新型天线控制系统在短波发射机中的应用

莫 磊

（国家新闻出版广电总局二○二三台）

摘 要：本文介绍了安装有同轴开关矩阵、偏向场地开关和程式场地开关的新型天线控制系统在短波发射机中的基本应用方法，希望通过介绍能给广播电台同行带来一些帮助。

关键词：发射机自动化 天线控制系统 同轴开关矩阵

1 新型天线控制系统简介

本文所介绍的以同轴开关矩阵为核心的天线控制系统是与6部短波发射机、10 副天线、1 部假负载相连接的系统，它采用 75Ω同轴开关组成 6×11 室内开关矩阵。平衡/不平衡转换器安装在同轴开关矩阵之后，平转输出经室外 1×3 偏向开关接 HR2/2/0.5 天线或经程式开关接 HR4/4/0.5 天线。发射机射频输出经过同轴开关矩阵，经平转到室外开关矩阵再到天线。同轴开关交换矩阵用于切换发射机射频输出信号到指定的平衡转换器（上指定的天线或假负载）。室外交换开关有两种：程式开关和 1X3 偏向开关，程式开关用于切换天线4X4程式或2X2程式，偏向开关用于切换天线方向。2 天线交换控制系统 天线交换控制系统由开关控制系统和平转控制系统组成，开关控制系统具有自动、手动干预及手动应急控制，平转控制系统是由继电器接点组成的逻辑矩阵。开关控制系统由下位机 PLC(可编程序控制器)作为核心控制器，采集开关状态，发射机高压状态及假负载连锁状态，并接受面板操作信号或工控机指令对射频开关进行操作，以实现发射机输出信号到指定的天线或假负载。开关自动控制系统硬件部分包括天线控制机柜和一台工控机，软件部分包括了安装于下位机 PLC 中的控制软件和安装于工控机的人机交互软件。上位机（工控机）上开发了友好的人机界面，与下位机（PLC）进行串口通讯，实现天线交换的自动控制。在自动控制界面上显示了发射机上天线情况及报警信息，另外还具有用户管理，运行时刻表管理，操作日志，故障日志，临时播音，时间校正等功能，自动控制界面图如图1。

图1 自动控制界面图

平转控制矩阵实现不同发射机马达板到10部平衡/不平衡转换器之间信号通路的切换，由继电器接点组成等同于射频开关矩阵的逻辑矩阵，并由射频开关的到位信号控制。

3 天线控制柜

天线控制柜由两个标准机柜组成，包括了 PLC、同轴开关控制、室外偏向开关控制、 室外程式开关控制、平转矩阵、面板显示和面板控制。1#柜有电源供电，PLC控制，开关状态及发射机高压状态的面板显示及同轴开关控制电路。2#柜有平转矩阵，手动控制面板，连锁控制，室外1X3偏向开关及程式开关控制电路。3.1 开关控制 1#柜面板显示了各个射频开关的位置状态和发射机的高压状态，室内同轴开关的A位置表示同轴开关处于垂直位置，B位置表示同轴开关处于水平位置。面板显示如图2。

图2 面板显示图

同轴开关控制由1#柜1A板（PF3.620.6015）控制，每个控制板控制6个同轴开关，共由11块电路板组成，控制6×11同轴开关交换矩阵，1A板的基本原理如图3。开关的电机供电由 1#柜后门打开面对的挂板上的交流接触器供给。

图3 同轴开关原理图

2#柜面板上有对单个开关的控制旋钮，当系统工作于自动模式下时，所有波段开关打在自动位置。室外交换开关有两种：程式开关和1X3偏向开关，程式开关用于切换天线程式，偏向开关用于切换天线方向。程式开关由三个三位置开关组成，如图4所示，当三个开关同时处于2位置时，天线处于HR4/4程式，当1#开关和2#开关同时处于1位置（或1#开关和3#开关同时处于3位置）时，天线处于HR2/2 程式。

