短波发射机关键技术与软件控制系统研究

王江前

摘要：短波发射机是用于发射短波波段无线电信号的设备，随着计算机和自动化技术在广播电视领域的广泛应用，目前的短波发射机已经实现了自动化控制，使得短波发射机的性能及功能获得了大幅度提升。本文分析了短波发射机的关键技术和智能控制系统的实现过程，解决了短波发射机工作人员的手工操作，实现了一体化全智能控制。

关键词：短波发射机 射频 功率放大器 智能控制

中图分类号：TN838 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）08-0131-01

1 概述

短波发射机主要由射频系统、冷却系统、电源系统、控制系统组成。射频系统是短波发射机的核心，其他系统和部件围绕着此核心相互关联，保障射频系统的正常工作。控制系统担负着对短波发射机工作状态的监视、调节、控制和保护等任务。随着自动化的普及和发展，短波发射机的控制系统已经实现智能化，集信息技术，控制技术和计算机技术于一体，解决了短波发射机工作人员的手工操作，实现了一体化全智能控制。

2 短波发射机的关键技术

射频系统对于短波发射机的技术参数和性能指标起着决定性的作用，短波发射机的射频系统主要由功率合成器，前级及末级功率放大器，中间功率放大器组件，功率耦合器，低通滤波器组成。其中的核心部件是功率放大器和功率合成器以及低通滤波器， 功率放大器的相关参数直接关系到发射机的性能指标。

由于信号传播距离较远，造成的衰减非常大，所以输出的射频功率一定要足够大。在短波发射机的前级电路中，调制振荡电路产生的信号功率很小，经过前级放大，中间级放大，末级放大到一定的射频输出功率后，馈送到天线上再辐射出去。射频功率放大器完成的主要功能就是把射频信号线性放大并发射出去，同时还要提高射频功率放大器的线性，保证信号不失真，提高频谱利用率。

在短波发射机中为了滤掉谐波信号，需要采用低通滤波器。主要就是采用分立的电感和电容元件来组建LC滤波器。

为了获得非常高的射频输出功率，发射机需要将大量功放组件的输出射频信号进行功率合成，功率合成器的功率容量决定了发射机的输出功率的能力。同时各路间的幅相一致性要好，才能达到较高的合成效率，各端口间要有隔离，保证互不干扰，合成功率容量要能够满足大功率的需要，可靠性要高。此外功率合成器还要有低的驻波比和宽带宽，才能提高输出负载的阻抗稳定性。

由于电子管和其他大功率元件必须进行冷却才能工作，还有一些工作温度很高的元器件为了正常稳定的工作也要进行降温，所以要采用风冷方式对短波发射机进行冷却。短波发射机的冷却系统的可靠性至关重要，直接关系着设备的稳定运行。

一般情况下，短波广播发射机的运行环境都相对恶劣，有的时候短波发射机会工作在驻波很大的频率点上，可能会引起电源过负荷，发生这种情况时，电源上的自动保护模块就会自行启动来确保开关电源不会因为过负荷导致损坏。此外电源还应具有高效率、低噪声和电磁兼容性强的技术特性，否则会导致发射机运行过程中的整体性能下降。

3 短波发射机的软件控制系统

短波发射机的软件控制系统能够实现短波发射机的远程动态监控和故障诊断，及时了解短波发射机的内部工作状态，在发生故障时能够准确判断故障位置，提高设备的智能化控制水平。

短波发射机的软件控制系统包括四个组成部分：终端信息的采集、频率调度控制、报警保护和信息服务平台。每部分都需要智能控制单元的参与完成和实现。由于智能控制单元工作在电磁干扰较为严重的环境中，所以在满足基本功能的前提下，还要考虑提高系统的抗干扰性能。下面介绍一下智能控制单元的构成和软件设计过程。

3.1 智能控制单元的构成

智能控制单元按照功能分为：主控模块、控制模块，人机接口模块，存储模块和输入输出模块。主控模块大都采用32位的微处理器芯片，具有低功耗，主频高，接口丰富，外部资源多的特点。控制模块主要是对发射机的倒频以及各路电机位置驱动，调谐点的调节进行控制，接收到命令后按照逻辑产生指令对短波发射机进行倒频和调谐。控制模块包括通信模块、实际位置计数模块、步进电机控制模块和电源模块。通信模块负责接收嵌入式发送过来的命令，包括电机的实际位置、预置位置和现场所需要的一些控制信号，以及向嵌入式发送电机的实际位置，现场的一些状态等。采用以太网，USB以及标准RS232接口等通信方式完成控制。实际位置计数模块通过一系列的脉冲记数，利用方向信号控制计数器的加减，利用脉冲控制计数来达到实际的正确位置。步进电机控制模块包括步进电机升降速曲线控制逻辑、实际位置和预置位置比较逻辑。电源模块采用具备输入电压范围宽，输出功率大，电磁干扰小的特性的电源来实现功能。输入输出模块中的模拟量输入部分采用了多路模拟开关和AD转换器，开关量输入输出采用了可编程逻辑器件，人机接口模块采用大屏幕液晶显示技术，和键盘结合使用，具有很好的可操作性。

3.2 智能控制单元的软件设计

由于各个功能模块之间的通信不是定时和定长的，所以数据流不是固定不变的，为了保证不出现数据阻塞或者溢出情况，智能控制单元的软件设计不采用普通查询式接收而是采用中断方式接收，也就是把接收到的数据放入对应的循环缓冲区中，由主程序解析接收到的数据，这就避免了新接收到的数据覆盖原有数据造成数据丢失的情况。智能控制单元还要响应报警按钮按下时的触发中断和定时中断，分别设定中断优先级，中断响应级别高的任务优先处理。

4 结语

短波广播发射机作为广播系统中不可或缺的组成部分，它的发展对于整个广播系统的发展具有决定性作用。短波发射机的智能控制系统要融入分布式冗余和多层式控制的设计理念，积极引入现代信息网络技术，大幅度提升短波发射机的智能化及自动化水平，使短波发射机的运行更加稳定可靠。

参考文献

[1]刘斌，陈鹏涛.基于射频数字化的中短波广播监测系统探究[J].广播与电视技术，2014.（12）.

[2]张传明.浅析广播发射机的相关技术及发展趋势[J].中国新技术新产品，2013（9）.