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分析发射台中原福塔暨河南省广播电视发射台调频发射机5+1系统介绍


预读:分析发射台中原福塔暨河南省广播电视发射台调频发射机5+1系统介绍
  •   摘要:近年来随着广播事业的飞速发展, 调频广播发射机的N+1播出控制系统得到了广泛的应用。河南广播电视发射台的技术人员配合厂家自行设计和开发研制了一套调频发射机5+1播出控制系统。本文结合实际工作阐述了该系统在中原福塔发射机房的实际应用和工作特点,详细介绍了该系统的切换工作原理,并通过在试播期发生的故障实例介绍了信号源、主备发射机、播出频率的切换流程。

      关键词:调频发射机 N+1播出控制系统 音频切换矩阵

      1007-9416(2013)01-0043-03

      1 概述

      近年来随着广播事业的飞速发展,高保真立体声、移动接收音质良好的调频广播越来越受到广大听众尤其是有车一族的欢迎,各级广播电台调频广播的节目套数不断增多,调频频段的频点利用率越来越密集,如何改善调频广播的覆盖效果,提高调频发射设备的利用率,实现24小时不间断播出,需要一套完整的技术解决方案。

      我省的重点建设项目,高388米的世界第一高全钢结构塔--中原福塔(河南广播电视发射塔)于2011年初正式投入使用。该塔的主功能就是广播电视信号发射,无线信号的理论覆盖半径达到120公里,可有效覆盖中原城市群。为了进一步扩大广播节目的覆盖范围,提高收听质量和收听率,我台于2011年8月在中原福塔开始了河南人民广播电台的5套调频广播节目的无线发射。传统的播出模式下,通常采用两部发射机互为主备的形式,其中一部发射机作为主用播出时,另一部发射机作为备份发射机处于热备份状态。这种方式的优点是设备运行安全可靠,即使主用发射机发生故障,值班员也可以迅速将信号倒至备份发射机恢复播出。缺点在于占地面积大、设备闲置率高,维护量大。尤其是对于中原福塔这样寸土寸金的超高层建筑来说,由于塔上机房的场地有限,如果采用一主一备模式播出节目,不仅备份发射机占用场地空间大、设备投资大,而且发射机房有多套调频节目播出,每套节目占用两部发射机,无疑也增加了维护设备的工作量。

      N+1播出控制系统,就是N部发射机共用一部备用发射机作备份机,利用计算机技术实现一系列自动倒机控制的发射机自动化播出系统。由于全固态调频广播发射机的稳定性,较以往的电子管发射机故障率大大降低。相比以往一主一备的播出模式,采用N+1播出控制系统能够最大限度的提高发射机的使用效率,节约场地空间,有极高的经济效益和社会效益。我台技术人员根据机房的实际需求,配合发射机厂家自行设计和开发研制了一套调频5+1播出控制系统。该系统与发射机相匹配可靠性较高,可以与计算机进行通讯,全部实现自动化管理。主用发射机五部,备份发射机一部,每部主用机上装有同轴开关,当主用发射机发生故障时,该系统会按照设置好的操作步骤,关掉故障机,自动切换同轴开关,把备份发射机的频率自动设置好,同时切换好备机的信号源,最终自动开启备份发射机。

      2 5+1播出控制系统的工作方式及原理

      图(1)是我机房调频广播5+1播出控制系统的实例。为五部主用发射机正常工作状态示意图,五部主用发射机输出的射频功率分别通过各自相连接的同轴开关进入到五工器。五工器将五部主用发射机输出的射频功率合成后由一套天馈线发射出去。而备份发射机的输出端则先后通过同轴开关K1、K2、K3、K4、K5串联与假负载相连。

