中波M2W發(fā)射機(jī)載波報(bào)警器工作原理及其應(yīng)用

李志強(qiáng)

（作者單位：天津廣播電視臺(tái)無(wú)線發(fā)射部）

1 載波報(bào)警器的工作原理

1.1 設(shè)計(jì)思路

當(dāng)發(fā)射機(jī)正常工作時(shí)，LED報(bào)警指示燈點(diǎn)亮，表示發(fā)射機(jī)有載波輸出。

當(dāng)發(fā)射機(jī)無(wú)載波輸出時(shí)，LED報(bào)警指示燈熄滅，同時(shí)報(bào)警喇叭發(fā)出報(bào)警聲，約25 s后報(bào)警聲自動(dòng)停止。

當(dāng)發(fā)射機(jī)掉載波后又自動(dòng)恢復(fù)載波輸出，LED指示燈先滅后再次點(diǎn)亮，而報(bào)警聲則延時(shí)25 s后停止。

1.2 載波報(bào)警器的工作原理

圖1 載波報(bào)警器原理圖

圖1中虛線內(nèi)的電路是載波射頻檢測(cè)電路；虛線左側(cè)是載波中斷報(bào)警電路；虛線右側(cè)是報(bào)警聲音延時(shí)電路。下面對(duì)電路重要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理進(jìn)行介紹。

射頻檢測(cè)：關(guān)鍵元件是射頻檢測(cè)模塊，此模塊利用5 V電壓供電，將其置于濾波網(wǎng)絡(luò)機(jī)箱頂部。當(dāng)有載波時(shí)，輸出高電平，無(wú)載波時(shí)，輸出低電平。因此，檢測(cè)正常時(shí)電路中繼電器J1加電，常開(kāi)觸點(diǎn)J1-1導(dǎo)通，使LED報(bào)警燈工作。

無(wú)載波報(bào)警：主要由RS觸發(fā)器構(gòu)成，RS觸發(fā)器選用4011芯片，該芯片為四組兩輸入與非門(mén)CMOS芯片。在實(shí)際電路中1端口為置位端，6端口為復(fù)位端。

RS觸發(fā)器由雙與非門(mén)G1和G2組成，其邏輯圖如圖2所示。圖2中，Q與為芯片最終輸出，二者電平互反。當(dāng)Q=1 時(shí)，=0；反之當(dāng)Q=0 時(shí)，=1，所以稱之為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。端為基準(zhǔn)，當(dāng)=1時(shí)芯片處于高電平，輸出置位；=0時(shí)芯片處于低電平，功能為復(fù)位。D信號(hào)從芯片端輸入。

圖2 RS邏輯圖

基本RS觸發(fā)器的邏輯功能如下。

當(dāng)=1時(shí)，維持初始電平值，若Q=0，則G2與非門(mén)=1，G1雙輸入為1，Q=0，保持初始值。同理Q=1時(shí)，狀態(tài)也不變。

當(dāng)=1，=0，G1輸 出Q=1，G2雙輸入為1，=0，整體輸出為1，此時(shí)芯片置位。

當(dāng)=0，=1，G2存在一路高電平輸入，=1，反饋至G1雙輸入為1，Q=0，此時(shí)，芯片進(jìn)行復(fù)位功能。

=0 時(shí)，=1，無(wú)法穩(wěn)定輸出。

在電路設(shè)計(jì)中，利用其中1A、1B、1Y和2A、2B、2Y兩組與非門(mén)進(jìn)行輸入輸出互鎖實(shí)現(xiàn)功能，在電路中第一組與非門(mén)輸出與第二組輸入連接，第二組輸出與第一組輸入連接。當(dāng)電路檢測(cè)有載波蜂鳴器不報(bào)警，當(dāng)電路加電時(shí)，由于電解電容C2開(kāi)始充電的瞬間正極電勢(shì)低，使觸發(fā)器復(fù)位端（6端口）為低電平，同時(shí)，常閉點(diǎn)J1-2斷開(kāi)，使置位端（1端口）為高電平，觸發(fā)器輸出（3端口）為低電平，在有載波時(shí)為低電平不導(dǎo)通后級(jí)三極管Q1，蜂鳴器回路為斷路，無(wú)報(bào)警音，只要有一個(gè)輸入端為低電平則輸出一定為高電平。因此，4端口輸出高電平與2端口連接，相當(dāng)于第二組輸出反饋給第一組輸入。而通過(guò)與非門(mén)邏輯也可以判斷出兩輸入（1端口和2端口）同時(shí)均為高電平時(shí)，輸出（3端口）一定是低電平。以此邏輯通過(guò)兩組與非門(mén)進(jìn)行互鎖，保證輸出穩(wěn)定低電平，避免受到惡劣場(chǎng)強(qiáng)干擾導(dǎo)致邏輯混亂。當(dāng)載波丟失時(shí)，電磁波檢測(cè)模塊輸出低電平，三極管Q2處于截止區(qū)，繼電器J1供電回路不導(dǎo)通，J1-1不再吸合，LED報(bào)警燈熄滅。同時(shí)，J1-2吸合，C1電容放電使電容兩端電位差一致，將觸發(fā)器置位端（1端口）變?yōu)榈碗娖剑敵觯?端口）為高電平，使報(bào)警喇叭發(fā)出報(bào)警聲。與此同時(shí)，3端口與5端口連接，同理形成輸出為高電平的互鎖狀態(tài)。

