一種波導開關網絡控制的設計與實現

（廣西廣播電視地球站）

1 引言

隨著廣播電視技術的發展和傳輸設備的新舊交替，衛星廣播電視信號的安全傳輸對衛星地球站系統的功能和配置提出了更高的要求。因此我站對波導網絡系統進行了重新設計與改造。

我站發射系統先后配置了一套加拿大1:1 Vextex RSI 200W 固態高功放（SSPA）、一套美國CPI 1:1 3000W速調管高功放及單臺美國CPI 3000W速調管高功放，天饋線系統主要由12米和6米兩面天線組成，手動切換時效率較低，且原有的波導網絡設計的2#波導開關成為整個上行傳輸鏈路中的單一節點，盡管波導開關為機械裝置，不易出現故障，但仍是有隱患；平時3#、4#、5#功放必須處于冷備份或接入假負載狀態，否則會出現主、備用天線同時發送載波，相互干擾。原波導網絡無法充分、靈活的使用備份高功放，且在應急操作時容易發生誤操作。（如圖1）

2016年地球站購買了一臺美國CPI 3000W速調管高功放與之前單臺高功放組成1：1備份后，單一節點問題更為突出。為了徹底解決這一問題，我站把不同時期的高功放系統和天饋線系統通過波導網絡控制器及波導開關進行有效整合，配置成主、備兩路上行通道和應急上行通道，每路上行通道又有主、備鏈路，使主、備上行通道及每路通道內的主、備鏈路之間都可實現手動/自動快速倒換，具備執行雙星并發任務的能力。平時可以在不影響播出的情況下對鏈路設備進行維護檢修，及時應對鏈路中設備的突發故障，有效的提升地球站安全播出的可靠性和穩定性。

圖1 原地球站波導網絡示意圖

圖2 現波導網絡系統圖

圖3 波導關聯前視圖

2 波導網絡控制的設計

按照總局的相關規定，結合目前站內設備實際情況，對波導網絡和上行鏈路進行了優化設計。新的波導網絡控制通過一臺波導開關控制器和六個波導開關、若干矩形波導管組成，波導開關控制器具有手動/自動切換及遠程遙控的功能，可對三套1:1高功放的運行狀態及六個波導開關的位置狀態進行遠程監控。1、2高功放與3、4高功放組成1:1功放備份系統，5、6高功放作為應急系統平時處于冷備份狀態，上行1#、2#、3#、4#、5#鏈路通過波導開關S1、S2、S3的各種組合模式，使兩套天饋線系統達到互為備份使用的效果，同時為上行鏈路及天饋線系統的維護、保養提供技術支持（見圖2）。此設計較為合理和靈活，充分使用了原有的設備，節約了成本，且解決了上行傳輸鏈路中的波導網絡單一節點問題。

波導開關和波導開關控制器性能及設計要求：（1）集中控制S1、S2、S3波導開關。(2)主路、應急、備路波導開關原有控制邏輯不變。(2)具有手動和自動切換的功能。(3)面板具備各波導開關狀態指示，顯示其拓撲圖，具備RS232/RS422或ETH遠程監控接口,(4)波導開關能夠給高功放提供射頻抑制信號，（5）波導開關控制器可安裝在控制室控制桌上，方便快速操作。（6）波導開關及矩形波導管牢固安裝在高功放頂部，方便手動操作及維護（見圖3）。

圖4 波導切換控制器連線圖

3 波導網絡控制的實現

我站根據設計方案與prodigy公司合作研發了波導開關控制器，其功能主要由組合邏輯電路實現。特點是：輸出值只與實時的輸入值有關，即輸出值與實時輸入值的對應具有唯一性，電路沒有記憶功能，輸出狀態隨著輸入狀態的變化而變化，前者在任何時刻的輸出，僅取決于電路此刻的輸入狀態，而與電路過去的狀態無關，它們不具有記憶功能；波導網絡控制使用的波導開關是旋轉式機電波導開關，在結構上由驅動電機和微波系統兩部分構成，可按需選擇微波通道并實現對信號的高質量傳輸 ；波導開關控制器通過網絡通信接口的連接實現遠程手動/自動波導開關切換、高功放系統的工作狀態實時監測。同時在波導開關控制器中設置了備份機制，設定功放1/2和功放3/4可以互為備份，在功放1/2和功放3/4均出現故障時，功放5/6可以通過手動操作即可備份功放1/2，也可以備份功放3/4。

