SW-50B短波廣播發(fā)射機頻率控制自動調(diào)諧原理簡述

白生亮

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短波廣播發(fā)射機頻率控制是自動調(diào)諧系統(tǒng)的一個組成部分。它的作用是根據(jù)短波廣播發(fā)射機的工作頻率，引導(dǎo)發(fā)射機自動調(diào)諧系統(tǒng)，實現(xiàn)粗調(diào)諧馬達自動調(diào)諧到位。要完成的功能如下：

a.監(jiān)測和顯示發(fā)射機的工作頻率。

b.根據(jù)短波廣播發(fā)射機的工作頻率，產(chǎn)生確定粗調(diào)諧馬達自動調(diào)諧到位的頻段位置信號和馬達轉(zhuǎn)向信號。

1 頻率控制的組成

1.1 頻率顯示器

頻率顯示器是頻率控制組合的一個核心部件，用它完成發(fā)射機工作頻率的實時監(jiān)測和顯示，并產(chǎn)生確定粗調(diào)諧馬達自動調(diào)諧到位的頻段位置信號和馬達轉(zhuǎn)向信號。它由下列功能模板組成：顯示器面板、計數(shù)器插板、變換器插板、頻段選擇器插板、母板（布線板）。

1.2 高頻接口組件

從頻率綜合器來的發(fā)射機工作頻率信號，經(jīng)高頻輸入插座XS113 輸入；高頻輸出插座XS114 輸出的高頻信號，送給寬放裝置。

1.3 電源插板

這塊電源插板是一個獨立的穩(wěn)壓電源部件。采用了環(huán)形變壓器和開關(guān)穩(wěn)壓器，為解決大功率小體積電源的問題提供了一個最佳途徑。這種結(jié)構(gòu)的特點是在增加功率的同時減少了電源的體積和重量，而且實際上不存在雜散的磁場，也提高了使用的可靠性。輸入～220V，經(jīng)過環(huán)形變壓器、整流器、DC / DC 開關(guān)變換器，輸出電壓+5V，專門為頻率顯示器G1.1 小組合提供穩(wěn)壓電源。

1.4 矩陣電路插板

矩陣電路插板作用是重新配置馬達自動粗調(diào)諧位置信號和完成11個頻段信號燈指示。

1.5 濾波板

濾波板是低通濾波器，抗發(fā)射機高頻干擾。

2 頻率控制工作原理

短波發(fā)射機的粗調(diào)諧是按頻段進行的，發(fā)射機的工作頻率，如何去引導(dǎo)發(fā)射機的粗調(diào)諧馬達自動調(diào)諧到位的呢？下面從工作頻段、頻率控制原理方框圖、頻率控制工作流程圖三個方面來描述。

2.1 工作頻段

發(fā)射機的工作頻率范圍為3.9～21.86MHz。對于大功率、單槽路功放發(fā)射機來說，在3.9～21.86MHz 這樣寬的頻率范圍內(nèi)實現(xiàn)自動調(diào)諧，必須分頻段進行自動調(diào)諧。頻段分得越細越多，越容易使發(fā)射機在頻段范圍內(nèi)任意工作頻率點實現(xiàn)正常工作，但用硬件來實現(xiàn)頻段細分段比較難，當然，若用計算機來實現(xiàn)頻率細分段，可以分成幾十個頻段。頻段分得越粗、越難做到發(fā)射機在頻段范圍內(nèi)任意工作頻率點實現(xiàn)正常工作。根據(jù)需要和實際工作的可能性，工作人員把發(fā)射機的工作頻率分成11 個頻段。頻段號、頻段頻率范圍和界限頻率，用頻段劃分表來表示，如圖1所示。

圖1

2.2 頻率控制原理方框圖

頻率控制工作原理方框圖如圖2所示。

TTL 數(shù)字邏輯集成電路是構(gòu)成頻率控制工作原理電路的核心器件，主工作頻率為1MHz，采樣工作頻率為50Hz。主工作頻率經(jīng)過信號變換，產(chǎn)生復(fù)位等控制信號和時間選通脈沖信號。發(fā)射機工作頻率f0 經(jīng)頻率計數(shù)器計數(shù)，形成頻率BCD碼。該發(fā)射機工作頻率BCD碼與頻段分界頻率BCD 碼進行比較，比較結(jié)果產(chǎn)生頻段數(shù)BCD碼，再經(jīng)過頻段譯碼器譯碼，得到所需要的頻段位置控制信號，這個過程叫做頻段識別。根據(jù)頻段數(shù)BCD碼，還可以產(chǎn)生馬達轉(zhuǎn)向信號。

關(guān)于信號變換、頻率監(jiān)測和顯示、頻段識別、馬達轉(zhuǎn)向信號這四個問題，下面將詳細介紹。

2.2.1 信號變換

晶體振蕩器產(chǎn)生1MHz 的主工作頻率信號通過分頻器1，經(jīng)1000 分頻得到1KHz 的時鐘頻率信號，再經(jīng)10分頻得到100Hz頻率信號，又經(jīng)2分頻得到50Hz的采樣工作頻率信號，即采樣周期為20ms。若通過分頻器2，采樣工作頻率50Hz 信號經(jīng)16 分頻產(chǎn)生閃爍脈沖信號。

