廣播發射機測控系統總體設計探討

李 濤

國家廣播電影電視總局五九四臺，陜西 咸陽 710028

0 引言

廣播發射機是將信號按一定頻率發射的裝置，廣泛應用于廣播、電視、雷達等各種民用、軍用領域，主要可分為調頻發射機，調幅發射機，光發射機等多種類型。廣播發射機測控系統是作為廣播發射機的監控裝置，通過其與廣播發射機的接口電路，實現對發射機的狀態檢測并且向發射機發出控制命令[1]。通過應用嵌入式技術，給廣播發射機設計、安裝微控制器，對廣播發射機進行在線監控和檢測，就能及時發現故障并處理，減輕了值機、維護人員的負擔[2]。本文主要探討了廣播發射機測控系統總體設計相關問題。

1 調頻廣播發射機的結構

調頻廣播發射機主要由五部分組成：激勵器、功率放大器、機內網絡、風機和電源。如圖1所示。

圖1 廣播發射機結構圖

1）激勵器。激勵器又稱（振蕩器或頻率合成器），它產生本機的載頻，對來自外部或備份的載頻激勵信號進行自動切換，為發射機提供高穩定的載頻信號，將節目音頻信號調制成為射頻信號；

2）功率放大器。功率放大器分為驅動前級、功率放大級和功率合成器三部分。驅動前級（射頻末前級）是將激勵源輸出的載頻信號放大至足以推動功率放大器的射頻功率信號，保證射頻功率放大器安全高效地工作；功率放大級（射頻末級）是在模塊化的射頻功率放大器在調制信號的作用下，產生發射機所需的射頻功率信號；功率合成器的任務是將功放模塊產生的射頻功率信號合成，實現發射機調幅波的射頻功率輸出，即產生大功率調幅廣播信號；

3）機內網絡。機內網絡一般由帶通濾波器和調配網絡兩部分構成。帶通濾波器的任務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：調配網絡的任務是對偏離額定輸出阻抗的天、饋線系統進行阻抗微調，使電壓駐波比值接近最佳值，保證發射機能安全正常地運行；

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（穩壓電源），為發射機的微功率的前級部分提供低壓電源；

5）風機。中小功率發射機的冷卻均采用強迫風冷，完成發射機內部功率器件的散熱，保證發射機工作的安全性和穩定性。

發射機的工作過程是：首先將調制信號（音頻信號）送到激勵器進行頻率調制，產生射頻信號。如果得到的已調信號的載頻比發射頻率低，還需要把它倍頻或變頻到發射頻率。然后再經功率放大器放大到實際需要的功率，然后經機內網絡進行處理，最后由同軸電纜把已調信號輸送到發射機天線輻射出去。

2 系統整體方案設計

2.1 系統結構設計

為了使測控系統“危險分散”，提高系統的可靠性，本設計應用分布式體系結構的思想對系統整體結構進行設計，實現系統的分散控制與管理集中，將系統的數據采集工作按被測對象分為功放采集板和電源控制板兩個模塊（激勵器的數據由其與主控板的通信獲得），主控板對數據集中管理。將廣播發射機測控系統分為功放采集板、電源控制板、主控板和上位機4部分。

系統各部分的功能如下：

1）功放采集板。功放采集板由其接口電路與廣播發射機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、過熱信號、過載信號和過激勵信號的狀態，將數據存儲，與主控板通信實現數據的上傳；

2）電源控制板。電源控制板與發射機的開關電源相連，采集開關電源工作電壓、電流等6個模擬量和5個開關量，將開關電源的工作狀態上傳給主控板。電源控制板還是系統的輸出控制單元，可以實現發射機的開關機操作和故障保護動作；

3）主控板。主控板與功放采集板、電源控制板和激勵器通信，將系統的各個模塊有機的結合在一起；

4）上位機。上位機與主控板通信，對下位機的狀態進行實時監控顯示，并將其數據存儲。

2.2 微控制器的選擇

根據廣播發射機測控系統的技術要求，考慮到系統的功能要求、成本、體積、功耗等多方面因素，本設計運用嵌入式技術對廣播發射機測控系統進行設計。

嵌入式系統是以應用為中心，軟硬件可裁減的，適應應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等綜合性嚴格要求的專用計算機系統。

微控制器是嵌入式系統的核心，微控制器的選擇需考慮應用的功能與性能要求，成本、功耗、易維護等因素，因此微控制器選擇的根本原則是設計出滿足應用的低成本產品。選擇51系列單片機作為系統各設備單元的微控制器。

3 結論

本文詳細介紹了調頻廣播發射機的結構，簡述了發射機的工作過程，分析了廣播發射機測控系統的技術要求。為了提高系統的可靠性，采用分布式體系結構的思想對系統整體結構進行設計，將系統分為功放采集板、電源控制板、主控板和上位機4部分，并對各個部分功能進行了介紹。選擇51系列單片機作為下位機設備單元的微控制器，對于3kW廣播發射機測控系統發展具有一定幫助。

[1]佟明，黨宏社，胡尊鳳，等.RA8835在廣播發射機測控系統中的應用[J].電視技術，2009，33(1).

[2]羅小青，陳艷，張娜娜.基于S3C44BOX的嵌入式廣播發射機控制器設計[J].南昌航空大學學報：自然科學版，2010，24(2).