全兼容列車影視放大器研發

楊付剛 李偉 陳全雷

摘要：青藏鐵路位于高海拔，氣候環境復雜，對列車設備穩定性和兼容性提出了更高的要求。對于青藏公司方面反映的故障及現象，我們分析得出青藏公司運營的BSP青藏客車影視系統鏈路中，放大器不具備雙向傳輸的能力。由于放大器服役年限已久，無法滿足列車復雜的信號傳輸，為適應青藏公司運營需求，需要將國產青藏車和BSP產青藏車進行混編，因而導致影視系統無法兼容。針對以上市場調研和分析得出的問題，我們研發一款新型列車放大器，該放大器具備雙向放大傳輸的功能，具備端口切換能力，信號增益大大提高。新型放大器內部設定有頻道識別電路，完全兼容國產青藏車的影視系統。

關鍵詞：青藏鐵路；放大器；增益

青藏公司由于運營需求，常常將國產青藏車和BSP產青藏車混編。由于不是一個廠家生產的列車，生產年限不一，導致了車載影視系統工作異常。國產青藏車影視系統架構是由服務器、調制器、混頻器、放大器、分配器和電視機組成。放大器具備雙向切換能力，且對于影視信號有頻道識別功能。而BSP產青藏車影視系統架構和國產車相似，但放大器不具備端口切換能力。放大器增益弱，更沒有頻道識別功能，因此無法滿足與國產車混編且正常使用的需求。為此我們經過長期的現場調研和總結，研發出一款新型的放大器，來滿足青藏公司混編列車運營的需求。全新研發的放大器將替代BSP青藏車原有的放大器，在滿足影視系統信號放大的基礎上，提供調試方便，雙向放大，端口切換和頻道識別功能。放大器上提供信號通路指示燈。如果信號傳輸到某個環節出現信號丟失現象，則可以通過判斷放大器兩路信號指示燈來查找問題。這樣一來，極大方便了列車維護人員。從一定程度來講，我們研發的新型放大器，不僅為青藏公司解決了混編的問題，也大大節省人力，從根本上優化生產，節約客戶的開支。

1 全兼容列車影視放大器設計要點

FDRF110VDC犁放大器是根據客戶提出的需求，結合當前國產青藏車影視系統放大器的調制方式研發出的新型全兼容列車放大器。該放大器設計雙向端口有4個，一個本車輸出端口，和原車布線規則相同，允許在不重新布線的情況下進行安裝。體積進一步縮小至17cm×35cm×6cm。相比之前放大器要小很多，因此安裝空問也沒問題。見圖1。

2 全兼容列車影視放大器設計過程

2.1 全兼容列車影視放大器主板設計

新型全兼容放大器的設計主要由四部分構成，分別是同定底板、外殼、端子和主板。主板作為放大器的核心部件，主要是實現功能為主。對于前期采集的信息來說，我們設計的放大器總體架構如圖2。

使用的是四個雙向端口經過通道切換開關，分別輸入到衰減器、平衡器、功率放大器進行信號的放大。另外一路信號經過濾波器進入到放大器核心電路，信號進行復雜的傅里葉變換、通帶濾波等一系列處理后，控制回路再控制端口切換開關，這樣便形成一種閉環控制系統。小信號處理電路對放大器頻道選擇和兼容起到了尤為重要的作用。

2.1.1衰減及平衡電路設計

衰減及平衡電路采用典型系統方案，LC電路使用的是國外知名企業的器件，混頻器采用的國內知名企業三端電感器。在使用網絡分析儀測試過程中，性能完全滿足設計方案的要求。見圖3。

2.1.2通帶電路設計

通帶電路使用安捷倫公司設計的先進系統設計及仿真軟件ADS，加入三維電磁仿真，見圖4。使用切比雪夫帶通濾波器。切比雪夫濾波器具有帶內微波動，帶外衰減大，具有良好的選擇性。仿真波形圖如圖5。

