調頻發射機N+1自動切換控制系統設計研究

摘要：為確保廣播電視節目安全播出和后續業務可持續，本文設計了一套10kW調頻發射機8+1自動切換控制系統方案。借助該系統，對于不同發射機的相關工作參數，可以實現實時自動檢測；對于出現故障的發射機，可以做快速、自動關閉處理，并完成倒機操作。實踐表明，如果某臺發射機出現故障，該系統能夠在較短時間內切換到備用發射機工作，并保證發射信號正常播出。

關鍵詞：調頻發射機；系統控制器；N+1自動切換控制系統；系統設計

一、調頻發射機概述

如今，人們的生活水平不斷提升，對各種廣播電視節目的需求也日漸增加，但也對廣播電視臺的日常工作提出了較高的要求。為了確保各種類型節目及時、高質量播出，滿足人們的日常文化、娛樂等方面的需求，廣播電視臺傳輸發射中心要不斷提高自身的工作水平。對于不同的廣播電視臺而言，為了保障日常工作的正常開展，確保節目播出質量，往往會采用“主機+備機”的工作模式。在這種工作模式下，主機和備機之間可以根據廣播電視臺的工作需求，進行一定的自動切換控制。但是在日常工作中，電視臺經常需要轉播多套調頻節目。如果在轉播每套節目時都選擇采用“主機+備機”的工作模式，便會導致備機閑置。在很多情況下，備機并沒有得到很好的利用，由此出現資源浪費問題，同時會增加工作量，影響工作效率。新時期，應積極立足廣播電視臺傳輸發射中心的實際情況及日常工作需求，積極設計高效、合理的自動切換控制系統。本研究立足當前廣播電視臺傳輸發射工作的實際情況和相關需求，設計了一套10kW調頻發射機 8+1自動切換控制系統方案。

二、調頻發射機N+1自動切換控制系統設計

（一）系統總體設計

在系統設計過程中，設計人員需要充分考慮當前電視廣播工作的實際情況，綜合考慮整個系統覆蓋功率密度大，涉及的發射機數量較多，舊設備和現有新設備系統控制方式不一樣等問題。

對于一些舊設備，還需要及時進行最新的系統控制器硬件和軟件升級。同時，新發射系統不影響原有發射機系統正常按時播出。綜合分析多方面的現實情況，在本研究中，該系統中共包含8臺調頻發射機，并設計了1臺寬帶調頻發射機為其充當備份。

如果在實際應用過程中，8 臺發射機中的某 1 臺發射機發生故障無法正常工作的情況下，該寬帶調頻發射機可以及時發揮備份作用。之后，8+1系統控制器可以迅速做出反應，盡快發出具體指令，對發生故障的調頻發射機予以關閉處理。同時，系統控制器還可以啟動備用發射機，以代替出現故障的調頻發射機，保證廣播電視節目正常播出。

（二）系統框架構建

10kW調頻發射機（主機，8臺）。工作頻率范圍

87 MHz～108 MHz，均為雙激勵配置，可實現主、備激勵器之間人工或自動切換。

10kW公共備機（備機，1臺）。工作頻率范圍為

87 MHz～108 MHz，屬于寬帶發射機，可接收8+1系統控制器所發送的指令。同時，在某臺調頻發射機出現的故障時，可以進行變頻，按照實際情況變頻至任意一個頻點進行工作，代替該發射機維持正常的工作狀態。

1. 假負載（1臺）

在正常情況下，公共備機是連接在假負載上的。如果10 kW調頻發射機（主機）出于一定原因發生故障，系統控制器便會發出關閉主機的指令，之后對主機的輸出實現快速切換，將其輸出切換到假負載上。

2. 同軸開關（8只）

借助該開關，可以為系統中的主發射機及備發射機提供一些相關的狀態信息。同時，在應用該開關的過程中，為順利接收控制系統發出的各種指令，還需要具備一定的遙控功能。

3. 八切一音頻切換器（1臺）

在系統設計的過程中，八切一音頻切換器的主要作用是對輸入備機中的信號源進行切換。在完成切換之后，還可以將相應的信息源設置在公共備機中。

（三）N+1系統控制器

1.N+1系統控制器組成

在系統設計過程中，設計調頻10kW主機8臺、調頻10kW備機1臺，以實現主機有故障的狀態下自動切換到備機工作。在整個系統中，8+1系統控制器（圖1）是十分重要的組成部分，發揮著重要的控制作用。系統控制器可以及時檢測故障發射機，準確執行主備倒機步驟。另外，系統控制器還可以在故障發射機完成修復之后，將其恢復至原來狀態。系統控制器配合同軸開關、音頻切換器等設備，組成一個無人值守的發射機8+1自動切換系統。該設備可用于調頻廣播發射機主備機切換，也可以用于電視發射機主備機切換。兩臺控制器級聯，可實現8+1主備機自動切換。

