短波發射機關鍵技術與軟件控制系統研究

王江前

摘要：短波發射機是用于發射短波波段無線電信號的設備，隨著計算機和自動化技術在廣播電視領域的廣泛應用，目前的短波發射機已經實現了自動化控制，使得短波發射機的性能及功能獲得了大幅度提升。本文分析了短波發射機的關鍵技術和智能控制系統的實現過程，解決了短波發射機工作人員的手工操作，實現了一體化全智能控制。

關鍵詞：短波發射機 射頻 功率放大器 智能控制

中圖分類號：TN838 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0131-01

1 概述

短波發射機主要由射頻系統、冷卻系統、電源系統、控制系統組成。射頻系統是短波發射機的核心，其他系統和部件圍繞著此核心相互關聯，保障射頻系統的正常工作。控制系統擔負著對短波發射機工作狀態的監視、調節、控制和保護等任務。隨著自動化的普及和發展，短波發射機的控制系統已經實現智能化，集信息技術，控制技術和計算機技術于一體，解決了短波發射機工作人員的手工操作，實現了一體化全智能控制。

2 短波發射機的關鍵技術

射頻系統對于短波發射機的技術參數和性能指標起著決定性的作用，短波發射機的射頻系統主要由功率合成器，前級及末級功率放大器，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， 功率放大器的相關參數直接關系到發射機的性能指標。

由于信號傳播距離較遠，造成的衰減非常大，所以輸出的射頻功率一定要足夠大。在短波發射機的前級電路中，調制振蕩電路產生的信號功率很小，經過前級放大，中間級放大，末級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線性放大并發射出去，同時還要提高射頻功率放大器的線性，保證信號不失真，提高頻譜利用率。

在短波發射機中為了濾掉諧波信號，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，發射機需要將大量功放組件的輸出射頻信號進行功率合成，功率合成器的功率容量決定了發射機的輸出功率的能力。同時各路間的幅相一致性要好，才能達到較高的合成效率，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，才能提高輸出負載的阻抗穩定性。

由于電子管和其他大功率元件必須進行冷卻才能工作，還有一些工作溫度很高的元器件為了正常穩定的工作也要進行降溫，所以要采用風冷方式對短波發射機進行冷卻。短波發射機的冷卻系統的可靠性至關重要，直接關系著設備的穩定運行。

一般情況下，短波廣播發射機的運行環境都相對惡劣，有的時候短波發射機會工作在駐波很大的頻率點上，可能會引起電源過負荷，發生這種情況時，電源上的自動保護模塊就會自行啟動來確保開關電源不會因為過負荷導致損壞。此外電源還應具有高效率、低噪聲和電磁兼容性強的技術特性，否則會導致發射機運行過程中的整體性能下降。

3 短波發射機的軟件控制系統

短波發射機的軟件控制系統能夠實現短波發射機的遠程動態監控和故障診斷，及時了解短波發射機的內部工作狀態，在發生故障時能夠準確判斷故障位置，提高設備的智能化控制水平。

短波發射機的軟件控制系統包括四個組成部分：終端信息的采集、頻率調度控制、報警保護和信息服務平臺。每部分都需要智能控制單元的參與完成和實現。由于智能控制單元工作在電磁干擾較為嚴重的環境中，所以在滿足基本功能的前提下，還要考慮提高系統的抗干擾性能。下面介紹一下智能控制單元的構成和軟件設計過程。

3.1 智能控制單元的構成

智能控制單元按照功能分為：主控模塊、控制模塊，人機接口模塊，存儲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。控制模塊主要是對發射機的倒頻以及各路電機位置驅動，調諧點的調節進行控制，接收到命令后按照邏輯產生指令對短波發射機進行倒頻和調諧。控制模塊包括通信模塊、實際位置計數模塊、步進電機控制模塊和電源模塊。通信模塊負責接收嵌入式發送過來的命令，包括電機的實際位置、預置位置和現場所需要的一些控制信號，以及向嵌入式發送電機的實際位置，現場的一些狀態等。采用以太網，USB以及標準RS232接口等通信方式完成控制。實際位置計數模塊通過一系列的脈沖記數，利用方向信號控制計數器的加減，利用脈沖控制計數來達到實際的正確位置。步進電機控制模塊包括步進電機升降速曲線控制邏輯、實際位置和預置位置比較邏輯。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現功能。輸入輸出模塊中的模擬量輸入部分采用了多路模擬開關和AD轉換器，開關量輸入輸出采用了可編程邏輯器件，人機接口模塊采用大屏幕液晶顯示技術，和鍵盤結合使用，具有很好的可操作性。

3.2 智能控制單元的軟件設計

由于各個功能模塊之間的通信不是定時和定長的，所以數據流不是固定不變的，為了保證不出現數據阻塞或者溢出情況，智能控制單元的軟件設計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據放入對應的循環緩沖區中，由主程序解析接收到的數據，這就避免了新接收到的數據覆蓋原有數據造成數據丟失的情況。智能控制單元還要響應報警按鈕按下時的觸發中斷和定時中斷，分別設定中斷優先級，中斷響應級別高的任務優先處理。

4 結語

短波廣播發射機作為廣播系統中不可或缺的組成部分，它的發展對于整個廣播系統的發展具有決定性作用。短波發射機的智能控制系統要融入分布式冗余和多層式控制的設計理念，積極引入現代信息網絡技術，大幅度提升短波發射機的智能化及自動化水平，使短波發射機的運行更加穩定可靠。

參考文獻

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