调频发射机N+1自动切换控制系统设计研究

摘要：为确保广播电视节目安全播出和后续业务可持续，本文设计了一套10kW调频发射机8+1自动切换控制系统方案。借助该系统，对于不同发射机的相关工作参数，可以实现实时自动检测；对于出现故障的发射机，可以做快速、自动关闭处理，并完成倒机操作。实践表明，如果某台发射机出现故障，该系统能够在较短时间内切换到备用发射机工作，并保证发射信号正常播出。

关键词：调频发射机；系统控制器；N+1自动切换控制系统；系统设计

一、调频发射机概述

如今，人们的生活水平不断提升，对各种广播电视节目的需求也日渐增加，但也对广播电视台的日常工作提出了较高的要求。为了确保各种类型节目及时、高质量播出，满足人们的日常文化、娱乐等方面的需求，广播电视台传输发射中心要不断提高自身的工作水平。对于不同的广播电视台而言，为了保障日常工作的正常开展，确保节目播出质量，往往会采用“主机+备机”的工作模式。在这种工作模式下，主机和备机之间可以根据广播电视台的工作需求，进行一定的自动切换控制。但是在日常工作中，电视台经常需要转播多套调频节目。如果在转播每套节目时都选择采用“主机+备机”的工作模式，便会导致备机闲置。在很多情况下，备机并没有得到很好的利用，由此出现资源浪费问题，同时会增加工作量，影响工作效率。新时期，应积极立足广播电视台传输发射中心的实际情况及日常工作需求，积极设计高效、合理的自动切换控制系统。本研究立足当前广播电视台传输发射工作的实际情况和相关需求，设计了一套10kW调频发射机 8+1自动切换控制系统方案。

二、调频发射机N+1自动切换控制系统设计

（一）系统总体设计

在系统设计过程中，设计人员需要充分考虑当前电视广播工作的实际情况，综合考虑整个系统覆盖功率密度大，涉及的发射机数量较多，旧设备和现有新设备系统控制方式不一样等问题。

对于一些旧设备，还需要及时进行最新的系统控制器硬件和软件升级。同时，新发射系统不影响原有发射机系统正常按时播出。综合分析多方面的现实情况，在本研究中，该系统中共包含8台调频发射机，并设计了1台宽带调频发射机为其充当备份。

如果在实际应用过程中，8 台发射机中的某 1 台发射机发生故障无法正常工作的情况下，该宽带调频发射机可以及时发挥备份作用。之后，8+1系统控制器可以迅速做出反应，尽快发出具体指令，对发生故障的调频发射机予以关闭处理。同时，系统控制器还可以启动备用发射机，以代替出现故障的调频发射机，保证广播电视节目正常播出。

（二）系统框架构建

10kW调频发射机（主机，8台）。工作频率范围

87 MHz～108 MHz，均为双激励配置，可实现主、备激励器之间人工或自动切换。

10kW公共备机（备机，1台）。工作频率范围为

87 MHz～108 MHz，属于宽带发射机，可接收8+1系统控制器所发送的指令。同时，在某台调频发射机出现的故障时，可以进行变频，按照实际情况变频至任意一个频点进行工作，代替该发射机维持正常的工作状态。

1. 假负载（1台）

在正常情况下，公共备机是连接在假负载上的。如果10 kW调频发射机（主机）出于一定原因发生故障，系统控制器便会发出关闭主机的指令，之后对主机的输出实现快速切换，将其输出切换到假负载上。

2. 同轴开关（8只）

借助该开关，可以为系统中的主发射机及备发射机提供一些相关的状态信息。同时，在应用该开关的过程中，为顺利接收控制系统发出的各种指令，还需要具备一定的遥控功能。

3. 八切一音频切换器（1台）

在系统设计的过程中，八切一音频切换器的主要作用是对输入备机中的信号源进行切换。在完成切换之后，还可以将相应的信息源设置在公共备机中。

（三）N+1系统控制器

1.N+1系统控制器组成

在系统设计过程中，设计调频10kW主机8台、调频10kW备机1台，以实现主机有故障的状态下自动切换到备机工作。在整个系统中，8+1系统控制器（图1）是十分重要的组成部分，发挥着重要的控制作用。系统控制器可以及时检测故障发射机，准确执行主备倒机步骤。另外，系统控制器还可以在故障发射机完成修复之后，将其恢复至原来状态。系统控制器配合同轴开关、音频切换器等设备，组成一个无人值守的发射机8+1自动切换系统。该设备可用于调频广播发射机主备机切换，也可以用于电视发射机主备机切换。两台控制器级联，可实现8+1主备机自动切换。

