一種波導(dǎo)開關(guān)網(wǎng)絡(luò)控制的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

（廣西廣播電視地球站）

1 引言

隨著廣播電視技術(shù)的發(fā)展和傳輸設(shè)備的新舊交替，衛(wèi)星廣播電視信號(hào)的安全傳輸對(duì)衛(wèi)星地球站系統(tǒng)的功能和配置提出了更高的要求。因此我站對(duì)波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)與改造。

我站發(fā)射系統(tǒng)先后配置了一套加拿大1:1 Vextex RSI 200W 固態(tài)高功放（SSPA）、一套美國(guó)CPI 1:1 3000W速調(diào)管高功放及單臺(tái)美國(guó)CPI 3000W速調(diào)管高功放，天饋線系統(tǒng)主要由12米和6米兩面天線組成，手動(dòng)切換時(shí)效率較低，且原有的波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的2#波導(dǎo)開關(guān)成為整個(gè)上行傳輸鏈路中的單一節(jié)點(diǎn)，盡管波導(dǎo)開關(guān)為機(jī)械裝置，不易出現(xiàn)故障，但仍是有隱患；平時(shí)3#、4#、5#功放必須處于冷備份或接入假負(fù)載狀態(tài)，否則會(huì)出現(xiàn)主、備用天線同時(shí)發(fā)送載波，相互干擾。原波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法充分、靈活的使用備份高功放，且在應(yīng)急操作時(shí)容易發(fā)生誤操作。（如圖1）

2016年地球站購(gòu)買了一臺(tái)美國(guó)CPI 3000W速調(diào)管高功放與之前單臺(tái)高功放組成1：1備份后，單一節(jié)點(diǎn)問(wèn)題更為突出。為了徹底解決這一問(wèn)題，我站把不同時(shí)期的高功放系統(tǒng)和天饋線系統(tǒng)通過(guò)波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)控制器及波導(dǎo)開關(guān)進(jìn)行有效整合，配置成主、備兩路上行通道和應(yīng)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(nèi)的主、備鏈路之間都可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)快速倒換，具備執(zhí)行雙星并發(fā)任務(wù)的能力。平時(shí)可以在不影響播出的情況下對(duì)鏈路設(shè)備進(jìn)行維護(hù)檢修，及時(shí)應(yīng)對(duì)鏈路中設(shè)備的突發(fā)故障，有效的提升地球站安全播出的可靠性和穩(wěn)定性。

圖1 原地球站波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)示意圖

圖2 現(xiàn)波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)圖

圖3 波導(dǎo)關(guān)聯(lián)前視圖

2 波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)控制的設(shè)計(jì)

按照總局的相關(guān)規(guī)定，結(jié)合目前站內(nèi)設(shè)備實(shí)際情況，對(duì)波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)和上行鏈路進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。新的波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)控制通過(guò)一臺(tái)波導(dǎo)開關(guān)控制器和六個(gè)波導(dǎo)開關(guān)、若干矩形波導(dǎo)管組成，波導(dǎo)開關(guān)控制器具有手動(dòng)/自動(dòng)切換及遠(yuǎn)程遙控的功能，可對(duì)三套1:1高功放的運(yùn)行狀態(tài)及六個(gè)波導(dǎo)開關(guān)的位置狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。1、2高功放與3、4高功放組成1:1功放備份系統(tǒng)，5、6高功放作為應(yīng)急系統(tǒng)平時(shí)處于冷備份狀態(tài)，上行1#、2#、3#、4#、5#鏈路通過(guò)波導(dǎo)開關(guān)S1、S2、S3的各種組合模式，使兩套天饋線系統(tǒng)達(dá)到互為備份使用的效果，同時(shí)為上行鏈路及天饋線系統(tǒng)的維護(hù)、保養(yǎng)提供技術(shù)支持（見圖2）。此設(shè)計(jì)較為合理和靈活，充分使用了原有的設(shè)備，節(jié)約了成本，且解決了上行傳輸鏈路中的波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)單一節(jié)點(diǎn)問(wèn)題。

