关于150KW短波发射机自动调谐单元结构的探讨

王洪国

【摘要】本文对TBH522型150KW发射机自动调谐单元硬件结构的自动调谐主板、调谐控制板、模拟采集板电路板功能进行详细的分析。

【关键词】自动调谐;发射机

1.概述

TBH522型150KW发射机自动化系统主要由人机接口单元、控制单元、保护单元、自动调谐单元构成，同时为了模拟信号的检测，全面改造了测量报警单元。控制单元、保护单元、自动调谐单元均可独立运行。自动调谐单元通过8路伺服控制着整个发射机的粗调、细调、电平转换、准备播音等控制。本文将详细分析自动调谐主板、控制板和采集板的硬件结构。

2.自动调谐主板的分析

自动调谐主板主要作用是将所有输入信号进行处理后控制8路伺服，并对发射机的各个状态进行粗调谐及细调谐，同时根据各个状态发出相应的控制及封锁控制，并和人机接口单元进行通讯。以下对主板的各个组成部分进行详细介绍。

（1）开关量输入区1

将发射机输入的高低电平通过T521-2光电耦合器隔离后，输入到FPGA进行各种逻辑运算。开关量输入区1一共有22路，对应的输入信号分别是：1）高压2档，2）高帘2档，3）腔体接点，4）平衡转换器腔体接点，5）控制来调谐允许，6）告警复位，10）高末检波电压输入，11）衰减控制器调整正常信号输入，12）射频封锁信号输入，13）控制来粗调信号，14）控制来的细调允许信号，15）1路伺服到位，16）2路伺服到位，17）3路伺服到位，18）4路伺服到位，19）5路伺服到位，20）6路伺服到位，21）7路伺服到位，22）8路伺服到位。

（2）开关量输入区2

将操作面板输入的高低电平通过T521-2光电耦合器隔离后，输入到FPGA进行各种逻辑运算。开关量输入区2一共有22路，对应的输入信号分别是：1）1路调谐按钮，2）2路调谐按钮，3）3路调谐按钮，4）4路调谐按钮，5）5路调谐按钮，6）6路调谐按钮，7）7路调谐按钮，8）8路调谐按钮，9）手动，10）半自动，11）信道号预置，12）自动，14）粗调控制，15）前级细调，16）末级细调，17）电平转换，18）开始播音，19）允许调谐，20）手动升信道号，21）手动降信道号。

（3）开关量输入区3

本区域除1，2路外，其他路都作扩展输入信号。其中1路是“切换块模拟量显示”，使用时，通过短路帽短路1路的短路接点，从而切换面板上伺服位置显示模拟采集板2的数据来源;2路是“细调状态8路伺服倒动有效”，细调状态时，只有1路伺服，3路伺服，5路伺服细调元件可动作，但调机时不方便，为方便调机，设置此接点，在短路此接点时，8路伺服除2路在腔体接点释放时可倒动外，其他都可倒动。

（4）开关量输出区1

开关量输出区1作用是将FPGA输出通过T521-2光电耦合器隔离后控制外界高低电平，一共有30路，分别是：1）1路允许调谐;2）2路允许调谐;3）3路允许调谐;4）4路允许调谐;5）5路允许调谐;6）6路允许调谐;7）7路允许调谐;8）8路允许调谐;9）细调完成（完成1）;10）细调完成（完成0）;11）粗调完成（完成0）;12）粗调完成（完成时为1）;13）高前偏压切换;14）衰减器控制;15）准备播音;16）调谐功率状态（细调未完成为1）;17）低功率;18）高功率;19）升功率;20）降功率;21）1路伺服细调切换;22）2路伺服细调切换;23）3路伺服细调切换。

（5）开关量输出区2

开关量输出区2作用是将FPGA通过T521-2光电耦合器隔离后控制数模转换板上的继电器（OMRON-G6B-1114P-US），通过继电器吸合控制相应的逻辑状态，一共有12路，控制12个继电器，分别是：1）辅助接点1控制输出;2）辅助接点2控制输出;3）辅助接点3控制输出;4）辅助接点4控制输出;5）腔体气动开关控制出;6）5路修正切换A2;7）5路修正切换B2;8）5路修正切换A1;9）5路修正切换B1。

（6）模拟采集区

监测模拟采集板1的8路伺服数据和模拟采集2来的8路发射机表值状态信号数据，一共24位，由3片74HC373接口处理。通过74HC373对模拟采集板1、模拟采集板2进行接口后，将模拟采集的数据端的24位数据量送到FPGA进行处理。

（7）综合区

此区域是FPGA输出通过74HC14驱动后送到相应的控制信号的区域，有3个部分，分别是调谐控制DATA，模拟采集片选控制，面板显示DATA。调谐DATA分2组，分别是8位数据输出端和4位总线输出控制端，输出到数模转换板，控制数摸转换AD558及2组细调修正继电器（DS2Y-S-DC12V）完成粗调及细调控制;模拟采集片选控制有2组共8位数据，送到2块模拟采集板，分别控制2块模拟采集板上各路模拟量的片选及高8位数据有效及低4位数据有效;面板显示DATA共分2组，分别是8位数据输出端和5位总线输出控制端，送到自动调谐单元面板作面板显示及按钮指示灯用。

