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      調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的功率關(guān)系測量

      2015-10-20 08:33:17侯志文
      西部廣播電視 2015年20期
      關(guān)鍵詞:檢波調(diào)頻發(fā)射機(jī)

      侯志文

      (作者單位:安徽廣播電視臺宣城發(fā)射臺)

      調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的功率關(guān)系測量

      侯志文

      (作者單位:安徽廣播電視臺宣城發(fā)射臺)

      單純遠(yuǎn)程調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)往往只需要監(jiān)測整機(jī)功率、整機(jī)反射功率、音頻頻偏等幾個參數(shù);但現(xiàn)有設(shè)備上的監(jiān)測單元往往被本機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)占用,沒有多余的接口為遠(yuǎn)程監(jiān)測系統(tǒng)提供必要的發(fā)射機(jī)參數(shù),這就需要外加模擬量采集電路來采集所需的發(fā)射機(jī)參數(shù),滿足一定精度的模擬量采集是發(fā)射設(shè)備實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控的前提和基礎(chǔ)。功率的采集是所有模擬量采集中最重要、最復(fù)雜的一個,本系統(tǒng)采用4路模擬輸入,1路模擬輸出的A/D,D/A轉(zhuǎn)換芯片PCF8591配合單片機(jī)AT89C4051完成對調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的入射、反射、頻偏(調(diào)制度)等參數(shù)的采集。同時,該系統(tǒng)還能根據(jù)需要更改軟件就可完成對不同參數(shù)的采集,具有采集參數(shù)靈活、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點。

      1 原理

      1.1系統(tǒng)框圖

      入射功率(RF)或反射功率(REV)信號通過π型衰減器(特性阻抗為50Ω)后備壓檢波輸出直流電壓,經(jīng)放大電路放大至0~3V(滿功率),在由A/D轉(zhuǎn)換芯片PCF8591轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送單片機(jī)處理。

      1.2PCF8591

      4路模擬輸入,一路模擬輸出的A/D,D/A轉(zhuǎn)換芯片,8位分辨率。

      引腳1:AIN0,模擬輸入通道0,入射電壓采集。

      引腳2:AIN1,模擬輸入通道1,反射電壓采集。

      引腳3:AIN2,模擬輸入通道2,功放電壓采集。

      引腳4:AIN3,模擬輸入通道3,調(diào)制度或頻偏電壓采集。以上4引腳電壓與輸入模擬電壓有關(guān)。

      引腳5:A0。

      引腳6:A1。

      引腳7:A2,芯片硬件地址,本機(jī)全接地。

      引腳8:GND,接地。

      引腳9:SDA,I2C總線,芯片與CPU交換數(shù)據(jù)的時鐘和數(shù)據(jù)線。電平同U1_8,U1_9。

      引腳10:SLK。

      引腳11:OSC,振蕩頻率輸入/輸出,實測:2.28V,說明內(nèi)部振蕩器起振且有振蕩頻率輸出,但本機(jī)未使用。

      引腳12:EXT,振蕩器選擇,本機(jī)接地選擇內(nèi)部振蕩器。

      引腳13:AGND,模擬地,接地。

      引腳14:VREF,基準(zhǔn)電壓,接5V。

      引腳15:AOUT,模擬輸出,根據(jù)被控設(shè)備情況取適當(dāng)分壓比連接到適合位置,此腳電壓值與內(nèi)部控制值有關(guān),4.4.1節(jié)字節(jié)38即為此控制值,實際輸出電壓與控制值的關(guān)系如下式:

      引腳16:VCC,接5V電源。

      1.3二級管濾波電路

      二級管的伏安特性:

      輸入電壓有效值為:

      1.3.1大信號測量

      式中,K為放大系數(shù)可由實際測量獲得,b為初始電壓也由實際測試獲得。

      1.3.2小信號測量

      在信號很小時,主要靠二極管非線性的平方項來檢波,高次項非常小,可以忽略,所以也稱為“小信號平方律檢波器”。設(shè)x=V/VT,使用泰勒級數(shù)的麥克勞林展開式將二極管方程展開得到:

      當(dāng)V是小于VT的小信號,我們可以忽略高階小量得到:

      這就是小信號二極管方程,非線性部分是x2/2。檢波出的電流和電壓平方成正比。

      2 實驗數(shù)據(jù)

      2.1對PCF8591模擬電壓-數(shù)字電壓關(guān)系測量

      測試條件:溫度20℃,電源電壓+5V,××型數(shù)字表,AT89C4051單片機(jī)。

      測試結(jié)果如圖2所示(上圖為全圖,下圖為起始部分展開圖)。

      結(jié)果分析:圖示中橫坐標(biāo)為3位數(shù)碼管顯示值,顯示數(shù)值為16進(jìn)制從ox000~ox200共512個測試點;縱坐標(biāo)為輸入直流模擬電壓值。

      測試結(jié)果表明:當(dāng)輸入模擬直流電壓小于0.65V(圖2)時數(shù)碼管顯示為0,PCF8591不能進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換;當(dāng)輸入模擬直流電壓大于0.65V模擬電壓值與數(shù)字量呈線性關(guān)系。

      圖2 PCF8591模擬電壓-數(shù)字電壓關(guān)系圖

      圖3 電壓-功率關(guān)系圖

      圖4 電壓-功率關(guān)系圖

      2.2直流電壓-功率關(guān)系測量與建模

      射頻檢波輸入電平大于檢波管的導(dǎo)通電平的電壓-功率關(guān)系。

      每臺發(fā)射機(jī)面板上都有功率指示,但是要鏈接到電腦上,通過軟件得出的功率指示是不是和發(fā)射機(jī)的實際功率一樣呢?經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn):

      若NONL=0,則:

      功率(W)=(0.5803 ADMx +5.8828)×MUTP (8)

      測試條件:溫度20℃,吉兆1F33A調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī),××型場強(qiáng)儀,××型數(shù)字表,10kW通過式功率計。

      測試結(jié)果如圖3所示。

      結(jié)果分析:從圖上曲線得出檢波放大后的直流電壓與功率成線性關(guān)系。

      2.2.1電壓-功率關(guān)系計算機(jī)模擬曲線

      從圖4可以得出電壓-功率關(guān)系在小信號時呈非線性,在大信號時呈線性關(guān)系。

      2.2.2電壓-輸出功率關(guān)系建模

      根據(jù)實測結(jié)果得出電壓與功率得出如下兩個公式。

      大信號模型:

      功率(W)=(0.5803 ADMx +5.8828)×MUTP (9)

      系數(shù)K=0.5803,平移量B=5.8828。

      (9)式在0點附近有誤差,簡單的辦法是:當(dāng)ADMx=0時,令功率=0(在單片機(jī)程序中設(shè)定)。

      小信號模型:

      功率(W)=(ADMx平方÷55+ ADMx)÷10×MUTP (10)

      以上兩式中ADMx是ADM0或ADM1,其中ADM0是發(fā)射機(jī)入射波電壓采集值,ADM1是發(fā)射機(jī)反射波電壓采集值,MUTP是發(fā)射機(jī)功率對100W的倍率。

      功率與入射電壓的關(guān)系與進(jìn)入射頻檢波器的電壓電平值有關(guān),當(dāng)電平低105dB時,符合小信號平方律檢波,宜使用(10)式,否則為大信號直線性檢波,宜使用(9)式。(10)式其實是界于平方律和直線性之間的公式。

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