全兼容列車影視放大器研發(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，對列車設(shè)備穩(wěn)定性和兼容性提出了更高的要求。對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營的BSP青藏客車影視系統(tǒng)鏈路中，放大器不具備雙向傳輸?shù)哪芰ΑＳ捎诜糯笃鞣勰晗抟丫茫瑹o法滿足列車復(fù)雜的信號傳輸，為適應(yīng)青藏公司運營需求，需要將國產(chǎn)青藏車和BSP產(chǎn)青藏車進行混編，因而導(dǎo)致影視系統(tǒng)無法兼容。針對以上市場調(diào)研和分析得出的問題，我們研發(fā)一款新型列車放大器，該放大器具備雙向放大傳輸?shù)墓δ埽邆涠丝谇袚Q能力，信號增益大大提高。新型放大器內(nèi)部設(shè)定有頻道識別電路，完全兼容國產(chǎn)青藏車的影視系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：青藏鐵路；放大器；增益

青藏公司由于運營需求，常常將國產(chǎn)青藏車和BSP產(chǎn)青藏車混編。由于不是一個廠家生產(chǎn)的列車，生產(chǎn)年限不一，導(dǎo)致了車載影視系統(tǒng)工作異常。國產(chǎn)青藏車影視系統(tǒng)架構(gòu)是由服務(wù)器、調(diào)制器、混頻器、放大器、分配器和電視機組成。放大器具備雙向切換能力，且對于影視信號有頻道識別功能。而BSP產(chǎn)青藏車影視系統(tǒng)架構(gòu)和國產(chǎn)車相似，但放大器不具備端口切換能力。放大器增益弱，更沒有頻道識別功能，因此無法滿足與國產(chǎn)車混編且正常使用的需求。為此我們經(jīng)過長期的現(xiàn)場調(diào)研和總結(jié)，研發(fā)出一款新型的放大器，來滿足青藏公司混編列車運營的需求。全新研發(fā)的放大器將替代BSP青藏車原有的放大器，在滿足影視系統(tǒng)信號放大的基礎(chǔ)上，提供調(diào)試方便，雙向放大，端口切換和頻道識別功能。放大器上提供信號通路指示燈。如果信號傳輸?shù)侥硞€環(huán)節(jié)出現(xiàn)信號丟失現(xiàn)象，則可以通過判斷放大器兩路信號指示燈來查找問題。這樣一來，極大方便了列車維護人員。從一定程度來講，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題，也大大節(jié)省人力，從根本上優(yōu)化生產(chǎn)，節(jié)約客戶的開支。

1 全兼容列車影視放大器設(shè)計要點

FDRF110VDC犁放大器是根據(jù)客戶提出的需求，結(jié)合當前國產(chǎn)青藏車影視系統(tǒng)放大器的調(diào)制方式研發(fā)出的新型全兼容列車放大器。該放大器設(shè)計雙向端口有4個，一個本車輸出端口，和原車布線規(guī)則相同，允許在不重新布線的情況下進行安裝。體積進一步縮小至17cm×35cm×6cm。相比之前放大器要小很多，因此安裝空問也沒問題。見圖1。

2 全兼容列車影視放大器設(shè)計過程

2.1 全兼容列車影視放大器主板設(shè)計

新型全兼容放大器的設(shè)計主要由四部分構(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，主要是實現(xiàn)功能為主。對于前期采集的信息來說，我們設(shè)計的放大器總體架構(gòu)如圖2。

使用的是四個雙向端口經(jīng)過通道切換開關(guān)，分別輸入到衰減器、平衡器、功率放大器進行信號的放大。另外一路信號經(jīng)過濾波器進入到放大器核心電路，信號進行復(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關(guān)，這樣便形成一種閉環(huán)控制系統(tǒng)。小信號處理電路對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

衰減及平衡電路采用典型系統(tǒng)方案，LC電路使用的是國外知名企業(yè)的器件，混頻器采用的國內(nèi)知名企業(yè)三端電感器。在使用網(wǎng)絡(luò)分析儀測試過程中，性能完全滿足設(shè)計方案的要求。見圖3。

