全兼容列車(chē)影視放大器研發(fā)

楊付剛 李偉 陳全雷

摘要：青藏鐵路位于高海拔，氣候環(huán)境復(fù)雜，對(duì)列車(chē)設(shè)備穩(wěn)定性和兼容性提出了更高的要求。對(duì)于青藏公司方面反映的故障及現(xiàn)象，我們分析得出青藏公司運(yùn)營(yíng)的BSP青藏客車(chē)影視系統(tǒng)鏈路中，放大器不具備雙向傳輸?shù)哪芰ΑＳ捎诜糯笃鞣勰晗抟丫?，無(wú)法滿(mǎn)足列車(chē)復(fù)雜的信號(hào)傳輸，為適應(yīng)青藏公司運(yùn)營(yíng)需求，需要將國(guó)產(chǎn)青藏車(chē)和BSP產(chǎn)青藏車(chē)進(jìn)行混編，因而導(dǎo)致影視系統(tǒng)無(wú)法兼容。針對(duì)以上市場(chǎng)調(diào)研和分析得出的問(wèn)題，我們研發(fā)一款新型列車(chē)放大器，該放大器具備雙向放大傳輸?shù)墓δ埽邆涠丝谇袚Q能力，信號(hào)增益大大提高。新型放大器內(nèi)部設(shè)定有頻道識(shí)別電路，完全兼容國(guó)產(chǎn)青藏車(chē)的影視系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：青藏鐵路；放大器；增益

青藏公司由于運(yùn)營(yíng)需求，常常將國(guó)產(chǎn)青藏車(chē)和BSP產(chǎn)青藏車(chē)混編。由于不是一個(gè)廠家生產(chǎn)的列車(chē)，生產(chǎn)年限不一，導(dǎo)致了車(chē)載影視系統(tǒng)工作異常。國(guó)產(chǎn)青藏車(chē)影視系統(tǒng)架構(gòu)是由服務(wù)器、調(diào)制器、混頻器、放大器、分配器和電視機(jī)組成。放大器具備雙向切換能力，且對(duì)于影視信號(hào)有頻道識(shí)別功能。而B(niǎo)SP產(chǎn)青藏車(chē)影視系統(tǒng)架構(gòu)和國(guó)產(chǎn)車(chē)相似，但放大器不具備端口切換能力。放大器增益弱，更沒(méi)有頻道識(shí)別功能，因此無(wú)法滿(mǎn)足與國(guó)產(chǎn)車(chē)混編且正常使用的需求。為此我們經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和總結(jié)，研發(fā)出一款新型的放大器，來(lái)滿(mǎn)足青藏公司混編列車(chē)運(yùn)營(yíng)的需求。全新研發(fā)的放大器將替代BSP青藏車(chē)原有的放大器，在滿(mǎn)足影視系統(tǒng)信號(hào)放大的基礎(chǔ)上，提供調(diào)試方便，雙向放大，端口切換和頻道識(shí)別功能。放大器上提供信號(hào)通路指示燈。如果信號(hào)傳輸?shù)侥硞€(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)信號(hào)丟失現(xiàn)象，則可以通過(guò)判斷放大器兩路信號(hào)指示燈來(lái)查找問(wèn)題。這樣一來(lái)，極大方便了列車(chē)維護(hù)人員。從一定程度來(lái)講，我們研發(fā)的新型放大器，不僅為青藏公司解決了混編的問(wèn)題，也大大節(jié)省人力，從根本上優(yōu)化生產(chǎn)，節(jié)約客戶(hù)的開(kāi)支。

1 全兼容列車(chē)影視放大器設(shè)計(jì)要點(diǎn)

FDRF110VDC犁放大器是根據(jù)客戶(hù)提出的需求，結(jié)合當(dāng)前國(guó)產(chǎn)青藏車(chē)影視系統(tǒng)放大器的調(diào)制方式研發(fā)出的新型全兼容列車(chē)放大器。該放大器設(shè)計(jì)雙向端口有4個(gè)，一個(gè)本車(chē)輸出端口，和原車(chē)布線(xiàn)規(guī)則相同，允許在不重新布線(xiàn)的情況下進(jìn)行安裝。體積進(jìn)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(wèn)也沒(méi)問(wèn)題。見(jiàn)圖1。

