廣播發(fā)射機(jī)測控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)探討

李 濤

國家廣播電影電視總局五九四臺，陜西 咸陽 710028

0 引言

廣播發(fā)射機(jī)是將信號按一定頻率發(fā)射的裝置，廣泛應(yīng)用于廣播、電視、雷達(dá)等各種民用、軍用領(lǐng)域，主要可分為調(diào)頻發(fā)射機(jī)，調(diào)幅發(fā)射機(jī)，光發(fā)射機(jī)等多種類型。廣播發(fā)射機(jī)測控系統(tǒng)是作為廣播發(fā)射機(jī)的監(jiān)控裝置，通過其與廣播發(fā)射機(jī)的接口電路，實(shí)現(xiàn)對發(fā)射機(jī)的狀態(tài)檢測并且向發(fā)射機(jī)發(fā)出控制命令[1]。通過應(yīng)用嵌入式技術(shù)，給廣播發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)、安裝微控制器，對廣播發(fā)射機(jī)進(jìn)行在線監(jiān)控和檢測，就能及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并處理，減輕了值機(jī)、維護(hù)人員的負(fù)擔(dān)[2]。本文主要探討了廣播發(fā)射機(jī)測控系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)相關(guān)問題。

1 調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)

調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)主要由五部分組成：激勵器、功率放大器、機(jī)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、風(fēng)機(jī)和電源。如圖1所示。

圖1 廣播發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)圖

1）激勵器。激勵器又稱（振蕩器或頻率合成器），它產(chǎn)生本機(jī)的載頻，對來自外部或備份的載頻激勵信號進(jìn)行自動切換，為發(fā)射機(jī)提供高穩(wěn)定的載頻信號，將節(jié)目音頻信號調(diào)制成為射頻信號；

2）功率放大器。功率放大器分為驅(qū)動前級、功率放大級和功率合成器三部分。驅(qū)動前級（射頻末前級）是將激勵源輸出的載頻信號放大至足以推動功率放大器的射頻功率信號，保證射頻功率放大器安全高效地工作；功率放大級（射頻末級）是在模塊化的射頻功率放大器在調(diào)制信號的作用下，產(chǎn)生發(fā)射機(jī)所需的射頻功率信號；功率合成器的任務(wù)是將功放模塊產(chǎn)生的射頻功率信號合成，實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)調(diào)幅波的射頻功率輸出，即產(chǎn)生大功率調(diào)幅廣播信號；

3）機(jī)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)。機(jī)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)一般由帶通濾波器和調(diào)配網(wǎng)絡(luò)兩部分構(gòu)成。帶通濾波器的任務(wù)是濾除不需要的音頻帶外諧波和雜波成分，完成功率合成器與額定輸出阻抗的阻抗匹配：調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的任務(wù)是對偏離額定輸出阻抗的天、饋線系統(tǒng)進(jìn)行阻抗微調(diào)，使電壓駐波比值接近最佳值，保證發(fā)射機(jī)能安全正常地運(yùn)行；

4）電源。電源分為高壓整流電源和低壓整流電源。高壓整流電源為射頻功率放大器提供直流高壓電源；低壓整流電源（穩(wěn)壓電源），為發(fā)射機(jī)的微功率的前級部分提供低壓電源；

5）風(fēng)機(jī)。中小功率發(fā)射機(jī)的冷卻均采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，完成發(fā)射機(jī)內(nèi)部功率器件的散熱，保證發(fā)射機(jī)工作的安全性和穩(wěn)定性。

發(fā)射機(jī)的工作過程是：首先將調(diào)制信號（音頻信號）送到激勵器進(jìn)行頻率調(diào)制，產(chǎn)生射頻信號。如果得到的已調(diào)信號的載頻比發(fā)射頻率低，還需要把它倍頻或變頻到發(fā)射頻率。然后再經(jīng)功率放大器放大到實(shí)際需要的功率，然后經(jīng)機(jī)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，最后由同軸電纜把已調(diào)信號輸送到發(fā)射機(jī)天線輻射出去。

2 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了使測控系統(tǒng)“危險(xiǎn)分散”，提高系統(tǒng)的可靠性，本設(shè)計(jì)應(yīng)用分布式體系結(jié)構(gòu)的思想對系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的分散控制與管理集中，將系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集工作按被測對象分為功放采集板和電源控制板兩個(gè)模塊（激勵器的數(shù)據(jù)由其與主控板的通信獲得），主控板對數(shù)據(jù)集中管理。將廣播發(fā)射機(jī)測控系統(tǒng)分為功放采集板、電源控制板、主控板和上位機(jī)4部分。

系統(tǒng)各部分的功能如下：

1）功放采集板。功放采集板由其接口電路與廣播發(fā)射機(jī)的功率放大器相連接，采集功率放大器的輸出功率、電流等48路模擬量，判斷功放插入信號、過熱信號、過載信號和過激勵信號的狀態(tài)，將數(shù)據(jù)存儲，與主控板通信實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的上傳；

2）電源控制板。電源控制板與發(fā)射機(jī)的開關(guān)電源相連，采集開關(guān)電源工作電壓、電流等6個(gè)模擬量和5個(gè)開關(guān)量，將開關(guān)電源的工作狀態(tài)上傳給主控板。電源控制板還是系統(tǒng)的輸出控制單元，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的開關(guān)機(jī)操作和故障保護(hù)動作；

3）主控板。主控板與功放采集板、電源控制板和激勵器通信，將系統(tǒng)的各個(gè)模塊有機(jī)的結(jié)合在一起；

4）上位機(jī)。上位機(jī)與主控板通信，對下位機(jī)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控顯示，并將其數(shù)據(jù)存儲。

2.2 微控制器的選擇

根據(jù)廣播發(fā)射機(jī)測控系統(tǒng)的技術(shù)要求，考慮到系統(tǒng)的功能要求、成本、體積、功耗等多方面因素，本設(shè)計(jì)運(yùn)用嵌入式技術(shù)對廣播發(fā)射機(jī)測控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為中心，軟硬件可裁減的，適應(yīng)應(yīng)用系統(tǒng)對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

微控制器是嵌入式系統(tǒng)的核心，微控制器的選擇需考慮應(yīng)用的功能與性能要求，成本、功耗、易維護(hù)等因素，因此微控制器選擇的根本原則是設(shè)計(jì)出滿足應(yīng)用的低成本產(chǎn)品。選擇51系列單片機(jī)作為系統(tǒng)各設(shè)備單元的微控制器。

3 結(jié)論

本文詳細(xì)介紹了調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)，簡述了發(fā)射機(jī)的工作過程，分析了廣播發(fā)射機(jī)測控系統(tǒng)的技術(shù)要求。為了提高系統(tǒng)的可靠性，采用分布式體系結(jié)構(gòu)的思想對系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，將系統(tǒng)分為功放采集板、電源控制板、主控板和上位機(jī)4部分，并對各個(gè)部分功能進(jìn)行了介紹。選擇51系列單片機(jī)作為下位機(jī)設(shè)備單元的微控制器，對于3kW廣播發(fā)射機(jī)測控系統(tǒng)發(fā)展具有一定幫助。

[1]佟明，黨宏社，胡尊鳳，等.RA8835在廣播發(fā)射機(jī)測控系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電視技術(shù)，2009，33(1).

[2]羅小青，陳艷，張娜娜.基于S3C44BOX的嵌入式廣播發(fā)射機(jī)控制器設(shè)計(jì)[J].南昌航空大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，24(2).