, mas é muita energia para ser fornecida pelo no-break interno, que só é capaz de manter o outro equipamento de áudio até os geradores a diesel gigantes podem girar (no caso de falta de energia):
Dentro do transmissor analógico, o áudio e outras informações são’excitadas’em um sinal de frequência modulada e em seguida, os módulos de RF (todas as unidades verticais no meio) se combinam para produzir um sinal de RF de 30.000 watts que é enviado via coaxial de linha dura de cobre de 3″.
O coaxial é roteado para um switcher, ao lado de outra linha coaxial da transmissão analógica de backup ter, e esse switcher tem duas saídas: uma para a antena e outra para esta carga fictícia de 50.000 watts:
Como estamos falando de dezenas de milhares de watts, o calor é uma grande preocupação , então a maioria dos transmissores tem sistemas de resfriamento de ar bastante substanciais-embora um dos transmissores nesta instalação seja refrigerado a água, com bombas redundantes e um pouco de monitoramento extra caso as coisas não dêem certo:
Pulando para o digital Sinal de rádio HD, é transmitido em dois’canais laterais’que cercam o sinal FM principal no meio do canal FM alocado da estação de rádio, neste caso 102,5 MHz:
Como o sinal digital usa 1s e 0s para transmitir dados e não precisa da resolução fina do sinal FM para enviar uma música pelo ar, o real a potência do sinal é muito menor (cerca de 2 kW em relação ao sinal analógico de 30 kW)—ilustrado pela linha coaxial relativamente pequena que sai do topo do transmissor:
A saída do transmissor analógico ativo e a saída digital coaxial desce para a’sala do combinador’, onde neste local da torre dez sinais de estação de rádio FM são combinados em duas saídas. As estações têm em média cerca de 30 kW de RF cada e, portanto, o tamanho do equipamento é compreensivelmente industrial.
Combinação para eficiência
Esta sala recebe a saída de cada transmissor (e na maioria casos, uma saída separada do transmissor de rádio HD), então combina esse sinal no alimentador principal que sobe a torre até o sistema de antena dupla de 8 compartimentos na parte superior.
Olhando mais de perto para um único combinador, você pode ver o coaxial de 7″entrando pela esquerda, entrando no combinador de RF e saindo à direita em direção ao próximo combinador.
Essas unidades devem realizar um pouco de mágica, combinando vários sinais de RF relativamente próximos uns dos outros na banda FM, em um sinal FM de aproximadamente 300.000 W no final, emitido em uma linha coaxial de 9″que é comutada para um sinal sintonizado Antena de 8 baias a 340 m (1115 pés) acima da terra.
Subindo a torre
Uma pergunta óbvia neste ponto: como o cobre hardline sobe até o topo de uma torre—que pode se mover um pouco com a orientação de cabos de sustentação—sem quebrar ou causar um curto?
Bem, há uma engenharia especial tanto no cabo coaxial quanto na maneira como ele se conecta à torre.
Primeiro, olhando para um comprimento extra de coaxial, você pode ver que é o mesmo princípio básico do cabo coaxial que você pode usar para uma TV a cabo doméstica ou modem a cabo: há um condutor central para o sinal de RF , então um isolante (neste caso, espaçadores de teflon que centralizam r o condutor no meio, permitindo a passagem do ar nitrogenado (fornecendo isolamento entre os condutores interno e externo), depois um condutor externo que é aterrado ao sistema da torre.
Existem perdas em todas as conexões, especialmente nas curvas de 90 graus, que são projetadas especificamente para a impedância de 50 ohm exigida pelo sistema de antena. Mas essas perdas são contabilizadas e, em RF, a’potência refletida'(que é direcionada de volta aos transmissores) também é monitorada para evitar que a energia refletida no sistema danifique o transmissor de uma estação:
Depois que a linha coaxial rígida sai do prédio, ela faz uma curva final de 90° na própria torre:
Mas com mais de mil pés de cobre e muitos pontos de conexão entre eles, coisas como expansão térmica devem ser consideradas, então cada ponto de conexão usa um gancho flexível, principalmente usando grandes molas para permitir o movimento vertical e horizontal dentro da corrida:
Direcionando RF com eficiência e segurança!
Depois de obter o sinal até o topo da torre, você deve converter a energia de RF em um sinal de transmissão para cobertura geográfica máxima.
E para sinais de FM, é importante obter a antena sistema o mais alto possível, e tentar direcionar o sinal para alcance máximo, sem gastar muita energia para o céu, onde poucas pessoas se beneficiariam, ou irradiar uma tonelada de RF direto para o solo em um ponto, atraindo o ira da FCC.
Meu pai explicou que uma única antena não seria muito direcional, e a potência nominal da estação de rádio é baseada em quanta cobertura você obteria com uma antena de compartimento único. Mas se você combinar quatro antenas e ajustá-las bem, poderá obter um sinal muito mais’direcional’:
Jogando com as características físicas dessa antena, você pode até direcione o feixe de RF e otimize a cobertura que você obtém para uma determinada quantidade de RF, portanto, na indústria de transmissão, o termo’ERP'(Effective Radiated Power) é usado.
Assim, a’supertorre’transmite cerca de 1 MW (1.000.000 Watts) ERP, mesmo que o sinal que entra no sistema de antena esteja próximo de 330.000 Watts.
É por isso que a estação KYKY (Y98 FM) em St. FCC como uma estação de’90 kW’, embora o transmissor produza cerca de 30 kW de potência irradiada.
Outras probabilidades e fins
Há muitas outras coisas que esta postagem do blog não aborda e que discutimos nos dois vídeos, como proteção contra gelo, proteção contra raios, controle remoto (você consegue identificar o FPGA na foto acima?), iluminação de segurança, energia de backup, serviços auxiliares e outras perguntas que recebemos depois de postar o primeiro vídeo.
Eu o encorajo a assistir aos dois vídeos se algo nesta postagem despertou sua interesse!
No momento estou me recuperando de uma cirurgia, mas no ano novo, meu pai e eu esperamos visitar uma torre AM e uma torre de TV, para mostrar algumas das principais diferenças em lidar com essas tipos de sinais muito diferentes!
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