En tant que fils d’un ingénieur radio, j’ai vu ma part de tours radio. Des petites tours AM et FM rurales aux tours « constellation » urbaines desservant des dizaines, voire des centaines de services, il y a bien plus qu’il n’y paraît.
Mon père et moi avons visité la soi-disant «FM Supertower» à St. Louis, MO deux fois maintenant, pour explorer la tour et l’infrastructure de soutien ci-dessous. Ces deux visites sont documentées sur notre chaîne YouTube”TNGD”:
Mais dans cet article de blog, je vais vous guider à travers certains des faits saillants, et peut-être que vous en apprendrez un peu plus sur la façon dont la radio parle et fait de la musique son chemin jusqu’aux haut-parleurs de votre voiture, du moins ici aux États-Unis, en utilisant une technologie vieille de moins de 100 ans et en proie aux changements technologiques.
De l’IP à la RF
L’audio pour la FM la diffusion radio parvient au site de l’émetteur via une variété de méthodes. Nous ne traiterons pas de l’origine de l’audio aujourd’hui-les studios de radio, l’audio IP et les liaisons STL sont des sujets pour un autre jour-mais la plupart des installations, celle-ci incluse, ont des chemins audio redondants pour s’assurer qu’une brève interruption d’Internet n’apporte pas vers le bas du flux.
La plupart des stations de l’installation obtiennent leur audio sur Internet, via la fibre. Certains ont encore d’autres liens Internet, comme le câble ou même des lignes T1, mais la fibre offre beaucoup plus de bande passante pour beaucoup moins cher de nos jours.
Internet est acheminé dans la salle des émetteurs via un émetteur réseau local, et à partir de là, il est traité en deux signaux : IP pour”HD Radio”, qui est un signal numérique, et analogique pour la radio traditionnelle (ici aux États-Unis, l’adoption généralisée de la radio numérique est encore minime).
Jusqu’à la dernière course vers le système d’antenne, les chemins des signaux numériques et analogiques sont séparés. D’abord, nous allons traiter de l’analogique, car la puissance requise est plusieurs fois supérieure :
On voit ici un émetteur FM Nautel NV40, avec un excitateur et 16 modules RF, alimentés par 40 alimentations indépendantes Provisions. À l’arrière de la salle des émetteurs, l’alimentation du bâtiment de 480 volts est réduite aux exigences d’alimentation de cet émetteur, mais c’est trop de puissance pour être fournie par l’onduleur dans la pièce, qui ne peut maintenir les autres équipements audio jusqu’à ce que les générateurs diesel géants peuvent démarrer (en cas de panne de courant) :
À l’intérieur de l’émetteur analogique, les informations audio et autres sont”excitées”dans un signal modulé en fréquence, et puis les modules RF (toutes ces unités verticales au milieu) se combinent pour produire un signal RF de 30 000 watts qui est envoyé via un câble coaxial en cuivre dur de 3″.
Le câble coaxial est acheminé vers un commutateur, à côté d’une autre ligne coaxiale de la transmission analogique de secours ter, et ce commutateur a deux sorties : une vers l’antenne et l’autre vers cette charge fictive de 50 000 watts :
Puisque nous parlons de dizaines de milliers de watts, la chaleur est une préoccupation majeure , donc la plupart des émetteurs ont des systèmes de refroidissement par air assez importants, bien que l’un des émetteurs de cette installation soit refroidi à l’eau, avec des pompes redondantes et un peu de surveillance supplémentaire si les choses tournent mal :
Passer au numérique Signal radio HD, il est transmis sur deux”canaux latéraux”qui entourent le signal FM principal au milieu du canal FM attribué à la station de radio, dans ce cas 102,5 MHz :
Étant donné que le signal numérique utilise des 1 et des 0 pour transmettre des données, et n’a pas besoin de la résolution fine du signal FM pour envoyer une chanson en direct, la valeur réelle la puissance du signal est beaucoup plus faible (environ 2 kW par rapport au signal analogique de 30 kW)-illustrée par la ligne coaxiale relativement petite sortant du haut de l’émetteur :
La sortie de l’émetteur analogique actif et la sortie numérique coaxiale se dirige vers la «salle de combinaison», où, sur ce site de la tour, dix signaux de stations de radio FM sont combinés en deux sorties. Les stations ont en moyenne environ 30 kW de RF chacune, et l’équipement est donc naturellement de taille industrielle.
Combiner pour l’efficacité
Cette pièce prend la sortie de chaque émetteur (et dans la plupart cas, la sortie d’un émetteur radio HD séparé), puis combine ce signal dans le chargeur principal qui monte la tour jusqu’au système à double antenne à 8 baies au sommet.