報(bào)警聲延時(shí)電路：當(dāng)報(bào)警喇叭開(kāi)始報(bào)警時(shí)，由于RS觸發(fā)器處于互鎖狀態(tài)，如果不進(jìn)行復(fù)位，報(bào)警聲會(huì)持續(xù)不斷發(fā)出聲響，設(shè)計(jì)延時(shí)電路，選用C005系列延時(shí)芯片。

此延時(shí)芯片為5 V供電，而4011芯片為12 V供電。為解決雙電壓?jiǎn)栴}，采用7805降壓元器件，該元件可將12 V電壓轉(zhuǎn)換為5 V輸出。芯片延時(shí)時(shí)間利用外接電阻阻值進(jìn)行調(diào)整，時(shí)間從2s至1000 h可調(diào)。可選擇觸發(fā)定時(shí)和觸發(fā)端接地上電定時(shí)。四個(gè)管腳分別為供電正極和地以及觸發(fā)和輸出端。為減弱環(huán)境中的電磁干擾，避免誤觸發(fā)，我們將觸發(fā)端與地短接。通過(guò)設(shè)置電阻不同阻值來(lái)確定芯片延時(shí)時(shí)間，其中，P1和P2短路可以增加延時(shí)倍數(shù)。根據(jù)芯片延時(shí)時(shí)間參數(shù)表圖，我們選取合適的延時(shí)時(shí)間進(jìn)行觸發(fā)復(fù)位RS觸發(fā)器。P1與P2不連接時(shí)參數(shù)表圖如表2所示。

表2 芯片延時(shí)參數(shù)表

從表2中可以看出，當(dāng)電阻選取75 kΩ時(shí)，在4.5 V電壓可以達(dá)到25 s左右延時(shí)。因此,選取兩個(gè)150 kΩ并聯(lián)接入芯片左側(cè)兩個(gè)圓焊盤(pán)之間。當(dāng)載波正常時(shí)，延時(shí)芯片輸出低電平。當(dāng)載波丟失后，三極管Q1集電極觸發(fā)芯片，復(fù)位延時(shí)電路加電開(kāi)始工作，25 s后輸出高電平，驅(qū)動(dòng)三極管Q3導(dǎo)通，繼電器J2工作，J2-1吸合，使RS觸發(fā)器復(fù)位，4011芯片3端口輸出低電平，報(bào)警聲停止，并使延時(shí)電路的供電中斷，等候下一次觸發(fā)。

1.3 關(guān)鍵元件選擇達(dá)到應(yīng)用中的效果

1.3.1 傳感器的選擇

在進(jìn)行多次試驗(yàn)論證后，最終確定利用電磁波檢測(cè)傳感器對(duì)載波有或無(wú)進(jìn)行判斷。該器件是利用磁敏電阻在外磁場(chǎng)作用時(shí)電阻率的變化按一定規(guī)律將磁場(chǎng)信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)進(jìn)行輸出的裝置。通過(guò)調(diào)整電位器，增加或降低該器件的靈敏度，保證該器件只檢測(cè)當(dāng)前頻點(diǎn)而不會(huì)受到其他頻點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的影響，滿足克服機(jī)房復(fù)雜電磁環(huán)境的需求。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，當(dāng)發(fā)射機(jī)功率趨近于1 kW時(shí)，依然可以通過(guò)調(diào)整磁敏阻值使得檢測(cè)傳感器正常工作。同時(shí)，其測(cè)量范圍在50 Hz～100 MHz，覆蓋中波廣播全頻段，符合中波頻率檢測(cè)要求。

1.3.2 指示燈選擇

經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)對(duì)比，選擇車載爆閃燈作為指示燈使用。高亮度LED發(fā)光管使得在陽(yáng)光直射時(shí)仍然可以確保值班員清楚的根據(jù)指示燈作為判斷依據(jù)。

