大功率短波發射機自動調諧系統

摘 要：文章簡述了大功率短波發射機基于EDA技術的可編程控制器FPGA-XS30/PQ240和單片機在發射機自動調諧系統中的應用，重點對自動調諧系統組成、原理使用中的調整進行了說明。

關鍵詞：大功率發射機；自動調諧系統；組成；調整

目前使用的TBH522發射機自動控制系統，是我臺經過多年自主研制開發的，整個自動控制系統主要由人機接口單元、控制單元、保護單元、自動調諧單元、測量報警單元、衰減器單元及電源單元構成，每個單元均可獨立運行。

此系統采用基于EDA技術的高級門陣列可編程控制器FPGA-XS30/PQ240，集成度高，實現各個子系統邏輯控制，大大簡化了外圍電路的設計及其在使用中的維護量，系統內部根據不同的信號設計了不同干擾處理措施，大大提高了系統的抗干擾能力和穩定性，系統能完成手動、自動及遠程遙控操作功能。下面介紹發射機的自動調諧單元。

1 自動調諧單元簡介

1.1 自動調諧單元的組成

輸入到模擬采集板的信號先經過濾波隔離放大后送到AD574進行模/數轉換，通過74HC373對模擬采集板進行接口后，將模擬采集的數據端的24位數據量送到FPGA進行處理。在使用和維護過程中，若發現AD574壞，在更換模擬采集芯片AD574時一定要調整AD574旁邊101和104K的電位器，使更換后的AD574和其他路的采集數據量一致，調整方法是同時對8路模擬量加同一電壓，將新換的模擬采集數板的數據量調整和舊板的數據量一致。

1.2 自動調諧系統框圖

整個自動調諧系統由單片機89C52和高級門陣列可編程控制器FPGA-XS30/PQ240、時鐘控制器12C887，32KRAM，32KEEPROM，模數轉換器件AD574和其他的輸入輸出部件構成。

單片機89C52：用于自動控制及數據傳輸，并通過RS232接口向上位機進行數據通訊，可編程控制器FPGA-XS30/PQ240實現整個系統的所有邏輯控制，系統時鐘12C887提供整個自動控制的時鐘源，RAM-62256提供系統數據的臨時存儲和故障數據的存儲，EEPROM-28C256：存儲系統的運行圖數據、保護數據、告警數據、調諧數據及其他輔助功能數據，模數轉換器件AD574將數字信號轉換為模擬信號，用于輸出調諧控制信號及其他模擬信號。所有開關量的輸入/輸出用光電耦合器進行隔離，如圖：

（1）開關量輸入：主要是將發射機輸入的開關量信號（高低電平信號）先通過T521-2光電耦合器隔離后，再送到FPGA進行各種邏輯運算，主要器件是光耦TLP521-2，典型電路如下所示，當輸入低電平時，光耦導通，輸出端為低電平。

（2）開關量輸出：開關量輸出的作用是將FPGA的輸出通過T521-2光電耦合器隔離后控制外界高低電平，主要是輸出開關量信號去繼電器板及發射機的封鎖控制電路。主要器件是光耦TLP521-2。典型電路如下，當FPGA發出低電平時，光耦導通，輸出低電平控制信號，所有的輸入輸出信號都經高頻濾波器和有源濾波器進行濾波，提高系統的穩定性和可靠性。

1.3 自動調諧系統控制方式

在不改動原來發射機所有伺服馬達和伺服放大器的前提下，按照自動蹤的調諧方式進行控制。同時保留了原發射機的（手動、半自動、自動）三種控制模式，增加了信道號模式和發射機自動調諧系統的遠程控制方式，它的控制方式由控制單元決定，當控制單元處于自動模式時，發射機自動調諧系統處于程控狀態，只有當控制單元處于手動模式時，自動調諧單元的其他4種控制方式才有效。當系統操作權限在自動模式時，系統將根據人機接口單元所存儲的運行圖進行操作控制，若此時通過人機接口單元進行倒頻或預倒操作，操作權限將轉移到人機接口單元（遙控模式），同時人機接口單元的“自動”顯示為“遙控”，伺服系統將根據所輸入的信息進行倒動，“倒頻”是對發射機進行合高壓并自動進行調諧操作，“預倒”是不合高壓只對伺服系統進行粗調操作，開機狀態將保持不變。遙控操作時，可輸入頻率和信道號進行控制，在輸入信道號時，系統按照信道號操作，若輸入頻率時，系統將信道號默認為0，自動調諧單元將按照頻段進行操作。