（1）波導開關控制器連線（見圖4）

（2）波導開關控制器面板

波導開關控制器面板（見圖5）分為指示區和控制區，指示區有功放狀態指示（綠色表示設備狀態正常，紅色表示故障；功放處于待機狀態，沒有加高壓時，只要功放沒有fault告警，該指示燈也處于綠色狀態）、波導連接及信號流動方向指示、優先級指示、Local/Remote指示、Auto/Manual指示，；控制區有Local/Remote控制模式切換、Auto/Manual模式切換、開關切換等按鈕，實現遠程監測及控制，使信號流動方向一目了然。

圖5 波導控制器面板

圖6 工作模式一

圖7 工作模式二

（3）工作模式

12米天線做為播出天線時， 1:1的HPA1/HPA2經波導開關S1從12米天線上行播出；HPA3/HPA4經過S3、S1、S2，輸出至負載，日常處于加高壓、上功率、熱備份的工作狀態；波導開關控制模式：處于Local和Auto模式狀態時，一旦功放HPA1/HPA2出現故障，波導開關控制器會自動切換S1，將HPA3/HPA4功放切至12米天線發射，同時將功放HPA1/HPA2切換到負載位置（見圖6）；當HPA1/HPA2或HPA3/HPA4有故障出現時，則啟動應急HPA5/HPA6。

6米天線做為播出天線時， 1:1的HPA1/HPA2經波導開關S1和S2，從6米天線上行播出；HPA3/HPA4經過S3、S2，輸出至負載，平時加高壓，上功率，處于熱備份的工作狀態；波導開關控制模式處于Local和Auto狀態下，一旦功放HPA1/HPA2出現故障，波導開關控制器會自動切換S2，將HPA3/HPA4切為6米天線發射，同時將功放HPA1/HPA2切換到負載位置（見圖7）；HPA1/HPA2或HPA3/HPA4有故障出現時，則啟動應急HPA5/HPA6。

（4）安全播出的天線切換應急操作

從12米天線切換到6米天線播出的應急操作：首先將波導開關控制器切換至手動狀態，切換波導開關S1，將HPA3/HPA4做為主播功放經12米上行，HPA1/HPA2切至負載,調整HPA1/HPA2輸出功率達到標定功率,同時切換波導開關S1、S2和S3，將HPA1/HPA2切換到6米輸出，HPA3/HPA4切換到負載,調整HPA3/HPA4輸出功率到標定功率,把波導開關控制器切回自動模式。

從6米天線切換到12米天線播出的應急操作：首先將波導開關控制器切換至手動狀態，切換波導開關S2，將HPA3/HPA4做為主播功放經6米上行，HPA1/HPA2切至負載（見圖5）,調整HPA1/HPA2輸出功率為標定功率,同時切換波導開關S1、S2和S3，將HPA1/HPA2切換到6米輸出，HPA3/HPA4切換到負載（見圖5）,調整HPA3/HPA4輸出功率為標定功率,把波導開關控制器切回自動模式。

4 結束語

該系統實現了地球站高功放和天饋系統的自動/手動及遠程控制的有效集成，解決了波導網絡控制中的單一節點問題，以科學的控制方式將安全隱患用技術的手段進行有效的控制，具有易操作易維護的特點，顯著提高了工作人員的工作質量和效率，有力地保障系統的安全運行和廣播電視節目的上星安全播出。

[1]徐艷新.《數字電路》第二版[M].北京：電子工業出版社.2014

[2]劉輝.BJ—8 4機電控制波導開關設計[J].電訊技術,2002(05):78-81.