1.3.3 蜂鳴器選擇

由于設(shè)備機(jī)房與值班監(jiān)控室由玻璃墻阻隔，報(bào)警聲過(guò)小值班員無(wú)法聽(tīng)到。經(jīng)過(guò)研究和實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，人的耳朵可承受的分貝為120 dB左右，95 dB的蜂鳴聲可以穿透發(fā)射機(jī)自身噪音以及隔音玻璃阻擋。因此，選擇一種高分貝報(bào)警器才能滿足特殊環(huán)境的需求，分貝數(shù)控制在95～110 dB。通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較，最終確定利用BJ-1系列蜂鳴器作為報(bào)警提示音。

3 載波報(bào)警器在中波監(jiān)視系統(tǒng)的具體應(yīng)用

3.1 雷電干擾造成的發(fā)射機(jī)功率反射保護(hù)報(bào)警

雷電造成天線參數(shù)發(fā)生變化，天調(diào)網(wǎng)絡(luò)阻抗和駐波比變化，導(dǎo)致發(fā)射機(jī)出現(xiàn)反射功率，M2W發(fā)射機(jī)瞬間保護(hù)關(guān)機(jī)，載波報(bào)警器報(bào)警，值班員做出應(yīng)急操作，多次雷電造成的發(fā)射機(jī)連續(xù)反射，會(huì)使發(fā)射機(jī)降功率，直至自動(dòng)關(guān)機(jī)，值班員根據(jù)載波報(bào)警器的報(bào)警次數(shù)，觀察輸出功率指數(shù)，必要時(shí)手動(dòng)提升功率，確保發(fā)射機(jī)有功率輸出。

3.2 外電閃落造成的發(fā)射機(jī)自動(dòng)關(guān)機(jī)報(bào)警

電源供電系統(tǒng)受外界電網(wǎng)影響因素很大，電網(wǎng)受天氣因素、施工因素影響會(huì)出現(xiàn)電壓波動(dòng)、電源閃斷以及電路切換現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)以上現(xiàn)象時(shí)發(fā)射機(jī)會(huì)保護(hù)關(guān)機(jī)，載波報(bào)警器報(bào)警，值班員需要及時(shí)手動(dòng)開(kāi)啟發(fā)射機(jī)或倒用備機(jī)播出。

3.3 發(fā)射機(jī)自身故障造成的自動(dòng)關(guān)機(jī)報(bào)警

發(fā)射機(jī)本身發(fā)生故障，比如，功放合成器故障，控制管理板卡故障，內(nèi)部聯(lián)鎖保護(hù)失鎖，整流電源故障等，發(fā)射機(jī)會(huì)保護(hù)關(guān)機(jī)，載波報(bào)警器報(bào)警，值班員按照應(yīng)急預(yù)案操作，倒用備機(jī)播出。

3.4 天線原因造成的參數(shù)變化而保護(hù)關(guān)機(jī)報(bào)警

天線參數(shù)發(fā)生變化的因素很多，除雷電天氣以外，帶電云團(tuán)、沙塵暴、大風(fēng)天氣會(huì)使天線拉線間隙打火放電，致使天線參數(shù)變化，發(fā)射機(jī)出現(xiàn)反射功率保護(hù)關(guān)機(jī)，載波報(bào)警器報(bào)警，值班員會(huì)按照應(yīng)急預(yù)案實(shí)施操作。

3.5 天調(diào)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變化造成保護(hù)關(guān)機(jī)的報(bào)警

天調(diào)網(wǎng)絡(luò)元器件故障造成的阻抗發(fā)生變化，駐波比過(guò)大，比如，電容耐壓不夠或擊穿燒毀，電感線圈銅管口徑過(guò)小，電流大發(fā)熱量過(guò)大，電感量發(fā)生變化等，發(fā)射機(jī)出現(xiàn)反射功率保護(hù)關(guān)機(jī)，載波報(bào)警器報(bào)警，值班員根據(jù)報(bào)警信息結(jié)合其他因素分析判斷，做出應(yīng)急處理。

4 結(jié)語(yǔ)

由于設(shè)備機(jī)房與值班監(jiān)控室距離、玻璃墻因素，在未按裝載波報(bào)警器的年代，值班員無(wú)法及時(shí)準(zhǔn)確得知發(fā)射機(jī)的掉載波信息，對(duì)安全播出有很大威脅，自從有了載波報(bào)警器，值班員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)發(fā)射機(jī)掉載波現(xiàn)象，再根據(jù)報(bào)警信息及其他因素進(jìn)行綜合分析判斷，做出應(yīng)急處理，安全播出得到有效保證。