關于150KW短波發射機自動調諧單元結構的探討

王洪國

【摘要】本文對TBH522型150KW發射機自動調諧單元硬件結構的自動調諧主板、調諧控制板、模擬采集板電路板功能進行詳細的分析。

【關鍵詞】自動調諧;發射機

1.概述

TBH522型150KW發射機自動化系統主要由人機接口單元、控制單元、保護單元、自動調諧單元構成，同時為了模擬信號的檢測，全面改造了測量報警單元?？刂茊卧?、保護單元、自動調諧單元均可獨立運行。自動調諧單元通過8路伺服控制著整個發射機的粗調、細調、電平轉換、準備播音等控制。本文將詳細分析自動調諧主板、控制板和采集板的硬件結構。

2.自動調諧主板的分析

自動調諧主板主要作用是將所有輸入信號進行處理后控制8路伺服，并對發射機的各個狀態進行粗調諧及細調諧，同時根據各個狀態發出相應的控制及封鎖控制，并和人機接口單元進行通訊。以下對主板的各個組成部分進行詳細介紹。

（1）開關量輸入區1

將發射機輸入的高低電平通過T521-2光電耦合器隔離后，輸入到FPGA進行各種邏輯運算。開關量輸入區1一共有22路，對應的輸入信號分別是：1）高壓2檔，2）高簾2檔，3）腔體接點，4）平衡轉換器腔體接點，5）控制來調諧允許，6）告警復位，10）高末檢波電壓輸入，11）衰減控制器調整正常信號輸入，12）射頻封鎖信號輸入，13）控制來粗調信號，14）控制來的細調允許信號，15）1路伺服到位，16）2路伺服到位，17）3路伺服到位，18）4路伺服到位，19）5路伺服到位，20）6路伺服到位，21）7路伺服到位，22）8路伺服到位。

（2）開關量輸入區2

將操作面板輸入的高低電平通過T521-2光電耦合器隔離后，輸入到FPGA進行各種邏輯運算。開關量輸入區2一共有22路，對應的輸入信號分別是：1）1路調諧按鈕，2）2路調諧按鈕，3）3路調諧按鈕，4）4路調諧按鈕，5）5路調諧按鈕，6）6路調諧按鈕，7）7路調諧按鈕，8）8路調諧按鈕，9）手動，10）半自動，11）信道號預置，12）自動，14）粗調控制，15）前級細調，16）末級細調，17）電平轉換，18）開始播音，19）允許調諧，20）手動升信道號，21）手動降信道號。

（3）開關量輸入區3

本區域除1，2路外，其他路都作擴展輸入信號。其中1路是“切換塊模擬量顯示”，使用時，通過短路帽短路1路的短路接點，從而切換面板上伺服位置顯示模擬采集板2的數據來源;2路是“細調狀態8路伺服倒動有效”，細調狀態時，只有1路伺服，3路伺服，5路伺服細調元件可動作，但調機時不方便，為方便調機，設置此接點，在短路此接點時，8路伺服除2路在腔體接點釋放時可倒動外，其他都可倒動。

（4）開關量輸出區1

開關量輸出區1作用是將FPGA輸出通過T521-2光電耦合器隔離后控制外界高低電平，一共有30路，分別是：1）1路允許調諧;2）2路允許調諧;3）3路允許調諧;4）4路允許調諧;5）5路允許調諧;6）6路允許調諧;7）7路允許調諧;8）8路允許調諧;9）細調完成（完成1）;10）細調完成（完成0）;11）粗調完成（完成0）;12）粗調完成（完成時為1）;13）高前偏壓切換;14）衰減器控制;15）準備播音;16）調諧功率狀態（細調未完成為1）;17）低功率;18）高功率;19）升功率;20）降功率;21）1路伺服細調切換;22）2路伺服細調切換;23）3路伺服細調切換。

（5）開關量輸出區2

開關量輸出區2作用是將FPGA通過T521-2光電耦合器隔離后控制數模轉換板上的繼電器（OMRON-G6B-1114P-US），通過繼電器吸合控制相應的邏輯狀態，一共有12路，控制12個繼電器，分別是：1）輔助接點1控制輸出;2）輔助接點2控制輸出;3）輔助接點3控制輸出;4）輔助接點4控制輸出;5）腔體氣動開關控制出;6）5路修正切換A2;7）5路修正切換B2;8）5路修正切換A1;9）5路修正切換B1。

（6）模擬采集區

監測模擬采集板1的8路伺服數據和模擬采集2來的8路發射機表值狀態信號數據，一共24位，由3片74HC373接口處理。通過74HC373對模擬采集板1、模擬采集板2進行接口后，將模擬采集的數據端的24位數據量送到FPGA進行處理。

（7）綜合區

此區域是FPGA輸出通過74HC14驅動后送到相應的控制信號的區域，有3個部分，分別是調諧控制DATA，模擬采集片選控制，面板顯示DATA。調諧DATA分2組，分別是8位數據輸出端和4位總線輸出控制端，輸出到數模轉換板，控制數摸轉換AD558及2組細調修正繼電器（DS2Y-S-DC12V）完成粗調及細調控制;模擬采集片選控制有2組共8位數據，送到2塊模擬采集板，分別控制2塊模擬采集板上各路模擬量的片選及高8位數據有效及低4位數據有效;面板顯示DATA共分2組，分別是8位數據輸出端和5位總線輸出控制端，送到自動調諧單元面板作面板顯示及按鈕指示燈用。

