中波M2W發射機載波報警器工作原理及其應用

李志強

（作者單位：天津廣播電視臺無線發射部）

1 載波報警器的工作原理

1.1 設計思路

當發射機正常工作時，LED報警指示燈點亮，表示發射機有載波輸出。

當發射機無載波輸出時，LED報警指示燈熄滅，同時報警喇叭發出報警聲，約25 s后報警聲自動停止。

當發射機掉載波后又自動恢復載波輸出，LED指示燈先滅后再次點亮，而報警聲則延時25 s后停止。

1.2 載波報警器的工作原理

圖1 載波報警器原理圖

圖1中虛線內的電路是載波射頻檢測電路；虛線左側是載波中斷報警電路；虛線右側是報警聲音延時電路。下面對電路重要結構設計原理進行介紹。

射頻檢測：關鍵元件是射頻檢測模塊，此模塊利用5 V電壓供電，將其置于濾波網絡機箱頂部。當有載波時，輸出高電平，無載波時，輸出低電平。因此，檢測正常時電路中繼電器J1加電，常開觸點J1-1導通，使LED報警燈工作。

無載波報警：主要由RS觸發器構成，RS觸發器選用4011芯片，該芯片為四組兩輸入與非門CMOS芯片。在實際電路中1端口為置位端，6端口為復位端。

RS觸發器由雙與非門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Q=1 時，=0；反之當Q=0 時，=1，所以稱之為雙穩態觸發器。端為基準，當=1時芯片處于高電平，輸出置位；=0時芯片處于低電平，功能為復位。D信號從芯片端輸入。

圖2 RS邏輯圖

基本RS觸發器的邏輯功能如下。

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

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

當=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，芯片進行復位功能。

=0 時，=1，無法穩定輸出。

在電路設計中，利用其中1A、1B、1Y和2A、2B、2Y兩組與非門進行輸入輸出互鎖實現功能，在電路中第一組與非門輸出與第二組輸入連接，第二組輸出與第一組輸入連接。當電路檢測有載波蜂鳴器不報警，當電路加電時，由于電解電容C2開始充電的瞬間正極電勢低，使觸發器復位端（6端口）為低電平，同時，常閉點J1-2斷開，使置位端（1端口）為高電平，觸發器輸出（3端口）為低電平，在有載波時為低電平不導通后級三極管Q1，蜂鳴器回路為斷路，無報警音，只要有一個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，相當于第二組輸出反饋給第一組輸入。而通過與非門邏輯也可以判斷出兩輸入（1端口和2端口）同時均為高電平時，輸出（3端口）一定是低電平。以此邏輯通過兩組與非門進行互鎖，保證輸出穩定低電平，避免受到惡劣場強干擾導致邏輯混亂。當載波丟失時，電磁波檢測模塊輸出低電平，三極管Q2處于截止區，繼電器J1供電回路不導通，J1-1不再吸合，LED報警燈熄滅。同時，J1-2吸合，C1電容放電使電容兩端電位差一致，將觸發器置位端（1端口）變為低電平，輸出（3端口）為高電平，使報警喇叭發出報警聲。與此同時，3端口與5端口連接，同理形成輸出為高電平的互鎖狀態。

報警聲延時電路：當報警喇叭開始報警時，由于RS觸發器處于互鎖狀態，如果不進行復位，報警聲會持續不斷發出聲響，設計延時電路，選用C005系列延時芯片。

此延時芯片為5 V供電，而4011芯片為12 V供電。為解決雙電壓問題，采用7805降壓元器件，該元件可將12 V電壓轉換為5 V輸出。芯片延時時間利用外接電阻阻值進行調整，時間從2s至1000 h可調。可選擇觸發定時和觸發端接地上電定時。四個管腳分別為供電正極和地以及觸發和輸出端。為減弱環境中的電磁干擾，避免誤觸發，我們將觸發端與地短接。通過設置電阻不同阻值來確定芯片延時時間，其中，P1和P2短路可以增加延時倍數。根據芯片延時時間參數表圖，我們選取合適的延時時間進行觸發復位RS觸發器。P1與P2不連接時參數表圖如表2所示。

