10 kW调频发射机8+1自动切换控制系统设计与实现

席 霞

（宁夏广播电视台，宁夏 银川 750004）

1 发射机配置备机要科学合理

近年来，我国的调频广播事业得到了飞速的发展，播出的节目也日益增多，发射台承担的发射任务和管理难度日益增加。为了实现广播节目不停播的目的，大多数发射台站会采用1+1（主机+备机）的工作模式，并且主、备机之间可以进行自动切换，但这样的配置资金投入相对较大。如何科学合理地为各发射机配置备机，是解决安全播出问题的关键。

宁夏广播电视台传输发射中心发射部作为省级一类发射台站，主要承担着8套广播节目的无线发射任务，但承担8套广播节目无线发射任务的调频发射机均为单机播出，安全播出存在隐患。若采用1+1（主机+备机）的工作模式，不但增加了发射机的数量，占用了有限的机房空间，同时也增大了投资经费。考虑到多方面的原因，传输发射中心发射部决定利用现有资源对原单机工作模式进行升级改造。2014年传输发射中心通过公开招标的方式又购置了1台10 kW宽带调频发射机作为公共备机，将原有的8台10 kW调频发射机与新购置的公共备机，共同组建了10 kW调频发射机8+1自动切换控制系统。

本文就以四川凯腾四方广播电视设备有限公司生产的KFT系列10 kW调频发射机和8+1系统控制器为例，详细阐述10 kW调频发射机8+1自动切换控制系统的构成及各部分主要功能、该系统的技术特点，重点对该系统的核心部分8+1系统控制器进行分析。

2 10kW调频发射机8+1自动切换控制系统

2.1 系统设计思路

10 kW调频发射机8+1自动切换控制系统的设计方案：用1台宽带调频发射机为8台调频发射机做备份。当8台发射机中的某1台发射机出现故障时，能及时有效地将此故障发射机所有信息传送到公共备机的8+1系统控制器上，并由8+1系统控制器在很短时间内发出指令关掉故障发射机，启动备用发射机，代替故障发射机播出节目。这种工作模式，在确保广播节目安全播出的同时，节省了机房占地空间，降低了成本，提高了工作效率。自2015年该系统安装调试运行开始至今，设备运行正常，有效确保了发射部的安全播出。

2.2 系统构成及各部分主要功能

图1 宁夏广播电视台传输发射中心发射部调频发射机8+1自动切换控制系统框图

整个系统主要包括：

（1）8台10 kW调频发射机（主机）：发射部目前使用的调频发射机均为四川凯腾四方广播电视设备有限公司生产的KFT系列10 kW调频发射机。频率范围：87 MHz-108 MHz。每台发射机均为双激励配置，可实现主、备激励器之间人工或自动切换。

（2）1台10 kW公共备机（备机）：发射部目前使用的公共备机为四川凯腾四方广播电视设备有限公司生产的KFT系列10 kW调频发射机，但与其他8台主机不同，公共备机为宽带发射机，可以通过接收8+1系统控制器的指令变频到任意一个频点工作，从而代替故障发射机进行工作。工作频率范围为87 MHz-108 MHz。该系统的核心部分8+1系统控制器、八切一音频切换器均放置在公共备机的机柜内。

（3）1台假负载：假负载的主要作用是吸收、耗散发射机输出的射频能量，并且假负载是一种不辐射能量的装置，主要作为发射天线的替代。当发射机不接入天馈系统时，可以接入假负载对发射机进行检修、调试、测指标等工作。一般假负载可工作于调频全频段。正常情况下，公共备机的输出是接在假负载上的。当主机出现故障，系统控制器会发出指令关闭主机，并将主机的输出切换至假负载上；当主机故障排除时，将主机输出接在假负载上进行试验，确认正常后将主机接入原系统。

（4）8只同轴开关（也称天线倒换闸）：在广播无线发射系统中，天线倒换闸的作用非常重要，是影响广播节目安全播出的一个重要节点。同时，想要实现8+1自动切换控制的工作模式，自动倒机是最基本的功能，天馈倒换闸就为主、备发射机提供连锁等必要的状态信息，它需要具备遥控功能，可以接受控制系统的指令，提供天线位置、是否切换到位等状态信息。发射部所使用的天线倒换闸为北京贝尔德公司生产的10 kW调频天线倒换闸。