波導(dǎo)開關(guān)和波導(dǎo)開關(guān)控制器性能及設(shè)計(jì)要求：（1）集中控制S1、S2、S3波導(dǎo)開關(guān)。(2)主路、應(yīng)急、備路波導(dǎo)開關(guān)原有控制邏輯不變。(2)具有手動(dòng)和自動(dòng)切換的功能。(3)面板具備各波導(dǎo)開關(guān)狀態(tài)指示，顯示其拓?fù)鋱D，具備RS232/RS422或ETH遠(yuǎn)程監(jiān)控接口,(4)波導(dǎo)開關(guān)能夠給高功放提供射頻抑制信號(hào)，（5）波導(dǎo)開關(guān)控制器可安裝在控制室控制桌上，方便快速操作。（6）波導(dǎo)開關(guān)及矩形波導(dǎo)管牢固安裝在高功放頂部，方便手動(dòng)操作及維護(hù)（見圖3）。

圖4 波導(dǎo)切換控制器連線圖

3 波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)控制的實(shí)現(xiàn)

我站根據(jù)設(shè)計(jì)方案與prodigy公司合作研發(fā)了波導(dǎo)開關(guān)控制器，其功能主要由組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)。特點(diǎn)是：輸出值只與實(shí)時(shí)的輸入值有關(guān)，即輸出值與實(shí)時(shí)輸入值的對(duì)應(yīng)具有唯一性，電路沒有記憶功能，輸出狀態(tài)隨著輸入狀態(tài)的變化而變化，前者在任何時(shí)刻的輸出，僅取決于電路此刻的輸入狀態(tài)，而與電路過(guò)去的狀態(tài)無(wú)關(guān)，它們不具有記憶功能；波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)控制使用的波導(dǎo)開關(guān)是旋轉(zhuǎn)式機(jī)電波導(dǎo)開關(guān)，在結(jié)構(gòu)上由驅(qū)動(dòng)電機(jī)和微波系統(tǒng)兩部分構(gòu)成，可按需選擇微波通道并實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的高質(zhì)量傳輸 ；波導(dǎo)開關(guān)控制器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信接口的連接實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程手動(dòng)/自動(dòng)波導(dǎo)開關(guān)切換、高功放系統(tǒng)的工作狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)在波導(dǎo)開關(guān)控制器中設(shè)置了備份機(jī)制，設(shè)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(xiàn)故障時(shí)，功放5/6可以通過(guò)手動(dòng)操作即可備份功放1/2，也可以備份功放3/4。

（1）波導(dǎo)開關(guān)控制器連線（見圖4）

（2）波導(dǎo)開關(guān)控制器面板

波導(dǎo)開關(guān)控制器面板（見圖5）分為指示區(qū)和控制區(qū)，指示區(qū)有功放狀態(tài)指示（綠色表示設(shè)備狀態(tài)正常，紅色表示故障；功放處于待機(jī)狀態(tài)，沒有加高壓時(shí)，只要功放沒有fault告警，該指示燈也處于綠色狀態(tài)）、波導(dǎo)連接及信號(hào)流動(dòng)方向指示、優(yōu)先級(jí)指示、Local/Remote指示、Auto/Manual指示，；控制區(qū)有Local/Remote控制模式切換、Auto/Manual模式切換、開關(guān)切換等按鈕，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及控制，使信號(hào)流動(dòng)方向一目了然。