在正常状况下，8+1系统控制器可以对整个系统中的8台10 kW发射机输出功率进行实时收集，通过对相关数据的分析，掌握这些发射机的工作情况，判断其是否处于正常工作状态。在对其中某一台发射机是否出现故障进行判断时，需要实施倒机操作。在判断是否存在故障时，需要8+1系统控制器发出相应的指令，在指令的指引下，对后续倒机步骤予以执行。同时，对于不同发射机工作状态的相关信息，8+1系统控制器还可以及时将其传送至客户端。借助客户端，工作人员可以在控制室及时掌握不同发射机的工作情况，了解并监控机房各种设备的工作情况及运行状态。具体来看，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，组成部分及相关功能见表1。

2.系统控制器工作流程

系统控制器在工作过程中涉及一定的流程，主要包括初始化与倒机前、倒机中、倒机后等环节。

（1）初始化。在8+1系统控制器通电之后，首先对系统实施初始化设置。在初始化设置过程中，需要将相关参数进行合理的设置，包括倒机优先级及倒机门限值等，均需要工作人员按照广播电视台传输发射中心的日常工作需求进行相应的设置。同时，对于公共备机上滤波器及同轴开关的具体位置，也需要借助系统控制器内的总CPU实施初始化设置，以维持掉电之前的相应位置。

（2）倒机前。在完成初始化相关操作之后，8+1系统控制器会向系统8台发射机所对应的分 CPU发送一定的指令，相应的指令属于数据查询指令。查询的内容包括各发射机当前状态及各项参数（发射功率、电流、电压等），发送速度为2秒/次。之后，对比分析相关的数据信息，进而对不同调频发射机的工作情况进行分析和判断，了解其是否出现故障。

（3）倒机中。系统控制器在工作过程中，总CPU会向分CPU发送主机关机指令。延时25s之后，系统控制器可以获得反馈数据，并通过对反馈数据的分析，对主机关机情况进行判断，确定其是否关机成功。如果通过对反馈数据的分析了解到主机未按照指令成功关机，则总CPU会将倒机故障灯点亮，并停止倒机操作。之后，总CPU会对低电平进行发送，使继电器动作输出12V，将故障主机接负载，备机接天线。3s后，总CPU会通过两路电平对转换情况进行检测，检测其是否转换到位。在转换到位之后，总 CPU 发送三路电平，3个继电器会相应输出切换信号。这种情况下，码流切换器的输出便是故障机的信源，公共备机的滤波器也会对相应的位置予以变换。总 CPU 向公共备机的激励器下发命令，指令其对频率进行设置。如果总 CPU 下发的设置命令被备机中的激励器接收之后，备机中的激励器会进行校验，并按照指令对工作模式进行设置。如果若上述过程均保持正常的运行状态，则总 CPU会向分CPU 发送指令，指令备机开机。之后，延时25s之后，总 CPU会通过备机数据报对备机的开机情况进行分析和判断，判断其是否开机成功。如果判断后确定其成功开机，总 CPU 便会将倒机成功的消息上传至客户端。如果判断后确定其开机失败，总 CPU 便会对码流、滤波器进行切换，将其切换到缺省位置上。同时，总 CPU会对激励器的工作模式进行切换，将其设定为缺省模式，并还原同轴开关的位置。

（4）倒机后。在成功倒机之后，如果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。

（四）系统应用效果

按照上述系统设计方案，对所设计的系统进行实践应用。观察应用效果后发现，在实际工作中，如果某台调频发射机发生了故障，均可以依托该系统，在较短的时间内切换到备用发射机工作。相关测试结果显示，应用该系统之后，发射机的故障检测响应时间均不大于3s，主备倒机完成时间均不大于30s，8台发射机均可以实现主机有故障切换到备机的倒机工作，并保证发射信号正常播出。

三、结语

综上所述，本研究立足广播电视台传输发射中心的实际情况，为确保节目安全播出和后续业务的延续性，设计了一套10kW调频发射机 8+1自动切换控制系统方案。该系统具有以下特点：对于系统中不同发射机的相关工作参数，可以实现实时自动检测；对于出现故障的发射机，可以快速、自动对其进行关闭处理，并完成倒机操作；系统的工作模式可以按照需求进行切换，如工作人员可以借助客户端按照实际需求将工作模式切换为遥控或者自动、手动状态；故障检测响应迅速，主备倒机完成时间较短。同时，通过实践应用观察到，在该系统的应用过程中，如果某台发射机出现故障，该系统均能够在较短时间内切换到备用发射机工作。因此，该系统稳定可靠，能够为调频广播安全播出提供有力的技术保障。

参考文献：

[1]张玉臣.调频广播发射机主备机自动切换控制系统的设计与实现[J].卫星电视与宽带多媒体，2022（23）：28-30.

[2]刘嘉.调频广播发射机3+1主备发射机自动切换系统的设计与实现[J].中国宽带，2022，18（05）：113-115.

[3]杨婷.调频发射机N+1自动切换控制系统设计研究[J].西部广播电视，2022，43（01）：231-234.

作者简介：程骞，男，辽宁省锦州市北镇人，本科，工程师，研究方向为广播电视无线传输与覆盖。