（8）中央處理區

本區域是自動調諧主板的中心區域，FPGA完成所有邏輯運算，89C52作數據處理，還包括時鐘控制器12C887，32KRAM，32KROM。

a）89C51：判斷各種狀態數據并進行處理，實現向FPGA下傳伺服粗調和細調等數據，同時通過RS232和人機接口單元通訊。

b）FPGA：實現整個系統的所有邏輯控制。

c）系統時鐘：1個是單片機89C52所提供的1Mhz的時鐘，另一個是由時鐘控制器12C887（編程輸出）提供的1KHz的時鐘，此板12C887的功能和控制主板、保護主板不一樣，只提供1Khz的時鐘信號。

d）32KRAM提供系統數據的臨時存儲，在掉電后將丟失所有數據。

e）32K-EEPROM存儲系統所有粗調、細調控制數據，4路輔助接點的控制信號，8路伺服高限位信息和低限位信息，表值調諧范圍信息等。

f）XC17S30：因FPGA內程序是存在RAM內的，掉電后便消失，故用一片XC17S30來存FPGA的程序，此芯片是FPGA的程序專用EPROM，不可擦除，上電后在1秒內自動將程序寫入FPGA，程序寫入成功后將停止工作。

g）RS232接口芯片MAX232C：MAX232C由3部分組成：2個充電泵（可將5VDC轉換成10V的電壓輸出），DC-DC變換器，RS-232驅動器和RS232接收器。89C52通過MAX232C驅動放大后，和人機接口單元進行通訊。

3.調諧控制板的分析

調諧控制板主要是將自動調諧主板發來的各種信號進行處理后送到8路伺服單元，控制8路伺服細調和粗調。

（1）數模轉換區

此區域由10片AD558和2片74HC373構成，AD558是8位電壓輸出型D/A轉換器，電壓輸出范圍有2種，0-2.5V和0-10V，本板上用的是0-10V輸出范圍，AD558將自動調諧主板發來的8位數字信號通過4位總線控制信號片選后輸出10路模擬量，其中1-8路通過分配放大器LM353分配放大后輸出到伺服放大器，控制1-8路伺服倒動。第10路是輸入到10K可調電位器，和-12V電壓調整后輸出作1路細調修正控制信號。12路和11路由74HC373鎖存處理，用來控制3路和5路細調修正控制，自動調諧主板來的8位數據信號和4位總線控制信號，經過74HC373鎖存后輸出給三極管C1815，驅動16個繼電器（DS2Y-S-DC12V），并通過繼電器的吸合來控制修正繼電器區的3路和5路的細調修正電阻，修正電阻的單位依次是20歐、40歐、80歐、160歐、320歐、640歐、1280歐、2560歐，一共有256個檔位，電阻可調范圍從0歐到5120歐，以便實現對3路和5路進行線性修正。

（2）伺服調諧放大輸出區

此區域是對AD558輸出的模擬信號經過LM353分配放大后，輸出到伺服放大器控制伺服進行調諧，除手動狀態外的其他所有狀態的粗調信號都從這發出但不發生細調信號，手動狀態時，粗調和細調控制都從這位置發出，此區域所發出的信號直接影響到整套系統粗調到位的準確度;調整時可置于手動狀態，在不旋轉光編碼器時，相應的伺服監測信號和此位置相應的（下轉第118頁）（上接第116頁）輸出信號必須相等，若不等可通過此區域的可調電位器進行調整，達到輸入輸出一致。

（3）繼電器區

此區域作用是FPGA通過光電耦合器發出低電平信號，來控制繼電器的吸合，并通過繼電器吸合接點來控制相應部件的合與斷，一共有12路， 1-4路是通過繼電器的吸合，將輔助接點公共端的信號送到輔助接點的控制接觸器上，控制輔助接點的吸合和斷開，控制單元分別是：1）輔助接點1控制輸出;2）輔助接點2控制輸出;3）輔助接點3控制輸出;4）輔助接點4控制輸出;5）第5路通過繼電器的吸合，將腔體接點氣動開關的控制信號送到腔體氣動開關接觸器上，在腔體到位后控制腔體接點吸合;6）9路到12路是控制5路細調修正信號A、B送入伺服放大器的方向;7）5路修正切換A2;8）5路修正切換B2，9）5路修正切換A1;10）5路修正切換B1。

4.模擬采集板的分析

模擬采集板和保護單元用的模擬采集板一樣，但自動調諧單元的+12V和-12V電源是經過穩壓后輸入的，故此板上的穩壓塊7912和7812都被取消了。同時因本單元不需比較器功能，模擬采集板的比較器區是空著的，只用了模擬采集功能，分別是模擬采集1采集8路伺服位置信號，模擬采集2采集8路機器的狀態表值，在使用過程中這2塊板可互換。

模擬采集1對應的采集信號分別是：

1）1路伺服位置信號;2）2路伺服位置信號;3）3路伺服位置信號;4）4路伺服位置信號;5）5路伺服位置信號;6）6路伺服位置信號;7）7路伺服位置信號;8）8路伺服位置信號。采集后的數字信號經過主板采集區的74HC373送入FPGA進行處理，實現自動調諧。

模擬采集2對應的信號分別是：

1）高末簾柵流;2）高末屏流;3）高末簾柵壓;4）高前屏流;5）高末簾柵流;6）高末屏壓;7）輸出功率;8）反射功率。將采集后的數字信號經過主板采集區的74HC373送入FPGA進行處理，作為自動調諧時表值判斷及表值指示用。

5.總結

本自動調諧系統采用數字調諧方式來實現發射機射頻回路的調諧，被調元件為電感線圈和真空可變電容，改變其機械轉動圈數即可改變其電氣參量。通過分析調諧單元的硬件結構，有助于發射機的日常維護和故障處理，保證發射機的穩定播出。