圖5 波導(dǎo)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(shí)， 1:1的HPA1/HPA2經(jīng)波導(dǎo)開關(guān)S1從12米天線上行播出；HPA3/HPA4經(jīng)過(guò)S3、S1、S2，輸出至負(fù)載，日常處于加高壓、上功率、熱備份的工作狀態(tài)；波導(dǎo)開關(guān)控制模式：處于Local和Auto模式狀態(tài)時(shí)，一旦功放HPA1/HPA2出現(xiàn)故障，波導(dǎo)開關(guān)控制器會(huì)自動(dòng)切換S1，將HPA3/HPA4功放切至12米天線發(fā)射，同時(shí)將功放HPA1/HPA2切換到負(fù)載位置（見圖6）；當(dāng)HPA1/HPA2或HPA3/HPA4有故障出現(xiàn)時(shí)，則啟動(dòng)應(yīng)急HPA5/HPA6。

6米天線做為播出天線時(shí)， 1:1的HPA1/HPA2經(jīng)波導(dǎo)開關(guān)S1和S2，從6米天線上行播出；HPA3/HPA4經(jīng)過(guò)S3、S2，輸出至負(fù)載，平時(shí)加高壓，上功率，處于熱備份的工作狀態(tài)；波導(dǎo)開關(guān)控制模式處于Local和Auto狀態(tài)下，一旦功放HPA1/HPA2出現(xiàn)故障，波導(dǎo)開關(guān)控制器會(huì)自動(dòng)切換S2，將HPA3/HPA4切為6米天線發(fā)射，同時(shí)將功放HPA1/HPA2切換到負(fù)載位置（見圖7）；HPA1/HPA2或HPA3/HPA4有故障出現(xiàn)時(shí)，則啟動(dòng)應(yīng)急HPA5/HPA6。

（4）安全播出的天線切換應(yīng)急操作

從12米天線切換到6米天線播出的應(yīng)急操作：首先將波導(dǎo)開關(guān)控制器切換至手動(dòng)狀態(tài)，切換波導(dǎo)開關(guān)S1，將HPA3/HPA4做為主播功放經(jīng)12米上行，HPA1/HPA2切至負(fù)載,調(diào)整HPA1/HPA2輸出功率達(dá)到標(biāo)定功率,同時(shí)切換波導(dǎo)開關(guān)S1、S2和S3，將HPA1/HPA2切換到6米輸出，HPA3/HPA4切換到負(fù)載,調(diào)整HPA3/HPA4輸出功率到標(biāo)定功率,把波導(dǎo)開關(guān)控制器切回自動(dòng)模式。

從6米天線切換到12米天線播出的應(yīng)急操作：首先將波導(dǎo)開關(guān)控制器切換至手動(dòng)狀態(tài)，切換波導(dǎo)開關(guān)S2，將HPA3/HPA4做為主播功放經(jīng)6米上行，HPA1/HPA2切至負(fù)載（見圖5）,調(diào)整HPA1/HPA2輸出功率為標(biāo)定功率,同時(shí)切換波導(dǎo)開關(guān)S1、S2和S3，將HPA1/HPA2切換到6米輸出，HPA3/HPA4切換到負(fù)載（見圖5）,調(diào)整HPA3/HPA4輸出功率為標(biāo)定功率,把波導(dǎo)開關(guān)控制器切回自動(dòng)模式。

4 結(jié)束語(yǔ)

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地球站高功放和天饋系統(tǒng)的自動(dòng)/手動(dòng)及遠(yuǎn)程控制的有效集成，解決了波導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)控制中的單一節(jié)點(diǎn)問(wèn)題，以科學(xué)的控制方式將安全隱患用技術(shù)的手段進(jìn)行有效的控制，具有易操作易維護(hù)的特點(diǎn)，顯著提高了工作人員的工作質(zhì)量和效率，有力地保障系統(tǒng)的安全運(yùn)行和廣播電視節(jié)目的上星安全播出。

[1]徐艷新.《數(shù)字電路》第二版[M].北京：電子工業(yè)出版社.2014

[2]劉輝.BJ—8 4機(jī)電控制波導(dǎo)開關(guān)設(shè)計(jì)[J].電訊技術(shù),2002(05):78-81.