調頻廣播發射機的功率關系測量

侯志文

（作者單位：安徽廣播電視臺宣城發射臺）

調頻廣播發射機的功率關系測量

侯志文

（作者單位：安徽廣播電視臺宣城發射臺）

單純遠程調頻廣播發射機監測系統往往只需要監測整機功率、整機反射功率、音頻頻偏等幾個參數；但現有設備上的監測單元往往被本機的監控系統占用，沒有多余的接口為遠程監測系統提供必要的發射機參數，這就需要外加模擬量采集電路來采集所需的發射機參數，滿足一定精度的模擬量采集是發射設備實現遠程監測監控的前提和基礎。功率的采集是所有模擬量采集中最重要、最復雜的一個，本系統采用4路模擬輸入，1路模擬輸出的A/D，D/A轉換芯片PCF8591配合單片機AT89C4051完成對調頻廣播發射機的入射、反射、頻偏（調制度）等參數的采集。同時，該系統還能根據需要更改軟件就可完成對不同參數的采集，具有采集參數靈活、結構簡單等優點。

1　原理

1.1系統框圖

入射功率（RF）或反射功率（REV）信號通過π型衰減器（特性阻抗為50Ω）后備壓檢波輸出直流電壓，經放大電路放大至0～3V（滿功率），在由A/D轉換芯片PCF8591轉換成數字信號送單片機處理。

1.2PCF8591

4路模擬輸入，一路模擬輸出的A/D，D/A轉換芯片，8位分辨率。

引腳1：AIN0，模擬輸入通道0，入射電壓采集。

引腳2：AIN1，模擬輸入通道1，反射電壓采集。

引腳3：AIN2，模擬輸入通道2，功放電壓采集。

引腳4：AIN3，模擬輸入通道3，調制度或頻偏電壓采集。以上4引腳電壓與輸入模擬電壓有關。

引腳5：A0。

引腳6：A1。

引腳7：A2，芯片硬件地址，本機全接地。

引腳8：GND，接地。

引腳9：SDA，I2C總線，芯片與CPU交換數據的時鐘和數據線。電平同U1_8，U1_9。

引腳10：SLK。

引腳11：OSC，振蕩頻率輸入/輸出，實測：2.28V，說明內部振蕩器起振且有振蕩頻率輸出，但本機未使用。

引腳12：EXT，振蕩器選擇，本機接地選擇內部振蕩器。

引腳13：AGND，模擬地，接地。

引腳14：VREF，基準電壓，接5V。

引腳15：AOUT，模擬輸出，根據被控設備情況取適當分壓比連接到適合位置，此腳電壓值與內部控制值有關，4.4.1節字節38即為此控制值，實際輸出電壓與控制值的關系如下式：

引腳16：VCC，接5V電源。

1.3二級管濾波電路

二級管的伏安特性：

輸入電壓有效值為：

1.3.1大信號測量

式中，K為放大系數可由實際測量獲得，b為初始電壓也由實際測試獲得。

1.3.2小信號測量

在信號很小時，主要靠二極管非線性的平方項來檢波，高次項非常小，可以忽略，所以也稱為“小信號平方律檢波器”。設x=V/VT，使用泰勒級數的麥克勞林展開式將二極管方程展開得到：

當V是小于VT的小信號，我們可以忽略高階小量得到：

這就是小信號二極管方程，非線性部分是x2/2。檢波出的電流和電壓平方成正比。

2　實驗數據

2.1對PCF8591模擬電壓-數字電壓關系測量

測試條件：溫度20℃，電源電壓+5V，××型數字表，AT89C4051單片機。

測試結果如圖2所示（上圖為全圖，下圖為起始部分展開圖）。

結果分析：圖示中橫坐標為3位數碼管顯示值，顯示數值為16進制從ox000～ox200共512個測試點；縱坐標為輸入直流模擬電壓值。

測試結果表明：當輸入模擬直流電壓小于0.65V（圖2）時數碼管顯示為0，PCF8591不能進行模/數轉換；當輸入模擬直流電壓大于0.65V模擬電壓值與數字量呈線性關系。

圖2　PCF8591模擬電壓-數字電壓關系圖

圖3　電壓-功率關系圖

圖4　電壓-功率關系圖

2.2直流電壓-功率關系測量與建模

射頻檢波輸入電平大于檢波管的導通電平的電壓-功率關系。

每臺發射機面板上都有功率指示，但是要鏈接到電腦上，通過軟件得出的功率指示是不是和發射機的實際功率一樣呢？經過研究發現：

若NONL=0，則：

功率（W）=（0.5803 ADMx +5.8828）×MUTP （8）

測試條件：溫度20℃，吉兆1F33A調頻廣播發射機，××型場強儀，××型數字表，10kW通過式功率計。

測試結果如圖3所示。

結果分析：從圖上曲線得出檢波放大后的直流電壓與功率成線性關系。

2.2.1電壓-功率關系計算機模擬曲線

從圖4可以得出電壓-功率關系在小信號時呈非線性，在大信號時呈線性關系。

2.2.2電壓-輸出功率關系建模

根據實測結果得出電壓與功率得出如下兩個公式。

大信號模型：

功率（W）=（0.5803 ADMx +5.8828）×MUTP （9）

系數K=0.5803，平移量B=5.8828。

（9）式在0點附近有誤差，簡單的辦法是：當ADMx=0時，令功率=0（在單片機程序中設定）。

小信號模型：

功率（W）=（ADMx平方÷55+ ADMx）÷10×MUTP （10）

以上兩式中ADMx是ADM0或ADM1，其中ADM0是發射機入射波電壓采集值，ADM1是發射機反射波電壓采集值，MUTP是發射機功率對100W的倍率。

功率與入射電壓的關系與進入射頻檢波器的電壓電平值有關，當電平低105dB時，符合小信號平方律檢波，宜使用（10）式，否則為大信號直線性檢波，宜使用（9）式。（10）式其實是界于平方律和直線性之間的公式。