（5）1台六工器和1台三工器：在一般的发射台站，通常有多个频率的发射机同时播出不同的广播节目，但如果每部发射机都配备一副天线，则投资将会大幅度上升，同时，发射塔上也需要留出更多的天线位置，馈线的投资也要增加很多。为解决这一问题，一般会采用多个不同频率使用一副天线的办法，将多个频率合成后使用一副天线的设备就叫多工器。考虑到馈线容量的问题，为确保安全播出，发射部将8台10 kW调频发射机分成两组，使用两副天线进行无线发射。其中，5个频率通过一台六工器合成到一副天线上，其余3个频率通过一台三工器合成到另一副天线上。

（6）1台八切一音频切换器：该设备放置于公共备机内，主要用于切换输入备机的信号源。通常，八切一音频切换器的输入端将8套广播节目的信号源全部接入，当某一台主机发生故障时，8+1系统控制器将对八切一音频切换器发出相对应的指令，将音频切换器的输出切换至该频率的信号源上，并将信号源送至公共备机。

从图1可以看出：在正常工作状态下，发射部8台主机分成两组：5台主机经六工器、其余3台主机经三工器分别输出至天线，公共备机处于假负载的位置。当其中任意一台主用发射机出现故障时，通过该机的同轴开关倒换至备机，备机工作输出至天线，故障主机输出至假负载，以便技术人员维修主机。

2.3 系统技术特点

该系统的主要特点：能够实时自动检测各发射机工作参数；自动关闭故障发射机，并完成倒机；可通过液晶屏或客户端进行手动、自动、遥控三种工作模式的切换；故障检测响应时间≤10秒；主备倒机完成时间≤3分。

3 8+1系统控制器

四川凯腾四方广播电视设备有限公司开发生产的8+1系统控制器整个系统的控制枢纽，主要负责故障发射机的检测，执行主备倒机步骤，故障发射机修复后，可恢复到原状态等。

在正常情况下，8+1系统控制器会实时收集8台10 kW发射机的输出功率，以此来判断这8台发射机是否工作正常。若判断某一台发射机故障，需要进行倒机操作，8+1系统控制器就会发出相应的控制指令，执行倒机步骤。同时，8+1系统控制器还可以将发射机的工作状态传送给客户端电脑，方便值班人员在控制室对机房设备的运行状态进行实时监控。下面将详细介绍8+1系统控制器的主要组成、各部分的功能以及自动倒机的具体步骤。

3.1 8+1系统控制器的组成及各部分的功能

8+1系统控制器主要由总CPU、分CPU、液晶屏、码流切换器及指示灯与声光报警等部分组成（见图2）。

图2 8+1系统控制器组成及信号流程

（1）总CPU：作为8+1系统控制器的核心部件，主要用于接收客户端电脑发送的查询指令、设置倒机门限值的指令及控制发射机开关机的指令，并将这些指令转发至分CPU，同时，接收分CPU的数据回复并转发至客户端电脑；接收客户端电脑设置倒机优先级的指令、设置该系统的工作模式（自动、手动或遥控）指令及倒机命令；总CPU还可以接收分CPU的故障指示，控制液晶屏的显示等。

在执行倒机操作时，总CPU会向故障主机的同轴开关下发改变同轴开关位置的指令，使故障主机的输出接在假负载上，方便技术人员的维修，而公共备机的输出则接在天馈系统上。同时，总CPU分别向公共备机上的激励器、滤波器下发修改频率、改变滤波器位置的指令，以实现由公共备机代替故障主机播出的目的。

（2）分CPU：每台发射机都对应一个分CPU，主要功能是与各台发射机进行实时通信，获取各发射机当前状态及各项参数（发射功率、电流、电压等），通过各项参数值来判断发射机是否工作正常，并将故障指示传送给总CPU。同时，分CPU还负责接收总CPU的查询、设置与控制指令。

