中波M2W發(fā)射機載波報警器工作原理及其應(yīng)用

李志強

（作者單位：天津廣播電視臺無線發(fā)射部）

1 載波報警器的工作原理

1.1 設(shè)計思路

當(dāng)發(fā)射機正常工作時，LED報警指示燈點亮，表示發(fā)射機有載波輸出。

當(dāng)發(fā)射機無載波輸出時，LED報警指示燈熄滅，同時報警喇叭發(fā)出報警聲，約25 s后報警聲自動停止。

當(dāng)發(fā)射機掉載波后又自動恢復(fù)載波輸出，LED指示燈先滅后再次點亮，而報警聲則延時25 s后停止。

1.2 載波報警器的工作原理

圖1 載波報警器原理圖

圖1中虛線內(nèi)的電路是載波射頻檢測電路；虛線左側(cè)是載波中斷報警電路；虛線右側(cè)是報警聲音延時電路。下面對電路重要結(jié)構(gòu)設(shè)計原理進行介紹。

射頻檢測：關(guān)鍵元件是射頻檢測模塊，此模塊利用5 V電壓供電，將其置于濾波網(wǎng)絡(luò)機箱頂部。當(dāng)有載波時，輸出高電平，無載波時，輸出低電平。因此，檢測正常時電路中繼電器J1加電，常開觸點J1-1導(dǎo)通，使LED報警燈工作。

無載波報警：主要由RS觸發(fā)器構(gòu)成，RS觸發(fā)器選用4011芯片，該芯片為四組兩輸入與非門CMOS芯片。在實際電路中1端口為置位端，6端口為復(fù)位端。

RS觸發(fā)器由雙與非門G1和G2組成，其邏輯圖如圖2所示。圖2中，Q與為芯片最終輸出，二者電平互反。當(dāng)Q=1 時，=0；反之當(dāng)Q=0 時，=1，所以稱之為雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。端為基準(zhǔn)，當(dāng)=1時芯片處于高電平，輸出置位；=0時芯片處于低電平，功能為復(fù)位。D信號從芯片端輸入。

圖2 RS邏輯圖

基本RS觸發(fā)器的邏輯功能如下。

當(dāng)=1時，維持初始電平值，若Q=0，則G2與非門=1，G1雙輸入為1，Q=0，保持初始值。同理Q=1時，狀態(tài)也不變。

當(dāng)=1，=0，G1輸 出Q=1，G2雙輸入為1，=0，整體輸出為1，此時芯片置位。

當(dāng)=0，=1，G2存在一路高電平輸入，=1，反饋至G1雙輸入為1，Q=0，此時，芯片進行復(fù)位功能。

=0 時，=1，無法穩(wěn)定輸出。

在電路設(shè)計中，利用其中1A、1B、1Y和2A、2B、2Y兩組與非門進行輸入輸出互鎖實現(xiàn)功能，在電路中第一組與非門輸出與第二組輸入連接，第二組輸出與第一組輸入連接。當(dāng)電路檢測有載波蜂鳴器不報警，當(dāng)電路加電時，由于電解電容C2開始充電的瞬間正極電勢低，使觸發(fā)器復(fù)位端（6端口）為低電平，同時，常閉點J1-2斷開，使置位端（1端口）為高電平，觸發(fā)器輸出（3端口）為低電平，在有載波時為低電平不導(dǎo)通后級三極管Q1，蜂鳴器回路為斷路，無報警音，只要有一個輸入端為低電平則輸出一定為高電平。因此，4端口輸出高電平與2端口連接，相當(dāng)于第二組輸出反饋給第一組輸入。而通過與非門邏輯也可以判斷出兩輸入（1端口和2端口）同時均為高電平時，輸出（3端口）一定是低電平。以此邏輯通過兩組與非門進行互鎖，保證輸出穩(wěn)定低電平，避免受到惡劣場強干擾導(dǎo)致邏輯混亂。當(dāng)載波丟失時，電磁波檢測模塊輸出低電平，三極管Q2處于截止區(qū)，繼電器J1供電回路不導(dǎo)通，J1-1不再吸合，LED報警燈熄滅。同時，J1-2吸合，C1電容放電使電容兩端電位差一致，將觸發(fā)器置位端（1端口）變?yōu)榈碗娖剑敵觯?端口）為高電平，使報警喇叭發(fā)出報警聲。與此同時，3端口與5端口連接，同理形成輸出為高電平的互鎖狀態(tài)。

報警聲延時電路：當(dāng)報警喇叭開始報警時，由于RS觸發(fā)器處于互鎖狀態(tài)，如果不進行復(fù)位，報警聲會持續(xù)不斷發(fā)出聲響，設(shè)計延時電路，選用C005系列延時芯片。

此延時芯片為5 V供電，而4011芯片為12 V供電。為解決雙電壓問題，采用7805降壓元器件，該元件可將12 V電壓轉(zhuǎn)換為5 V輸出。芯片延時時間利用外接電阻阻值進行調(diào)整，時間從2s至1000 h可調(diào)?？蛇x擇觸發(fā)定時和觸發(fā)端接地上電定時。四個管腳分別為供電正極和地以及觸發(fā)和輸出端。為減弱環(huán)境中的電磁干擾，避免誤觸發(fā)，我們將觸發(fā)端與地短接。通過設(shè)置電阻不同阻值來確定芯片延時時間，其中，P1和P2短路可以增加延時倍數(shù)。根據(jù)芯片延時時間參數(shù)表圖，我們選取合適的延時時間進行觸發(fā)復(fù)位RS觸發(fā)器。P1與P2不連接時參數(shù)表圖如表2所示。