2 自動調諧系統的控制過程

發射機自動調諧過程可分為五個順序控制階段，依次是粗調，前級調諧，末級調諧，電平轉換和開始播音。下面就以半自動工作方式來說明自動調諧系統是如何對發射機的五個順序階段來進行控制的。

半自動工作方式是通過手動控制發射機各個狀態、其自動調諧信息由調諧單元自動生成，系統根據信道號或頻段的方式從EEPROM內找到相應的粗調數據和細調數據。

（1）粗調過程

發射機倒頻時當按下粗調按鈕時，自動調諧系統處于粗調狀態，根據所監測的頻率和信道號讀取粗調數據并根據讀取的頻率控制相應的輔助接點，同時發出粗調指令去控制單元封鎖激勵信號，解除8路伺服放大器的封鎖，按下允許調諧按鈕，89C52根據控制單元所發出的頻率信息讀取EEPROM內存存的調諧數據送入FPGA，經過數模轉換后的模擬信號送到8路伺服放大器的反向端，與同相端的伺服監測位置信號進行比較后控制伺服馬達進行調諧，當8路伺服放大器都倒動到位后，伺放放大器送出相應的到位信號，自動調諧系統收到到位信號100mS后，鎖定到位信息，只有8路伺服都到位后，腔體接點才釋放，腔體接點才釋放后發射機才能合上高壓2檔，此時才允許發射機切換到前級調諧狀態。

（2）前級調諧過程

在8路伺服放大器粗調到位后2秒，腔體接點合上后2秒，高壓二檔合上后才允許發射機切換到前級調諧狀態，系統進入前級調諧狀態，按下前級調諧按鈕，延遲7秒后系統發出粗調完成信號，此信號送到控制單元解除寬放、衰減器、PSM調制控制器的封鎖信號，開通全機射頻激勵信號，將高前極柵偏壓由-240V切換到-160V，并將發射機功率自動調整到調諧功率狀態，然后開始進入高前級調諧控制，高前調諧根據前級鑒相器取樣信號進行線性修正后送到1路伺服放大器，此時1路伺服放大器被切換到調諧信號位置，1路伺服放大器根據前級調諧信號進行調諧，調諧完成后送出到位信號到自動調諧單元；在調整過程中，若自動調諧系統判斷調諧時出現錯誤，則自動啟用表值調諧，將1路伺服放大器切換到粗調信號位置。此時自動調諧系統根據當前監測表值對前級進行模擬人工調諧；在此過程中，若再次按下前級調諧按鈕，系統將取消表值調諧功能，再次恢復到鑒相器調諧方式。

前級調諧狀態下自動調諧系統只對1路進行倒動，倒動時可通過允許調諧按鈕或1路選擇按鈕來進行。前級調諧時開通前級鑒相器進行調諧，系統按照高前鑒向器取樣來的信息進行加性補償后輸入到伺服放大器的同相端和反相端的地電平進行比較后控制伺服馬達進行調諧，當同相端電壓與反相端相等時伺服放大器輸出信號電平為0V時，伺服馬達停止轉動，則前級調諧完成。

如果出現鑒相器壞或超出鑒相器的調整范圍，自動調諧系統自動起用表值調諧，調諧完成后送出前級調諧完成信號，同時封鎖1路伺服放大器。

（3）末級調諧過程

在前級調諧完成后1秒，允許發射機切換到末級調諧狀態，進入末級調諧。解除3路、5路伺服放大器的封鎖，開通末級鑒相器、鑒阻器，自動調諧系統根據末級鑒相器和鑒阻器取樣信號進行線性修正后送入3路和5路進行調諧，此時3路和5路伺服放大器被切換到調諧信號位置，自動調諧系統先對3路進行調諧，3路調諧完成后對5路進行調載，在5路調載過程中，若3路處于失諧狀態后，返回對3路進行調諧，當3路和5路都調諧到位后，末級調諧完成，允許切換到電平轉換狀態；在對3路和5路調諧過程中，若出現調諧和調載錯誤，則對3路和5路啟用表值調諧，此時3路和5路伺服放大器處于粗調信號位置，按照模擬人工調諧方式對3路和5路進行調諧，調諧過程中，仍然是先對3路調諧，再對5路進行調載，5路調載范圍是高末屏流不超過預定值的1A，5路調整到預定屏流位置后，返回對3路進行調諧，依次進行，直到調諧完成；在啟用表值調諧過程中，若按下末級細調按鈕，系統將取消表值調諧功能，進入鑒相器調諧方式。如此反復調諧，直到3路、5路都到位后末級調諧完成。3路，5路的調諧結構都一樣，采用線性補償的方式進行，其補償結構圖如下：