50Hz 的采樣信號、1KHz 的時鐘信號、100Hz 信號和頻率計數(shù)器送來的發(fā)射機工作頻率BCD碼的最低位信號，經(jīng)過變換、平滑和同步運作后，形成下列控制信號：

a.復(fù)位信號

復(fù)位信號是頻率計數(shù)器的清零信號，使頻率計數(shù)器復(fù)位。

b.置位信號

置位信號是頻段計數(shù)器的置位信號，使頻段計數(shù)器被置為零。同時，置位信號使頻段寄存器2 寄存原先的頻段BCD 碼信號。

c.鎖存信號

頻率計數(shù)器輸出的發(fā)射機工作頻率BCD碼的最低位信號，經(jīng)過自動舍入平滑和置位信號同步后形成鎖存信號，是頻率寄存器鎖存輸入的頻率BCD碼信號，確保顯示器的末位不至閃動。

2.2.2 頻率監(jiān)測和顯示

由50Hz 采樣信號形成時間選通脈沖，它的脈沖時間寬度是采樣周期的一半，即選通時間為10ms。由發(fā)射機頻率綜合器送來的發(fā)射機工作頻率f0，與時間選通脈沖同步后形成頻率同步信號，再送到頻率計數(shù)器進行計數(shù)。在時間選通脈沖開始時，復(fù)位信號使頻率計數(shù)器復(fù)位后，頻率計數(shù)器開始對發(fā)射機工作頻率f0 進行計數(shù)，到時間選4 通脈沖的后沿時，頻率計數(shù)器停止計數(shù)，這時由鎖存信號把4 位頻率BCD 碼信號鎖存到頻率寄存器中。在選通時間內(nèi)，有了頻率計數(shù)器的計數(shù)次數(shù)，就可以算出發(fā)射機工作頻率f0的大小，這就是頻率監(jiān)測的工作原理。如果在選通時間內(nèi)，頻率計數(shù)器的計數(shù)次數(shù)為1 次，則發(fā)射機工作頻率f0等于100Hz，也這就是說，頻率監(jiān)測的精度為100Hz。

根據(jù)發(fā)射機工作頻率f0 的工作范圍，需要6 級頻率計數(shù)器。頻率計數(shù)器的連接是低一級的輸出接高一級的輸入，這樣由低到高逐級計數(shù)。相應(yīng)需要6 級頻率寄存器、6 級譯碼器和6 級LED數(shù)碼管顯示器D1～D6。頻率寄存器輸出的4 位頻率BCD 碼信號，經(jīng)過譯碼器轉(zhuǎn)換成7 段碼信號，這樣，發(fā)射機工作頻率f0就被6 級數(shù)碼管顯示器顯示出來。數(shù)碼管顯示器的小數(shù)點位于第二級D2 位置，則頻率顯示的單位為MHz，顯示最大頻率值為99.9999MHz。最末一級數(shù)碼管顯示器D6，顯示的最小頻率為100Hz。同時，取頻率寄存器輸出的高16 位頻率BCD 碼信號去參與頻段識別運作。

圖2 頻率控制工作原理方框圖

當發(fā)射機工作頻率超出了發(fā)射機工作頻率范圍，即工作頻率溢出時，則閃爍脈沖信號，送到數(shù)碼管顯示器D1、D3、D4、D5和D6 的小數(shù)點輸入顯示位，這些數(shù)碼管顯示器的小數(shù)點即開始閃爍發(fā)亮。

2.2.3 頻段識別

8 位PROM 存儲器是固定存儲器，它儲存的是頻段界限頻率。用16 位頻率BCD 碼信號來表達界限頻率的值，則一個16位的界限頻率BCD碼信號，要分別用低 8 位和高 8 位兩個 PROM 存儲器來存儲。

在時間選通脈沖后沿時，置位信號使頻段計數(shù)器被置為零后，頻段計數(shù)器對1KHz 的時鐘頻率信號開始計數(shù)。頻段計數(shù)器又叫做地址計數(shù)器，把頻段計數(shù)器輸出的頻段碼當成地址碼總線，去對高位和低位PROM 存儲器同時逐一讀取界限頻率BCD碼信號，每一個地址碼相應(yīng)從PROM 存儲器讀取出16 位界限頻率BCD碼信號。

由頻率計數(shù)器送來16位發(fā)射機工作頻率BCD 碼信號，與16位界限頻率BCD碼信號由低到高逐一進行比較，當實測發(fā)射機工作頻率正好落入相鄰某兩個界限頻率內(nèi)時，產(chǎn)生一個停止計數(shù)指令，使頻段計數(shù)器停止計數(shù)，這時頻段計數(shù)器所計的數(shù)就是實測頻段數(shù)碼信號。同時，也輸出一個存儲指令信號。