在整套系统中，判断主用发射机是否工作正常的主要参数是发射机的输出功率。根据不同功率的发射机设定不一样的倒机门限值（发射部设定的倒机门限值为3 kW），若此时发射机的输出功率低于倒机门限值时，分CPU会以此判断发射机出现了故障，并将故障指示传送给总CPU，由总CPU下发倒机指令。

（3）码流切换器：在执行倒机操作时，8+1系统控制器会向码流切换器发出控制指令，并码流切换器控制备机的八切一切换器将音频输出切换至故障主机的信号源上，并将信号源送至公共备机。

（4）液晶屏：主要功能是向总CPU发送倒机控制命令、设置倒机门限值与倒机优先级的指令等，同时，接收总CPU发送的控制、设置命令是否成功指令、显示故障、倒机失败的原因或倒机成功的提示等。

（5）指示灯与声光报警：主要由总CPU控制，显示各类报警信息及状态。

3.2 8+1系统控制器工作流程

3.2.1 初始化8+1系统控制器通电后，首先要进行系统初始化设定。主要是由8+1系统控制器内的总CPU对公共备机上的同轴开关的位置、滤波器的位置进行初始化，保持掉电前的位置；初始化系统的倒机门限值（发射部设定的倒机门限值为3 kW）、倒机优先级等参数。

3.2.2 倒机前

初始化完毕后，8+1系统控制器会向8台发射机所对应的分CPU以2秒一次的速度发送数据查询指令，查询指令包括各发射机当前状态及各项参数（发射功率、电流、电压等）。

分CPU通过初始化设定的倒机门限值与当前发射机的输出功率值进行对比，判断发射机是否故障。若判断到发射机有故障，则分CPU通过IO口向总CPU上传此故障信息。总CPU接收分CPU上传的故障信息，也进行判断，若当时有且只有一台主用发射机发生故障，则开始进行自动倒机程序。

3.2.3 倒机中

（1）由总CPU向分CPU发送主机关机的指令；并在延时25秒后，通过反馈数据判断主机关机是否成功；若关机失败，总CPU点亮倒机故障灯，停止倒机操作。

（2）总CPU发送低电平使继电器动作输出12V将故障主机接负载，备机接天线；并在3秒后总CPU通过两路电平检测转换是否到位。

（3）切换码流、滤波器位置。总CPU发送三路电平使3个继电器分别动作输出切换信号，使得码流切换器的输出为故障机的信源，使公共备机的滤波器改变相应的位置。

（4）设置公共备机激励器频率。总CPU向公共备机的激励器下发设置频率命令。当备机的激励器收到来自总CPU下发的设置命令后，进行校验并设置工作模式：

一是若校验或设置错误，激励器将错误报发送给总CPU；总CPU等待5秒后将重新发送设置报，如此循环2次，若设置失败，总CPU将码流、滤波器切换至缺省位置，并将同轴开关位置还原。总CPU点亮倒机故障灯，将失败位置上传至PC机。二是若效验或设置正确，备机激励器将发射频率改为故障机的频率。

（5）开启备机。若上述过程均正常运行，总CPU向分CPU发送备机开机指令，并在延时25秒通过备机数据报判断备机开机是否成功。若开机失败，总CPU将码流、滤波器切换至缺省位置，将激励器设置为缺省工作模式，并将同轴开关位置还原。总CPU点亮倒机故障灯，将失败位置上传至客户端电脑。若开机成功，总CPU将倒机成功消息上传至客户端电脑。至此完成整个倒机程序。

3.2.4 倒机后

倒机成功后，若技术人员已维修完毕故障发射机，欲将故障发射机重新使用，则可通过手动或遥控方式将备机倒回主机，具体流程为主机倒备机的逆过程。

4 结束语

目前，宁夏广播电视台传输发射中心发射部的8+1自动切换控制系统已正常运行多年，该系统稳定可靠，为调频广播安全播出提供了有力的技术保障，也为实现“无人值机，有人留守”的管理模式奠定了坚实的技术基础[2]。