图4 程式开关 图5 偏向开关

偏向开关用于改变天线方向，如图5所示，当开关处于2位置时，天线方向为主向，当开关处于1位置或3位置时，天线方向会减小或增大角度。室外交换开关的控制由安装在2#柜的2A板实现，程式开关由2A1,2A2,2A5,2A6（ PF3.620.6017 ）四块电路板控制4组程式开关。偏向开关由2A3,2A4,2A7（PF3.620.6016）三块电路板控制6个偏向开关，室外开关控制原理图如图6、图7。

图6 程式开关控制原理图

图7 偏向开关控制原理图

3.2 平转控制交换矩阵

平转控制交换矩阵用于切换指定的发射机平转控制信号（电机电源、电机到位信号等）到指定的平衡转换器。平转控制交换矩阵由2#柜的10个5A板组成，平转交换矩阵与同轴开关矩阵相同，由继电器接点组成矩阵，继电器控制信号来自同轴开关到位信号。

3.2.1 平转控制信号交换矩阵的实现

平转矩阵采用继电器接点组合成与射频开关相同的平转信号矩阵，射频开关到位的同时控制继电器接点到位，以保证射频信号与平转信号同步，因此，只要射频信号有通路，平转信号就会有相同的通路。平转控制信号矩阵框图如图8。

图8 平转控制信号矩阵框图

3.2.2 平转控制信号交换矩阵的控制

用射频开关的到位信号控制平转信号交换矩阵。例如：射频开关K100在A位置，K101在B位置，K201,K301,K401,K501, K601均在A位置时，射频通路为TX1—平转1，平转矩阵里的继电器 J101B吸合，J201A,J301A,J401A,J501A,J601A吸合，则TX1马达板与平转1之间也有了控制信号通路，如图9。

图9 TX1—BALUN1 通路

3.3 连锁、报警和天线编码

连锁信号由 PLC 指令给出，通过6A板（PF3.620.6018）上的第一个继电器接点送给每部发射机，只有当发射机有天线通路，满足发射机加高压的条件时才会输出。

报警信号也是由PLC指令给出，当有告警信息时，机柜内蜂鸣器响起，面板报警灯亮，并且上位机会有文字提示故障类型。

天线编码是通过6A板（PF3.620.6018）上的第2至第6个继电器线包得电情况并发送给每部发射机来进行天线识别的。每个继电器的合与断开分别表示“1”和“0”，利用2进制编码，5个继电器可以组合成32种状态，而10副天线和一个假负载共27种状态，5个继电器足以把所有天线状态涵盖在里面，其表示如表1所示：

表1 天线编码表

3.4 供电

1#机柜面板上有6个断路器，AC380是为射频开关的三相电机供电的，DC电源1和AC电源1为室内开关控制供电，DC电源2和AC电源2为室外开关控制供电。4 操作说明 在控制柜的控制面板上，通过选择开关的电动控制实现对天线交换开关的切换，并在模拟控制屏上显示开关的状态。1.下位机正常工作时：将波段开关置于需要开关转向的位置，按下“电机电源”按钮，由下位机（PLC）判断开关上是否有高压，若无高压，则完成所需的开关交换；若有高压，则报警并出现相应文字提示。2.下位机不能正常工作时：

先人为判断所要操作的开关上是否有高压，若无高压，则将波段开关置于所需的手动位置，先按“电机电源”再按“紧急切换”按钮，完成所需的开关交换。“紧急切换”按键是在系统初始调试或非正常运行状态下的应急措施，PLC正常运行情况下禁止按“紧急切换”按键，否则会在按下时断发射机连锁信号。

3.自动控制：控制面板上的所有波段开关置于自动位置，控制系统将根据从上位机输入下载的运行时间表，自动切换射频开关，使发射机上到正确的天线上。5 自动化系统 天线自动交换系统功能结构如图10所示：

图10 天线自动交换系统功能结构图

6 结束语该系统自从2010年10月使用至今，效果较好，运行稳定，操作灵活，自动化程度高，具有很强的实用性和推广性。希望通过本文的介绍能给广播电台同行在天线控制系统的使用方面带来一些帮助。 编辑：中国新闻技术工作者联合会