En regardant de plus près un seul combinateur, vous pouvez voir le câble coaxial de 7 pouces entrer par la gauche, entrer dans le combinateur RF, puis sortir à droite vers le combinateur suivant.
Ces unités doivent effectuer un peu de magie, combinant plusieurs signaux RF relativement proches les uns des autres sur la bande FM, en un signal FM d’environ 300 000 W à la fin, émis dans une ligne coaxiale de 9″qui est commutée en un syntonisé Antenne à 8 baies à 340 m au-dessus de la terre.
Monter la tour
Une question évidente à ce stade : comment le cuivre dur monte-t-il au sommet d’une tour-qui est autorisée à bouger quelque peu avec le guidage des haubans-sans se casser ou provoquer un court-circuit ?
Eh bien, il y a une ingénierie spéciale à la fois dans le câble coaxial et dans la façon dont il se connecte à la tour.
Tout d’abord, en regardant une longueur de câble coaxial disponible, vous pouvez voir qu’il s’agit du même principe de base que le câble coaxial que vous pourriez utiliser pour une télévision par câble domestique ou un modem câble : il y a un conducteur central pour le signal RF , puis un isolant (dans ce cas, des entretoises en téflon qui cente r le conducteur au milieu, tout en laissant passer l’air azoté (fournissant une isolation entre les conducteurs intérieur et extérieur), puis un conducteur extérieur qui est mis à la terre au système de la tour.
Il y a des pertes dans chaque connexion, en particulier dans les coudes à 90 degrés, qui sont conçus spécifiquement pour l’impédance de 50 ohms requise par le système d’antenne. Mais ces pertes sont prises en compte, et en RF, la”puissance réfléchie”(qui est renvoyée dans les émetteurs) est également surveillée pour empêcher l’énergie réfléchie dans le système d’endommager l’émetteur d’une station :
Une fois que la ligne coaxiale dure quitte le bâtiment, elle prend un dernier virage à 90 ° vers la tour elle-même :
Mais avec plus de mille pieds de cuivre et de nombreux points de connexion entre eux, des éléments tels que la dilatation thermique doivent être pris en compte, de sorte que chaque point de connexion utilise un support flexible, utilisant principalement de gros ressorts pour permettre un mouvement vertical et horizontal dans la course :
Direction RF efficace et sûre !
Une fois que vous obtenez le signal jusqu’au sommet de la tour, vous devez convertir l’énergie RF en un signal de diffusion pour une couverture géographique maximale.
Et pour les signaux FM, il est important d’obtenir l’antenne système aussi haut que possible, et d’essayer de diriger le signal pour une portée maximale, sans gaspiller beaucoup d’énergie vers le ciel, où peu de gens en bénéficieraient, ou en émettant une tonne de RF directement vers le sol en un seul endroit, attirant le ire de la FCC.
Mon père a expliqué qu’une seule antenne ne serait pas très directionnelle, et la puissance nominale de la station de radio est basée sur la couverture que vous obtiendriez avec une antenne à baie unique. Mais si vous combinez quatre antennes et que vous les réglez bien, vous pouvez obtenir un signal beaucoup plus”directionnel” :
En jouant avec les caractéristiques physiques de cette antenne, vous pouvez même diriger le faisceau de RF et optimiser la couverture que vous obtenez pour une quantité donnée de RF, donc dans l’industrie de la diffusion, le terme”ERP”(puissance rayonnée effective) est utilisé.
Ainsi, la”supertour’diffuse environ 1 MW (1 000 000 Watts) ERP, même si le signal entrant dans le système d’antenne est plus proche de 330 000 Watts.
C’est pourquoi la station KYKY (Y98 FM) à Saint-Louis est classée par le FCC comme une station’90 kW’, même si l’émetteur produit environ 30 kW de puissance rayonnée.
Autres bric et de broc
Il y a beaucoup d’autres choses que cet article de blog ne couvre pas et dont nous avons parlé dans les deux vidéos, comme la protection contre la glace, la protection contre la foudre, la télécommande (pouvez-vous repérer le FPGA dans l’image ci-dessus ?), l’éclairage de sécurité, l’alimentation de secours, les services auxiliaires et d’autres questions que nous avons posées après la publication de la première vidéo.
Je vous encourage à regarder les deux vidéos si quelque chose dans ce message vous a piqué intérêt !
En ce moment, je me remets d’une opération, mais au cours de la nouvelle année, mon père et moi espérons visiter une tour AM et une tour de télévision, pour montrer certaines des différences majeures dans la gestion de ces types de signaux très différents !
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