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(tái)，陜西 咸陽 710028

0 引言

廣播發(fā)射機(jī)是將信號(hào)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(lì)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(lì)器。激勵(lì)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(lì)信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)切換，為發(fā)射機(jī)提供高穩(wěn)定的載頻信號(hào)，將節(jié)目音頻信號(hào)調(diào)制成為射頻信號(hào)；

2）功率放大器。功率放大器分為驅(qū)動(dòng)前級(jí)、功率放大級(jí)和功率合成器三部分。驅(qū)動(dòng)前級(jí)（射頻末前級(jí)）是將激勵(lì)源輸出的載頻信號(hào)放大至足以推動(dòng)功率放大器的射頻功率信號(hào)，保證射頻功率放大器安全高效地工作；功率放大級(jí)（射頻末級(jí)）是在模塊化的射頻功率放大器在調(diào)制信號(hào)的作用下，產(chǎn)生發(fā)射機(jī)所需的射頻功率信號(hào)；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(hào)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(hào)；

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(jí)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(hào)（音頻信號(hào)）送到激勵(lì)器進(jìn)行頻率調(diào)制，產(chǎn)生射頻信號(hào)。如果得到的已調(diào)信號(hào)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(hào)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(lì)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(hào)、過熱信號(hào)、過載信號(hào)和過激勵(lì)信號(hào)的狀態(tài)，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，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(dòng)作；

3）主控板。主控板與功放采集板、電源控制板和激勵(lì)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(chǔ)。

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).