表2 芯片延時參數(shù)表

從表2中可以看出，當(dāng)電阻選取75 kΩ時，在4.5 V電壓可以達到25 s左右延時。因此,選取兩個150 kΩ并聯(lián)接入芯片左側(cè)兩個圓焊盤之間。當(dāng)載波正常時，延時芯片輸出低電平。當(dāng)載波丟失后，三極管Q1集電極觸發(fā)芯片，復(fù)位延時電路加電開始工作，25 s后輸出高電平，驅(qū)動三極管Q3導(dǎo)通，繼電器J2工作，J2-1吸合，使RS觸發(fā)器復(fù)位，4011芯片3端口輸出低電平，報警聲停止，并使延時電路的供電中斷，等候下一次觸發(fā)。

1.3 關(guān)鍵元件選擇達到應(yīng)用中的效果

1.3.1 傳感器的選擇

在進行多次試驗論證后，最終確定利用電磁波檢測傳感器對載波有或無進行判斷。該器件是利用磁敏電阻在外磁場作用時電阻率的變化按一定規(guī)律將磁場信息轉(zhuǎn)換成電信號進行輸出的裝置。通過調(diào)整電位器，增加或降低該器件的靈敏度，保證該器件只檢測當(dāng)前頻點而不會受到其他頻點場強的影響，滿足克服機房復(fù)雜電磁環(huán)境的需求。通過實驗測試，當(dāng)發(fā)射機功率趨近于1 kW時，依然可以通過調(diào)整磁敏阻值使得檢測傳感器正常工作。同時，其測量范圍在50 Hz～100 MHz，覆蓋中波廣播全頻段，符合中波頻率檢測要求。

1.3.2 指示燈選擇

經(jīng)過多次實驗對比，選擇車載爆閃燈作為指示燈使用。高亮度LED發(fā)光管使得在陽光直射時仍然可以確保值班員清楚的根據(jù)指示燈作為判斷依據(jù)。

1.3.3 蜂鳴器選擇

由于設(shè)備機房與值班監(jiān)控室由玻璃墻阻隔，報警聲過小值班員無法聽到。經(jīng)過研究和實踐發(fā)現(xiàn)，人的耳朵可承受的分貝為120 dB左右，95 dB的蜂鳴聲可以穿透發(fā)射機自身噪音以及隔音玻璃阻擋。因此，選擇一種高分貝報警器才能滿足特殊環(huán)境的需求，分貝數(shù)控制在95～110 dB。通過實驗比較，最終確定利用BJ-1系列蜂鳴器作為報警提示音。

3 載波報警器在中波監(jiān)視系統(tǒng)的具體應(yīng)用

3.1 雷電干擾造成的發(fā)射機功率反射保護報警

雷電造成天線參數(shù)發(fā)生變化，天調(diào)網(wǎng)絡(luò)阻抗和駐波比變化，導(dǎo)致發(fā)射機出現(xiàn)反射功率，M2W發(fā)射機瞬間保護關(guān)機，載波報警器報警，值班員做出應(yīng)急操作，多次雷電造成的發(fā)射機連續(xù)反射，會使發(fā)射機降功率，直至自動關(guān)機，值班員根據(jù)載波報警器的報警次數(shù)，觀察輸出功率指數(shù)，必要時手動提升功率，確保發(fā)射機有功率輸出。

3.2 外電閃落造成的發(fā)射機自動關(guān)機報警

電源供電系統(tǒng)受外界電網(wǎng)影響因素很大，電網(wǎng)受天氣因素、施工因素影響會出現(xiàn)電壓波動、電源閃斷以及電路切換現(xiàn)象，當(dāng)出現(xiàn)以上現(xiàn)象時發(fā)射機會保護關(guān)機，載波報警器報警，值班員需要及時手動開啟發(fā)射機或倒用備機播出。

3.3 發(fā)射機自身故障造成的自動關(guān)機報警

發(fā)射機本身發(fā)生故障，比如，功放合成器故障，控制管理板卡故障，內(nèi)部聯(lián)鎖保護失鎖，整流電源故障等，發(fā)射機會保護關(guān)機，載波報警器報警，值班員按照應(yīng)急預(yù)案操作，倒用備機播出。

3.4 天線原因造成的參數(shù)變化而保護關(guān)機報警

天線參數(shù)發(fā)生變化的因素很多，除雷電天氣以外，帶電云團、沙塵暴、大風(fēng)天氣會使天線拉線間隙打火放電，致使天線參數(shù)變化，發(fā)射機出現(xiàn)反射功率保護關(guān)機，載波報警器報警，值班員會按照應(yīng)急預(yù)案實施操作。

3.5 天調(diào)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)變化造成保護關(guān)機的報警

天調(diào)網(wǎng)絡(luò)元器件故障造成的阻抗發(fā)生變化，駐波比過大，比如，電容耐壓不夠或擊穿燒毀，電感線圈銅管口徑過小，電流大發(fā)熱量過大，電感量發(fā)生變化等，發(fā)射機出現(xiàn)反射功率保護關(guān)機，載波報警器報警，值班員根據(jù)報警信息結(jié)合其他因素分析判斷，做出應(yīng)急處理。

4 結(jié)語

由于設(shè)備機房與值班監(jiān)控室距離、玻璃墻因素，在未按裝載波報警器的年代，值班員無法及時準(zhǔn)確得知發(fā)射機的掉載波信息，對安全播出有很大威脅，自從有了載波報警器，值班員能夠及時發(fā)現(xiàn)發(fā)射機掉載波現(xiàn)象，再根據(jù)報警信息及其他因素進行綜合分析判斷，做出應(yīng)急處理，安全播出得到有效保證。