中頻頻點位于260MHz，正好落在影視系統服務器調制器的頻道頻率內部。

2.1.3EMC電路設計

列車控制柜是電磁環境極其復雜的地方。如果要保證電子設備穩定可靠的工作，必須經得起EMC干擾。放大器屬于精密放大器，對于電源質量要求比較高。EMC電路不可缺少。我們使用雙電感π型濾波電路，阻礙高頻雜波串擾。使用10D201K型壓敏電阻，吸收高脈沖尖峰。SMJC160A為瞬態抑制二極管。同樣能夠抑制高壓的沖擊。保護DCDC電源模塊，為整個放大器提供穩定可靠的電源。見圖6。

2.1.4 信號處理電路

信號處理電路關系到放大器工作狀態，直接影響放大器對信號采集和判斷。而且信號為高頻小信號，必須經過特殊變換之后才可以進行處理。信號處理電路使用LNA電路，低噪聲高頻放大器首先將選取的信號進行放大，檢波之后進行積分，然后送入運算放大器，進行直流電壓放大和比較。見圖7。

2.1.5電源及穩壓電路

列車控制柜采用的直流110V，我們采用110轉24V電源模塊，輸出24V給核心模塊供電，L7812給控制電路，信號處理電路供電。這樣再加上EMC電路，就構成了完整的供電系統。見圖8。

2.1.6主板

見圖9。

2.2機械結構設計

2.2.1外殼

為了達到高度兼容，尺寸問題非常重要。本次研發過程中，我們使用TEA-005C小型外殼，進行機械加工、鉆孔、攻絲、銑面、噴砂等處理。見圖10。

2.2.2射頻輸出端子

同樣為了體現全兼容性，將采用與國產青藏車影視系統相同的射頻端口，型號為J283（英制）。見圖11。

2.2.3蓋板與底板

底板和蓋板使用2.OMM厚鋁材質基板，鋁基板重量輕，可塑性比鐵基板、不銹鋼基板好。方便現場調試與施工。見圖12、圖13。

2.2.4組裝

見圖14。

2.3性能試驗

2.3.1振動試驗

結論：穩定可靠。見圖15。

2.3.2電源老化試驗

結論：合格。見圖16。

2.3.3帶內平坦試驗

掃頻帶寬50-500MHz，輸入功率2dBm，帶內<=3dB。

結論：合格。見圖17。

2.3.4通入頻道信息測試場強

如圖18中，場強測試為112.7dBuV。根據根據國家有線電視標準每個電視終端信號增益應達到55-75dBuV即可。同時再加入分配器的時候，信號衰減度滿足要求。

結論：信號強度合格。

2.4全兼容列車放大器指標

見圖19。

3 總體分析

3.1功能與指標

根據《GY/T 198-2003有線數字電視廣播QAM調制器技術要求和測量方法》，我們以《GY/T 195-2003有線電視系統雙向用戶端口技術要求和測量方法》為依據，測量全兼容列車放大器各項功能與指標滿足方案要求。具體測試數據如圖19。

3.2結構與工藝

根據《電子工藝與基礎（第三版）》上有關電子產品及設備組裝與工藝要求，進行生產。機械結構簡單，調試安裝方便快捷。

4 總結

本文主要是對全兼容列車放大器的研發、設計目的與過程進行分析。前期我們針對客戶提出的問題進行調研，組織技術人員進行分析方案和論證，最終確定全兼容列車放大器的基本功能。后期研發過程中，加入相應的優化電路，并且對試驗成品進行電源效率、功率、帶內平坦等一系列指標進行測試。最終產品順利通過。

產品研發成型后，在BSP青藏客車上裝車試驗。并且與國產車進行混編統一調試，編組內列車的影視系統達到了相互兼容，且完好地傳輸影視系統信號。由此全兼容列車放大器的設計研發完全達到預期的功能與指標。全兼容列車放大器將在青藏客車試點成功后，繼續推向其他類型的列車。此次設計研發的全兼容放大器切實解決了青藏公司BSP產青藏客車與國產青藏客車影視系統互不兼容等問題。在國產列車設備研發與生產的臺階上，我們又進了一步。