按S11 譯碼按鍵時，產(chǎn)生手動譯碼命令信號。當存儲指令信號和手動譯碼命令信號同時到來并同步后，送給頻段寄存器1，則實測頻段數(shù)碼信號就被頻段寄存器1 鎖存。同時，被鎖存的實測頻段數(shù)碼信號，經(jīng)過“4 位—16線”頻段譯碼器譯碼，產(chǎn)生頻段數(shù)位置信號，相應(yīng)的頻段數(shù)指示燈亮，這個頻段數(shù)一直保持到下一次手動譯碼命令信號產(chǎn)生時為止。只有當發(fā)射機工作頻率從當前頻段改變跳到另一個頻段時，按譯碼按鍵后，頻段譯碼器譯出新的頻段數(shù)位置信號，相應(yīng)新的頻段數(shù)指示燈亮。如果在同一頻段內(nèi)改變發(fā)射機工作頻率，頻段信息無變化，按譯碼按鍵S11 后，頻段譯碼器譯出的頻段數(shù)位置信號保持不變，也就是說，按S11譯碼按鍵毫無意義。

當發(fā)射機工作頻率超出了發(fā)射機工作頻率范圍，即工作頻率溢出時，頻段譯碼器也就譯不出頻段數(shù)位置信號，所有頻段指示燈滅，產(chǎn)生頻率溢出故障信號（01）。

圖3 頻率顯示和頻段控制流程圖

2.2.4 馬達轉(zhuǎn)向信號

驅(qū)動馬達運轉(zhuǎn)方向，是要將頻段信息形成一個轉(zhuǎn)向信息。也就是說，經(jīng)過頻段比較器，原來的頻段數(shù)碼信號與新頻段數(shù)碼信號逐位比較后產(chǎn)生驅(qū)動馬達運轉(zhuǎn)方向，以便命令粗調(diào)諧馬達驅(qū)動組件，以最佳路徑盡快地到達理想位置。置位信號是將原先的頻段數(shù)碼信號從頻段寄存器1 轉(zhuǎn)到頻段寄存器2。為敘述方便，用A 表示頻段寄存器2 輸出的原頻段數(shù)碼信號，用B 表示頻段寄存器1輸出的新頻段數(shù)碼信號。

在手動譯碼命令信號未到來前，經(jīng)過頻段比較器逐位比較后，始終保持A = B，永遠不會產(chǎn)生驅(qū)動馬達運轉(zhuǎn)方向脈沖信號。如果在同一頻段內(nèi)改變發(fā)射機工作頻率，頻段信息無變化，按譯碼按鍵S11 后，經(jīng)過頻段比較器逐位比較，結(jié)果還是保持A = B，這時也不產(chǎn)生驅(qū)動馬達運轉(zhuǎn)方向脈沖信號。

當發(fā)射機工作頻率從當前頻段改變跳到低頻段時，按譯碼按鍵S11 后，經(jīng)過頻段比較器逐位比較，結(jié)果是A ＞B，這時產(chǎn)生“順時針”驅(qū)動馬達運轉(zhuǎn)方向脈沖信號。

相反，當發(fā)射機工作頻率從當前頻段改變跳到高頻段時，按譯碼按鍵S11 后，經(jīng)過頻段比較器逐位比較，結(jié)果是A ＜B，這時產(chǎn)生“逆時針”驅(qū)動馬達運轉(zhuǎn)方向脈沖信號。

2.3 頻率顯示和頻段控制流程圖

頻率控制的工作原理可用工作流程圖來表示，頻率顯示和頻段控制流程如圖3所示。

這里，再著重強調(diào)下面幾點概念：

發(fā)射機工作頻率信號f0，相對應(yīng)的是頻率計數(shù)器和頻率寄存器，相應(yīng)輸出16位頻率BCD碼。

1KHz 時鐘頻率信號，相對應(yīng)的是頻段計數(shù)器和PROM 存儲器，相應(yīng)輸出16位界限頻率BCD碼。

頻率比較器，相對應(yīng)的是16位發(fā)射機工作頻率BCD碼，與16位界限頻率BCD碼比較，比較結(jié)果相應(yīng)產(chǎn)生實測頻段數(shù)碼信號。

頻段比較器，相對應(yīng)的是原先頻段數(shù)碼信號，與新頻段數(shù)碼信號比較，比較結(jié)果相應(yīng)產(chǎn)生驅(qū)動馬達運轉(zhuǎn)方向信號。

也可看出，手動譯碼命令信號是產(chǎn)生頻段數(shù)位置控制信號和驅(qū)動馬達運轉(zhuǎn)方向信號的必要條件。

綜上所述，頻率控制組合部分，是廣播發(fā)射機的頻率信號測控中心，又是自動調(diào)整系統(tǒng)的一個組成部分，新的短波發(fā)射機已經(jīng)用計算機和單片機來完成發(fā)射機頻率自動調(diào)諧、馬達調(diào)諧控制、推動級自動調(diào)諧，調(diào)諧去掉了頻段的概念，即所有的調(diào)諧都是點頻調(diào)諧，對于每個任意頻率，都有一組相對應(yīng)的馬達位置信息存儲在計算機中，自動調(diào)諧也由計算機實現(xiàn)，可以達到最佳的調(diào)諧位置。