（8）中央处理区

本区域是自动调谐主板的中心区域，FPGA完成所有逻辑运算，89C52作数据处理，还包括时钟控制器12C887，32KRAM，32KROM。

a）89C51：判断各种状态数据并进行处理，实现向FPGA下传伺服粗调和细调等数据，同时通过RS232和人机接口单元通讯。

b）FPGA：实现整个系统的所有逻辑控制。

c）系统时钟：1个是单片机89C52所提供的1Mhz的时钟，另一个是由时钟控制器12C887（编程输出）提供的1KHz的时钟，此板12C887的功能和控制主板、保护主板不一样，只提供1Khz的时钟信号。

d）32KRAM提供系统数据的临时存储，在掉电后将丢失所有数据。

e）32K-EEPROM存储系统所有粗调、细调控制数据，4路辅助接点的控制信号，8路伺服高限位信息和低限位信息，表值调谐范围信息等。

f）XC17S30：因FPGA内程序是存在RAM内的，掉电后便消失，故用一片XC17S30来存FPGA的程序，此芯片是FPGA的程序专用EPROM，不可擦除，上电后在1秒内自动将程序写入FPGA，程序写入成功后将停止工作。

g）RS232接口芯片MAX232C：MAX232C由3部分组成：2个充电泵（可将5VDC转换成10V的电压输出），DC-DC变换器，RS-232驱动器和RS232接收器。89C52通过MAX232C驱动放大后，和人机接口单元进行通讯。

3.调谐控制板的分析

调谐控制板主要是将自动调谐主板发来的各种信号进行处理后送到8路伺服单元，控制8路伺服细调和粗调。

（1）数模转换区

此区域由10片AD558和2片74HC373构成，AD558是8位电压输出型D/A转换器，电压输出范围有2种，0-2.5V和0-10V，本板上用的是0-10V输出范围，AD558将自动调谐主板发来的8位数字信号通过4位总线控制信号片选后输出10路模拟量，其中1-8路通过分配放大器LM353分配放大后输出到伺服放大器，控制1-8路伺服倒动。第10路是输入到10K可调电位器，和-12V电压调整后输出作1路细调修正控制信号。12路和11路由74HC373锁存处理，用来控制3路和5路细调修正控制，自动调谐主板来的8位数据信号和4位总线控制信号，经过74HC373锁存后输出给三极管C1815，驱动16个继电器（DS2Y-S-DC12V），并通过继电器的吸合来控制修正继电器区的3路和5路的细调修正电阻，修正电阻的单位依次是20欧、40欧、80欧、160欧、320欧、640欧、1280欧、2560欧，一共有256个档位，电阻可调范围从0欧到5120欧，以便实现对3路和5路进行线性修正。

（2）伺服调谐放大输出区

此区域是对AD558输出的模拟信号经过LM353分配放大后，输出到伺服放大器控制伺服进行调谐，除手动状态外的其他所有状态的粗调信号都从这发出但不发生细调信号，手动状态时，粗调和细调控制都从这位置发出，此区域所发出的信号直接影响到整套系统粗调到位的准确度;调整时可置于手动状态，在不旋转光编码器时，相应的伺服监测信号和此位置相应的（下转第118页）（上接第116页）输出信号必须相等，若不等可通过此区域的可调电位器进行调整，达到输入输出一致。

（3）继电器区

此区域作用是FPGA通过光电耦合器发出低电平信号，来控制继电器的吸合，并通过继电器吸合接点来控制相应部件的合与断，一共有12路， 1-4路是通过继电器的吸合，将辅助接点公共端的信号送到辅助接点的控制接触器上，控制辅助接点的吸合和断开，控制单元分别是：1）辅助接点1控制输出;2）辅助接点2控制输出;3）辅助接点3控制输出;4）辅助接点4控制输出;5）第5路通过继电器的吸合，将腔体接点气动开关的控制信号送到腔体气动开关接触器上，在腔体到位后控制腔体接点吸合;6）9路到12路是控制5路细调修正信号A、B送入伺服放大器的方向;7）5路修正切换A2;8）5路修正切换B2，9）5路修正切换A1;10）5路修正切换B1。

4.模拟采集板的分析

模拟采集板和保护单元用的模拟采集板一样，但自动调谐单元的+12V和-12V电源是经过稳压后输入的，故此板上的稳压块7912和7812都被取消了。同时因本单元不需比较器功能，模拟采集板的比较器区是空着的，只用了模拟采集功能，分别是模拟采集1采集8路伺服位置信号，模拟采集2采集8路机器的状态表值，在使用过程中这2块板可互换。

模拟采集1对应的采集信号分别是：

1）1路伺服位置信号;2）2路伺服位置信号;3）3路伺服位置信号;4）4路伺服位置信号;5）5路伺服位置信号;6）6路伺服位置信号;7）7路伺服位置信号;8）8路伺服位置信号。采集后的数字信号经过主板采集区的74HC373送入FPGA进行处理，实现自动调谐。

模拟采集2对应的信号分别是：

1）高末帘栅流;2）高末屏流;3）高末帘栅压;4）高前屏流;5）高末帘栅流;6）高末屏压;7）输出功率;8）反射功率。将采集后的数字信号经过主板采集区的74HC373送入FPGA进行处理，作为自动调谐时表值判断及表值指示用。

5.总结

本自动调谐系统采用数字调谐方式来实现发射机射频回路的调谐，被调元件为电感线圈和真空可变电容，改变其机械转动圈数即可改变其电气参量。通过分析调谐单元的硬件结构，有助于发射机的日常维护和故障处理，保证发射机的稳定播出。