2.1.2通帶電路設(shè)計

通帶電路使用安捷倫公司設(shè)計的先進系統(tǒng)設(shè)計及仿真軟件ADS，加入三維電磁仿真，見圖4。使用切比雪夫帶通濾波器。切比雪夫濾波器具有帶內(nèi)微波動，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

列車控制柜是電磁環(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，阻礙高頻雜波串擾。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DCDC電源模塊，為整個放大器提供穩(wěn)定可靠的電源。見圖6。

2.1.4 信號處理電路

信號處理電路關(guān)系到放大器工作狀態(tài)，直接影響放大器對信號采集和判斷。而且信號為高頻小信號，必須經(jīng)過特殊變換之后才可以進行處理。信號處理電路使用LNA電路，低噪聲高頻放大器首先將選取的信號進行放大，檢波之后進行積分，然后送入運算放大器，進行直流電壓放大和比較。見圖7。

2.1.5電源及穩(wěn)壓電路

列車控制柜采用的直流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)。見圖8。

2.1.6主板

見圖9。

2.2機械結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.1外殼

為了達到高度兼容，尺寸問題非常重要。本次研發(fā)過程中，我們使用TEA-005C小型外殼，進行機械加工、鉆孔、攻絲、銑面、噴砂等處理。見圖10。

2.2.2射頻輸出端子

同樣為了體現(xiàn)全兼容性，將采用與國產(chǎn)青藏車影視系統(tǒng)相同的射頻端口，型號為J283（英制）。見圖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)場調(diào)試與施工。見圖12、圖13。

2.2.4組裝

見圖14。

2.3性能試驗

2.3.1振動試驗

結(jié)論：穩(wěn)定可靠。見圖15。

2.3.2電源老化試驗

結(jié)論：合格。見圖16。

2.3.3帶內(nèi)平坦試驗

掃頻帶寬50-500MHz，輸入功率2dBm，帶內(nèi)<=3dB。

結(jié)論：合格。見圖17。

2.3.4通入頻道信息測試場強

如圖18中，場強測試為112.7dBuV。根據(jù)根據(jù)國家有線電視標準每個電視終端信號增益應(yīng)達到55-75dBuV即可。同時再加入分配器的時候，信號衰減度滿足要求。

結(jié)論：信號強度合格。

2.4全兼容列車放大器指標

見圖19。

3 總體分析

3.1功能與指標

根據(jù)《GY/T 198-2003有線數(shù)字電視廣播QAM調(diào)制器技術(shù)要求和測量方法》，我們以《GY/T 195-2003有線電視系統(tǒng)雙向用戶端口技術(shù)要求和測量方法》為依據(jù)，測量全兼容列車放大器各項功能與指標滿足方案要求。具體測試數(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，進行生產(chǎn)。機械結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)試安裝方便快捷。

4 總結(jié)

本文主要是對全兼容列車放大器的研發(fā)、設(shè)計目的與過程進行分析。前期我們針對客戶提出的問題進行調(diào)研，組織技術(shù)人員進行分析方案和論證，最終確定全兼容列車放大器的基本功能。后期研發(fā)過程中，加入相應(yīng)的優(yōu)化電路，并且對試驗成品進行電源效率、功率、帶內(nèi)平坦等一系列指標進行測試。最終產(chǎn)品順利通過。

產(chǎn)品研發(fā)成型后，在BSP青藏客車上裝車試驗。并且與國產(chǎn)車進行混編統(tǒng)一調(diào)試，編組內(nèi)列車的影視系統(tǒng)達到了相互兼容，且完好地傳輸影視系統(tǒng)信號。由此全兼容列車放大器的設(shè)計研發(fā)完全達到預(yù)期的功能與指標。全兼容列車放大器將在青藏客車試點成功后，繼續(xù)推向其他類型的列車。此次設(shè)計研發(fā)的全兼容放大器切實解決了青藏公司BSP產(chǎn)青藏客車與國產(chǎn)青藏客車影視系統(tǒng)互不兼容等問題。在國產(chǎn)列車設(shè)備研發(fā)與生產(chǎn)的臺階上，我們又進了一步。