2 全兼容列車(chē)影視放大器設(shè)計(jì)過(guò)程

2.1 全兼容列車(chē)影視放大器主板設(shè)計(jì)

新型全兼容放大器的設(shè)計(jì)主要由四部分構(gòu)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(shí)現(xiàn)功能為主。對(duì)于前期采集的信息來(lái)說(shuō)，我們?cè)O(shè)計(jì)的放大器總體架構(gòu)如圖2。

使用的是四個(gè)雙向端口經(jīng)過(guò)通道切換開(kāi)關(guān)，分別輸入到衰減器、平衡器、功率放大器進(jìn)行信號(hào)的放大。另外一路信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器進(jìn)入到放大器核心電路，信號(hào)進(jìn)行復(fù)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(kāi)關(guān)，這樣便形成一種閉環(huán)控制系統(tǒng)。小信號(hào)處理電路對(duì)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(shè)計(jì)

衰減及平衡電路采用典型系統(tǒng)方案，LC電路使用的是國(guó)外知名企業(yè)的器件，混頻器采用的國(guó)內(nèi)知名企業(yè)三端電感器。在使用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試過(guò)程中，性能完全滿(mǎn)足設(shè)計(jì)方案的要求。見(jiàn)圖3。

2.1.2通帶電路設(shè)計(jì)

通帶電路使用安捷倫公司設(shè)計(jì)的先進(jìn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真軟件ADS，加入三維電磁仿真，見(jiàn)圖4。使用切比雪夫帶通濾波器。切比雪夫?yàn)V波器具有帶內(nèi)微波動(dòng)，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(diǎn)位于260MHz，正好落在影視系統(tǒng)服務(wù)器調(diào)制器的頻道頻率內(nèi)部。

2.1.3EMC電路設(shè)計(jì)

列車(chē)控制柜是電磁環(huán)境極其復(fù)雜的地方。如果要保證電子設(shè)備穩(wěn)定可靠的工作，必須經(jīng)得起EMC干擾。放大器屬于精密放大器，對(duì)于電源質(zhì)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?dāng)_。使用10D201K型壓敏電阻，吸收高脈沖尖峰。SMJC160A為瞬態(tài)抑制二極管。同樣能夠抑制高壓的沖擊。保護(hù)DCDC電源模塊，為整個(gè)放大器提供穩(wěn)定可靠的電源。見(jiàn)圖6。

2.1.4 信號(hào)處理電路

信號(hào)處理電路關(guān)系到放大器工作狀態(tài)，直接影響放大器對(duì)信號(hào)采集和判斷。而且信號(hào)為高頻小信號(hào)，必須經(jīng)過(guò)特殊變換之后才可以進(jìn)行處理。信號(hào)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(hào)進(jìn)行放大，檢波之后進(jìn)行積分，然后送入運(yùn)算放大器，進(jìn)行直流電壓放大和比較。見(jiàn)圖7。

2.1.5電源及穩(wěn)壓電路

列車(chē)控制柜采用的直流110V，我們采用110轉(zhuǎn)24V電源模塊，輸出24V給核心模塊供電，L7812給控制電路，信號(hào)處理電路供電。這樣再加上EMC電路，就構(gòu)成了完整的供電系統(tǒng)。見(jiàn)圖8。

2.1.6主板

見(jiàn)圖9。

2.2機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.2.1外殼

為了達(dá)到高度兼容，尺寸問(wèn)題非常重要。本次研發(fā)過(guò)程中，我們使用TEA-005C小型外殼，進(jìn)行機(jī)械加工、鉆孔、攻絲、銑面、噴砂等處理。見(jiàn)圖10。

2.2.2射頻輸出端子

同樣為了體現(xiàn)全兼容性，將采用與國(guó)產(chǎn)青藏車(chē)影視系統(tǒng)相同的射頻端口，型號(hào)為J283（英制）。見(jiàn)圖11。