      5+1播出控制系统包括:五部主用发射机(分别为88.1MHz音乐频道、90.0MHz影视频道、95.4MHz新闻频道、97.6MHz戏曲频道、99.9MHz故事频道)、一部备份发射机、一套五工器、五只同轴开关、一台假负载、一套天馈系统、5+1播出系统控制器、AES信号源音频切换矩阵等。各部分的功能如下:(1)五部主用发射机:使用固定频率用于五套调频广播节目的正常播出;(2)五工器:五套调频广播节目的射频功率通过五工器合成后共用一套天馈线播出;(3)同轴开关:正常状态下主用发射机通过同轴开关与五工器相连。当其中一部主机出现较严重故障需要倒备机时,通过相应同轴开关的转动将备份发射机连接至五工器,以实现备份发射机的代播功能;(4)备用发射机:通过同轴开关的切换,可以为五部主机中的任意一台作备份。(5)假负载:用于任意一部发射机的维修测试工作;(6)5+1播出系统控制器:是5+1播出系统的指挥中心.实时监测五部主用发射机和备份发射机的工作状态,控制倒至备份发射机实施代播,(7)AES信号源音频切换矩阵:用于将被代播的音频信号切换到备份发射机激励器的音频信号输入端。

      图(2)为5+1播出控制系统的应急倒机状态示意图。3号机(虚线处)在播出时发生故障需要倒至备份发射机代播,5+1系统控制器发出指令先关闭3号机,然后切换与3号机连接的同轴开关K3;此时,备份发射机输出的射频功率通过同轴开关K1、K2、K3、串联送入到原先3号机的五工器输入端,而3号机的输出端则通过同轴开关K3,K4,K5串联接到了假负载上;同时5+1系统控制器发出指令将备份发射机激励器的载波频率更改为3号机的播出频率,并将送入备份发射机激励器的音频信号切换为3号机的音频信号;最后发出指令备份发射机开机,为3号发射机提供代播。

      3 5+1播出系统控制器对主备发射机的信号采集与控制

      经过我台技术人员与厂家设计人员的多次现场交流,本次设计的调频5+1播出系统采用了分散式控制:即5+1播出系统控制器与5台主机和1台备机的****控制单元保持实时通讯,结合同轴开关的状态进行合理的开关机设置。该系统所属的每部发射机均有一个****控制单元,以便对整机的相关数据进行采集、处理、判断、控制和显示。在****控制单元的控制面板上通过液晶显示屏(图3),我们可以选择机器的一些参数进行查看。可查看显示的整机状态信息有:激励器的工作频率、入射功率、音频衰减量、单声/立体声、频偏等;1KW功放单元(10个):输出功率、反射功率、功放电压、四路功放电流、温度;左右机柜(即2个五合成器)的输出功率、反射功率、温度。****控制单元为5+1播出系统控制器提供信号采集,但在某个发射机的****控制单元死机状态下,控制系统只会默认为通讯中断,不会发出倒机等误操作指令。   需要补充的一点是,在5+1播出控制系统出现以下特殊情况时也可正常播出:①当发射机****控制单元和系统上位机监控软件死机时,发射机仍可正常播出。②当外电掉电恢复后,5+1播出控制系统各部分可自动恢复至掉电前播出状态。尽管如此,这套5+1播出控制系统还不够完善,系统的监测点很多,造成主备机自动切换的因素很多,例如发射机的某一功放盘故障使整机功率降低也会造成系统自动倒机。在有重要播出任务期间,这种因非致命性故障,在发射机仍能运行的情况下而进行的主备机自动切换很容易产生“停播事故”。所以在重要播出期将上位机软件由平时的远程自动控制的“自动状态”改为远程手动控制的“手动状态”。

      5.2 本地控制

      在天线负载切换开关(如图(4))和音频切换矩阵面板(图(5))上通过旋钮和按键进行手动控制。

      本地操作步骤。(1)判断故障机相应同轴开关有没有射频,在没有射频的情况下通过天线负载切换开关将同轴开关倒换到需要的位置。(2)将音频切换矩阵的第六路(备份发射机信号源)输出端选择为故障机音频信号路数。(3)改变备份发射机的
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