短波發(fā)射機(jī)關(guān)鍵技術(shù)與軟件控制系統(tǒng)研究

王江前

摘要：短波發(fā)射機(jī)是用于發(fā)射短波波段無線電信號(hào)的設(shè)備，隨著計(jì)算機(jī)和自動(dòng)化技術(shù)在廣播電視領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，目前的短波發(fā)射機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，使得短波發(fā)射機(jī)的性能及功能獲得了大幅度提升。本文分析了短波發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)和智能控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過程，解決了短波發(fā)射機(jī)工作人員的手工操作，實(shí)現(xiàn)了一體化全智能控制。

關(guān)鍵詞：短波發(fā)射機(jī) 射頻 功率放大器 智能控制

中圖分類號(hào)：TN838 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）08-0131-01

1 概述

短波發(fā)射機(jī)主要由射頻系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。射頻系統(tǒng)是短波發(fā)射機(jī)的核心，其他系統(tǒng)和部件圍繞著此核心相互關(guān)聯(lián)，保障射頻系統(tǒng)的正常工作?？刂葡到y(tǒng)擔(dān)負(fù)著對(duì)短波發(fā)射機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)視、調(diào)節(jié)、控制和保護(hù)等任務(wù)。隨著自動(dòng)化的普及和發(fā)展，短波發(fā)射機(jī)的控制系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)智能化，集信息技術(shù)，控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體，解決了短波發(fā)射機(jī)工作人員的手工操作，實(shí)現(xiàn)了一體化全智能控制。

2 短波發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)

射頻系統(tǒng)對(duì)于短波發(fā)射機(jī)的技術(shù)參數(shù)和性能指標(biāo)起著決定性的作用，短波發(fā)射機(jī)的射頻系統(tǒng)主要由功率合成器，前級(jí)及末級(jí)功率放大器，中間功率放大器組件，功率耦合器，低通濾波器組成。其中的核心部件是功率放大器和功率合成器以及低通濾波器， 功率放大器的相關(guān)參數(shù)直接關(guān)系到發(fā)射機(jī)的性能指標(biāo)。

由于信號(hào)傳播距離較遠(yuǎn)，造成的衰減非常大，所以輸出的射頻功率一定要足夠大。在短波發(fā)射機(jī)的前級(jí)電路中，調(diào)制振蕩電路產(chǎn)生的信號(hào)功率很小，經(jīng)過前級(jí)放大，中間級(jí)放大，末級(jí)放大到一定的射頻輸出功率后，饋送到天線上再輻射出去。射頻功率放大器完成的主要功能就是把射頻信號(hào)線性放大并發(fā)射出去，同時(shí)還要提高射頻功率放大器的線性，保證信號(hào)不失真，提高頻譜利用率。

在短波發(fā)射機(jī)中為了濾掉諧波信號(hào)，需要采用低通濾波器。主要就是采用分立的電感和電容元件來組建LC濾波器。

為了獲得非常高的射頻輸出功率，發(fā)射機(jī)需要將大量功放組件的輸出射頻信號(hào)進(jìn)行功率合成，功率合成器的功率容量決定了發(fā)射機(jī)的輸出功率的能力。同時(shí)各路間的幅相一致性要好，才能達(dá)到較高的合成效率，各端口間要有隔離，保證互不干擾，合成功率容量要能夠滿足大功率的需要，可靠性要高。此外功率合成器還要有低的駐波比和寬帶寬，才能提高輸出負(fù)載的阻抗穩(wěn)定性。

由于電子管和其他大功率元件必須進(jìn)行冷卻才能工作，還有一些工作溫度很高的元器件為了正常穩(wěn)定的工作也要進(jìn)行降溫，所以要采用風(fēng)冷方式對(duì)短波發(fā)射機(jī)進(jìn)行冷卻。短波發(fā)射機(jī)的冷卻系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要，直接關(guān)系著設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

一般情況下，短波廣播發(fā)射機(jī)的運(yùn)行環(huán)境都相對(duì)惡劣，有的時(shí)候短波發(fā)射機(jī)會(huì)工作在駐波很大的頻率點(diǎn)上，可能會(huì)引起電源過負(fù)荷，發(fā)生這種情況時(shí)，電源上的自動(dòng)保護(hù)模塊就會(huì)自行啟動(dòng)來確保開關(guān)電源不會(huì)因?yàn)檫^負(fù)荷導(dǎo)致?lián)p壞。此外電源還應(yīng)具有高效率、低噪聲和電磁兼容性強(qiáng)的技術(shù)特性，否則會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)運(yùn)行過程中的整體性能下降。

3 短波發(fā)射機(jī)的軟件控制系統(tǒng)