2.2.3蓋板與底板

底板和蓋板使用2.OMM厚鋁材質(zhì)基板，鋁基板重量輕，可塑性比鐵基板、不銹鋼基板好。方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試與施工。見(jiàn)圖12、圖13。

2.2.4組裝

見(jiàn)圖14。

2.3性能試驗(yàn)

2.3.1振動(dòng)試驗(yàn)

結(jié)論：穩(wěn)定可靠。見(jiàn)圖15。

2.3.2電源老化試驗(yàn)

結(jié)論：合格。見(jiàn)圖16。

2.3.3帶內(nèi)平坦試驗(yàn)

掃頻帶寬50-500MHz，輸入功率2dBm，帶內(nèi)<=3dB。

結(jié)論：合格。見(jiàn)圖17。

2.3.4通入頻道信息測(cè)試場(chǎng)強(qiáng)

如圖18中，場(chǎng)強(qiáng)測(cè)試為112.7dBuV。根據(jù)根據(jù)國(guó)家有線(xiàn)電視標(biāo)準(zhǔn)每個(gè)電視終端信號(hào)增益應(yīng)達(dá)到55-75dBuV即可。同時(shí)再加入分配器的時(shí)候，信號(hào)衰減度滿(mǎn)足要求。

結(jié)論：信號(hào)強(qiáng)度合格。

2.4全兼容列車(chē)放大器指標(biāo)

見(jiàn)圖19。

3 總體分析

3.1功能與指標(biāo)

根據(jù)《GY/T 198-2003有線(xiàn)數(shù)字電視廣播QAM調(diào)制器技術(shù)要求和測(cè)量方法》，我們以《GY/T 195-2003有線(xiàn)電視系統(tǒng)雙向用戶(hù)端口技術(shù)要求和測(cè)量方法》為依據(jù)，測(cè)量全兼容列車(chē)放大器各項(xiàng)功能與指標(biāo)滿(mǎn)足方案要求。具體測(cè)試數(shù)據(jù)如圖19。

3.2結(jié)構(gòu)與工藝

根據(jù)《電子工藝與基礎(chǔ)（第三版）》上有關(guān)電子產(chǎn)品及設(shè)備組裝與工藝要求，進(jìn)行生產(chǎn)。機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)試安裝方便快捷。

4 總結(jié)

本文主要是對(duì)全兼容列車(chē)放大器的研發(fā)、設(shè)計(jì)目的與過(guò)程進(jìn)行分析。前期我們針對(duì)客戶(hù)提出的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)研，組織技術(shù)人員進(jìn)行分析方案和論證，最終確定全兼容列車(chē)放大器的基本功能。后期研發(fā)過(guò)程中，加入相應(yīng)的優(yōu)化電路，并且對(duì)試驗(yàn)成品進(jìn)行電源效率、功率、帶內(nèi)平坦等一系列指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試。最終產(chǎn)品順利通過(guò)。

產(chǎn)品研發(fā)成型后，在BSP青藏客車(chē)上裝車(chē)試驗(yàn)。并且與國(guó)產(chǎn)車(chē)進(jìn)行混編統(tǒng)一調(diào)試，編組內(nèi)列車(chē)的影視系統(tǒng)達(dá)到了相互兼容，且完好地傳輸影視系統(tǒng)信號(hào)。由此全兼容列車(chē)放大器的設(shè)計(jì)研發(fā)完全達(dá)到預(yù)期的功能與指標(biāo)。全兼容列車(chē)放大器將在青藏客車(chē)試點(diǎn)成功后，繼續(xù)推向其他類(lèi)型的列車(chē)。此次設(shè)計(jì)研發(fā)的全兼容放大器切實(shí)解決了青藏公司BSP產(chǎn)青藏客車(chē)與國(guó)產(chǎn)青藏客車(chē)影視系統(tǒng)互不兼容等問(wèn)題。在國(guó)產(chǎn)列車(chē)設(shè)備研發(fā)與生產(chǎn)的臺(tái)階上，我們又進(jìn)了一步。