在正常狀況下，8+1系統控制器可以對整個系統中的8臺10 kW發射機輸出功率進行實時收集，通過對相關數據的分析，掌握這些發射機的工作情況，判斷其是否處于正常工作狀態。在對其中某一臺發射機是否出現故障進行判斷時，需要實施倒機操作。在判斷是否存在故障時，需要8+1系統控制器發出相應的指令，在指令的指引下，對后續倒機步驟予以執行。同時，對于不同發射機工作狀態的相關信息，8+1系統控制器還可以及時將其傳送至客戶端。借助客戶端，工作人員可以在控制室及時掌握不同發射機的工作情況，了解并監控機房各種設備的工作情況及運行狀態。具體來看，8+1系統控制器主要由總 CPU、分CPU、液晶屏、碼流切換器及指示燈與聲光報警等部分組成，組成部分及相關功能見表1。

2.系統控制器工作流程

系統控制器在工作過程中涉及一定的流程，主要包括初始化與倒機前、倒機中、倒機后等環節。

（1）初始化。在8+1系統控制器通電之后，首先對系統實施初始化設置。在初始化設置過程中，需要將相關參數進行合理的設置，包括倒機優先級及倒機門限值等，均需要工作人員按照廣播電視臺傳輸發射中心的日常工作需求進行相應的設置。同時，對于公共備機上濾波器及同軸開關的具體位置，也需要借助系統控制器內的總CPU實施初始化設置，以維持掉電之前的相應位置。

（2）倒機前。在完成初始化相關操作之后，8+1系統控制器會向系統8臺發射機所對應的分 CPU發送一定的指令，相應的指令屬于數據查詢指令。查詢的內容包括各發射機當前狀態及各項參數（發射功率、電流、電壓等），發送速度為2秒/次。之后，對比分析相關的數據信息，進而對不同調頻發射機的工作情況進行分析和判斷，了解其是否出現故障。

（3）倒機中。系統控制器在工作過程中，總CPU會向分CPU發送主機關機指令。延時25s之后，系統控制器可以獲得反饋數據，并通過對反饋數據的分析，對主機關機情況進行判斷，確定其是否關機成功。如果通過對反饋數據的分析了解到主機未按照指令成功關機，則總CPU會將倒機故障燈點亮，并停止倒機操作。之后，總CPU會對低電平進行發送，使繼電器動作輸出12V，將故障主機接負載，備機接天線。3s后，總CPU會通過兩路電平對轉換情況進行檢測，檢測其是否轉換到位。在轉換到位之后，總 CPU 發送三路電平，3個繼電器會相應輸出切換信號。這種情況下，碼流切換器的輸出便是故障機的信源，公共備機的濾波器也會對相應的位置予以變換。總 CPU 向公共備機的激勵器下發命令，指令其對頻率進行設置。如果總 CPU 下發的設置命令被備機中的激勵器接收之后，備機中的激勵器會進行校驗，并按照指令對工作模式進行設置。如果若上述過程均保持正常的運行狀態，則總 CPU會向分CPU 發送指令，指令備機開機。之后，延時25s之后，總 CPU會通過備機數據報對備機的開機情況進行分析和判斷，判斷其是否開機成功。如果判斷后確定其成功開機，總 CPU 便會將倒機成功的消息上傳至客戶端。如果判斷后確定其開機失敗，總 CPU 便會對碼流、濾波器進行切換，將其切換到缺省位置上。同時，總 CPU會對激勵器的工作模式進行切換，將其設定為缺省模式，并還原同軸開關的位置。

（4）倒機后。在成功倒機之后，如果技術人員已維修完畢故障發射機，欲將故障發射機重新使用，則可通過手動或遙控方式將備機倒回主機，具體流程為主機倒備機的逆過程。

（四）系統應用效果

按照上述系統設計方案，對所設計的系統進行實踐應用。觀察應用效果后發現，在實際工作中，如果某臺調頻發射機發生了故障，均可以依托該系統，在較短的時間內切換到備用發射機工作。相關測試結果顯示，應用該系統之后，發射機的故障檢測響應時間均不大于3s，主備倒機完成時間均不大于30s，8臺發射機均可以實現主機有故障切換到備機的倒機工作，并保證發射信號正常播出。

三、結語

綜上所述，本研究立足廣播電視臺傳輸發射中心的實際情況，為確保節目安全播出和后續業務的延續性，設計了一套10kW調頻發射機 8+1自動切換控制系統方案。該系統具有以下特點：對于系統中不同發射機的相關工作參數，可以實現實時自動檢測；對于出現故障的發射機，可以快速、自動對其進行關閉處理，并完成倒機操作；系統的工作模式可以按照需求進行切換，如工作人員可以借助客戶端按照實際需求將工作模式切換為遙控或者自動、手動狀態；故障檢測響應迅速，主備倒機完成時間較短。同時，通過實踐應用觀察到，在該系統的應用過程中，如果某臺發射機出現故障，該系統均能夠在較短時間內切換到備用發射機工作。因此，該系統穩定可靠，能夠為調頻廣播安全播出提供有力的技術保障。

參考文獻：

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作者簡介：程騫，男，遼寧省錦州市北鎮人，本科，工程師，研究方向為廣播電視無線傳輸與覆蓋。