表2 芯片延時參數表

從表2中可以看出，當電阻選取75 kΩ時，在4.5 V電壓可以達到25 s左右延時。因此,選取兩個150 kΩ并聯接入芯片左側兩個圓焊盤之間。當載波正常時，延時芯片輸出低電平。當載波丟失后，三極管Q1集電極觸發芯片，復位延時電路加電開始工作，25 s后輸出高電平，驅動三極管Q3導通，繼電器J2工作，J2-1吸合，使RS觸發器復位，4011芯片3端口輸出低電平，報警聲停止，并使延時電路的供電中斷，等候下一次觸發。

1.3 關鍵元件選擇達到應用中的效果

1.3.1 傳感器的選擇

在進行多次試驗論證后，最終確定利用電磁波檢測傳感器對載波有或無進行判斷。該器件是利用磁敏電阻在外磁場作用時電阻率的變化按一定規律將磁場信息轉換成電信號進行輸出的裝置。通過調整電位器，增加或降低該器件的靈敏度，保證該器件只檢測當前頻點而不會受到其他頻點場強的影響，滿足克服機房復雜電磁環境的需求。通過實驗測試，當發射機功率趨近于1 kW時，依然可以通過調整磁敏阻值使得檢測傳感器正常工作。同時，其測量范圍在50 Hz～100 MHz，覆蓋中波廣播全頻段，符合中波頻率檢測要求。

1.3.2 指示燈選擇

經過多次實驗對比，選擇車載爆閃燈作為指示燈使用。高亮度LED發光管使得在陽光直射時仍然可以確保值班員清楚的根據指示燈作為判斷依據。

1.3.3 蜂鳴器選擇

由于設備機房與值班監控室由玻璃墻阻隔，報警聲過小值班員無法聽到。經過研究和實踐發現，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射機自身噪音以及隔音玻璃阻擋。因此，選擇一種高分貝報警器才能滿足特殊環境的需求，分貝數控制在95～110 dB。通過實驗比較，最終確定利用BJ-1系列蜂鳴器作為報警提示音。

3 載波報警器在中波監視系統的具體應用

3.1 雷電干擾造成的發射機功率反射保護報警

雷電造成天線參數發生變化，天調網絡阻抗和駐波比變化，導致發射機出現反射功率，M2W發射機瞬間保護關機，載波報警器報警，值班員做出應急操作，多次雷電造成的發射機連續反射，會使發射機降功率，直至自動關機，值班員根據載波報警器的報警次數，觀察輸出功率指數，必要時手動提升功率，確保發射機有功率輸出。

3.2 外電閃落造成的發射機自動關機報警

電源供電系統受外界電網影響因素很大，電網受天氣因素、施工因素影響會出現電壓波動、電源閃斷以及電路切換現象，當出現以上現象時發射機會保護關機，載波報警器報警，值班員需要及時手動開啟發射機或倒用備機播出。

3.3 發射機自身故障造成的自動關機報警

發射機本身發生故障，比如，功放合成器故障，控制管理板卡故障，內部聯鎖保護失鎖，整流電源故障等，發射機會保護關機，載波報警器報警，值班員按照應急預案操作，倒用備機播出。

3.4 天線原因造成的參數變化而保護關機報警

天線參數發生變化的因素很多，除雷電天氣以外，帶電云團、沙塵暴、大風天氣會使天線拉線間隙打火放電，致使天線參數變化，發射機出現反射功率保護關機，載波報警器報警，值班員會按照應急預案實施操作。

3.5 天調網絡參數變化造成保護關機的報警

天調網絡元器件故障造成的阻抗發生變化，駐波比過大，比如，電容耐壓不夠或擊穿燒毀，電感線圈銅管口徑過小，電流大發熱量過大，電感量發生變化等，發射機出現反射功率保護關機，載波報警器報警，值班員根據報警信息結合其他因素分析判斷，做出應急處理。

4 結語

由于設備機房與值班監控室距離、玻璃墻因素，在未按裝載波報警器的年代，值班員無法及時準確得知發射機的掉載波信息，對安全播出有很大威脅，自從有了載波報警器，值班員能夠及時發現發射機掉載波現象，再根據報警信息及其他因素進行綜合分析判斷，做出應急處理，安全播出得到有效保證。