短波發(fā)射機(jī)的軟件控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)短波發(fā)射機(jī)的遠(yuǎn)程動(dòng)態(tài)監(jiān)控和故障診斷，及時(shí)了解短波發(fā)射機(jī)的內(nèi)部工作狀態(tài)，在發(fā)生故障時(shí)能夠準(zhǔn)確判斷故障位置，提高設(shè)備的智能化控制水平。

短波發(fā)射機(jī)的軟件控制系統(tǒng)包括四個(gè)組成部分：終端信息的采集、頻率調(diào)度控制、報(bào)警保護(hù)和信息服務(wù)平臺(tái)。每部分都需要智能控制單元的參與完成和實(shí)現(xiàn)。由于智能控制單元工作在電磁干擾較為嚴(yán)重的環(huán)境中，所以在滿足基本功能的前提下，還要考慮提高系統(tǒng)的抗干擾性能。下面介紹一下智能控制單元的構(gòu)成和軟件設(shè)計(jì)過程。

3.1 智能控制單元的構(gòu)成

智能控制單元按照功能分為：主控模塊、控制模塊，人機(jī)接口模塊，存儲(chǔ)模塊和輸入輸出模塊。主控模塊大都采用32位的微處理器芯片，具有低功耗，主頻高，接口豐富，外部資源多的特點(diǎn)?？刂颇K主要是對(duì)發(fā)射機(jī)的倒頻以及各路電機(jī)位置驅(qū)動(dòng)，調(diào)諧點(diǎn)的調(diào)節(jié)進(jìn)行控制，接收到命令后按照邏輯產(chǎn)生指令對(duì)短波發(fā)射機(jī)進(jìn)行倒頻和調(diào)諧?？刂颇K包括通信模塊、實(shí)際位置計(jì)數(shù)模塊、步進(jìn)電機(jī)控制模塊和電源模塊。通信模塊負(fù)責(zé)接收嵌入式發(fā)送過來的命令，包括電機(jī)的實(shí)際位置、預(yù)置位置和現(xiàn)場(chǎng)所需要的一些控制信號(hào)，以及向嵌入式發(fā)送電機(jī)的實(shí)際位置，現(xiàn)場(chǎng)的一些狀態(tài)等。采用以太網(wǎng)，USB以及標(biāo)準(zhǔn)RS232接口等通信方式完成控制。實(shí)際位置計(jì)數(shù)模塊通過一系列的脈沖記數(shù)，利用方向信號(hào)控制計(jì)數(shù)器的加減，利用脈沖控制計(jì)數(shù)來達(dá)到實(shí)際的正確位置。步進(jìn)電機(jī)控制模塊包括步進(jìn)電機(jī)升降速曲線控制邏輯、實(shí)際位置和預(yù)置位置比較邏輯。電源模塊采用具備輸入電壓范圍寬，輸出功率大，電磁干擾小的特性的電源來實(shí)現(xiàn)功能。輸入輸出模塊中的模擬量輸入部分采用了多路模擬開關(guān)和AD轉(zhuǎn)換器，開關(guān)量輸入輸出采用了可編程邏輯器件，人機(jī)接口模塊采用大屏幕液晶顯示技術(shù)，和鍵盤結(jié)合使用，具有很好的可操作性。

3.2 智能控制單元的軟件設(shè)計(jì)

由于各個(gè)功能模塊之間的通信不是定時(shí)和定長的，所以數(shù)據(jù)流不是固定不變的，為了保證不出現(xiàn)數(shù)據(jù)阻塞或者溢出情況，智能控制單元的軟件設(shè)計(jì)不采用普通查詢式接收而是采用中斷方式接收，也就是把接收到的數(shù)據(jù)放入對(duì)應(yīng)的循環(huán)緩沖區(qū)中，由主程序解析接收到的數(shù)據(jù)，這就避免了新接收到的數(shù)據(jù)覆蓋原有數(shù)據(jù)造成數(shù)據(jù)丟失的情況。智能控制單元還要響應(yīng)報(bào)警按鈕按下時(shí)的觸發(fā)中斷和定時(shí)中斷，分別設(shè)定中斷優(yōu)先級(jí)，中斷響應(yīng)級(jí)別高的任務(wù)優(yōu)先處理。

4 結(jié)語

短波廣播發(fā)射機(jī)作為廣播系統(tǒng)中不可或缺的組成部分，它的發(fā)展對(duì)于整個(gè)廣播系統(tǒng)的發(fā)展具有決定性作用。短波發(fā)射機(jī)的智能控制系統(tǒng)要融入分布式冗余和多層式控制的設(shè)計(jì)理念，積極引入現(xiàn)代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，大幅度提升短波發(fā)射機(jī)的智能化及自動(dòng)化水平，使短波發(fā)射機(jī)的運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠。

參考文獻(xiàn)

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