（4）電平轉換

在末級調諧完成后1秒，才允許發射機切換到電平轉換狀態，當系統切換到電平轉換狀態時，發出調諧完成信號，一路送到控制小盒單元合上高末簾柵二檔，另一路送到保護小盒單元開通過耗保護，同時將發射機功率由調諧功率切換到低功率狀態，此時可通過保護單元上的低功率、高功率按鈕來控制發射機的功率狀態。功率控制調整完后，允許發射機切換到準備播音狀態。

（5）開始播音

當電平調整完成后1秒，衰減器調整正常后，允許發射機切換到開始播音，當自動調諧系統切換到準備播音后，發出允許送音頻信號（如圖），一路送到衰減器（1A6A1）對衰減器進行鎖定；另一路送到保護單元，再從保護1A3CZ5-12送到PSM調制控制器，發出一個解除音頻的封鎖信號，開通音頻。至此，發射機的整個自動調諧過程全部結束。

3 更換自動調諧單元時的調整

在發射機播音過程中，如果自動調諧單元出現故障需要更換時，必須先對所要更換的自動調諧單元內的調諧控制板進行調整，調整完成后才能上機使用。下面介紹如何對自動調諧控制板進行調整。

3.1 伺服基準電壓調整

如圖1所示，此位置是調整8路伺服放大器的基準電壓，8路伺服放大器的隨動電位器返回信號通過模數轉換作為8路伺服放大器的位置基準電壓。8路伺服放大器所加的基準電壓是9V，更換自動調諧單元前，要先測量此電壓值，換上新的自動調諧單元后，調整9V伺服放大器的基準電壓，使之和老的自動調諧單元的基準電壓相同，就完成了自動調諧單元伺服基準電壓的調整。

3.2 伺服調諧放大區調整

伺服基準電壓的調整完成后，還要對8路伺服放大器的粗調電壓進行調整，如圖二所示，此位置是調整8路伺服放大器粗調輸出信號，在使用前要進行調整，在調整時，將自動調諧單元切換到手動狀態進行調整。先調整1路，按下1路選擇按鈕，測量1路輸入端CZ6-1的電壓，調整1路電位器，使1路輸出端CZ1-1電壓和輸入端CZ6-1的電壓相同。再依次調整其他7路。 調整方法與1路的調整相同。

3.3 伺服放大器細調補償電壓調整

8路伺服放大器的粗調電壓調整完成后，加起發射機，在末級細調狀態下，如圖三所示，先測量CZ4-15、CZ4-16、CZ4-17、CZ4-18、CZ4-19這5個端子的電壓，再換上新的自動調諧單元后，依次調整各電位器，使新的自動調諧單元上CZ4-15、CZ4-16、CZ4-17、CZ4-18、CZ4-19這5個端子的電壓和舊的自動調諧單元上的電壓一致，便完成了伺服細調補償電壓調整。

3.4 激勵監測調整

激勵監測信號是從衰減器單元輸出的監測激勵信號取樣來的，通過2級放大后送到自動調諧主板對激勵進行監測，并控制輔助接點的吸合及頻段信息，如圖四所示，調整相應電位器，使其輸出信號達到最大。

3.5 伺服放大器調整

在更換伺服放大器時，需對伺服放大器粗調窗口信號進行調整，其方法是將自動調諧單元切換到手動位置，按下相應路數伺服放大器按鈕，調整伺服放大器內的電位器R24和R20，使檢測單元相應路數的表頭指示調到零或調到最小，調整完后，按下相應路數伺服放大器按鈕，順時針輕微轉動光編碼器，正轉時伺服放大器向正向到動，反轉時伺服向反方向倒動。在使用過程中若出現伺服放大器來回到動時，可調整該路伺服放大器，調整時注意伺服放大器倒動到粗調位置是否正常，調整后若還是正常，可更換該路的隨動電位器。在更換新的自動調諧單元前，對自動調諧單元進行上述調整是十分必要的。

此自動調系統目前已在我臺甲機房150KW發射機上已經運行多年，系統運行比較穩定、可靠，故障率較低，減輕了值班人員的維護強度。此自動調系統先后配套再出口阿爾巴尼亞、埃賽俄比亞和朝鮮的150KW發射機上使用，系統運行穩定、可靠，取得了良好經濟效率和社會效率。