中波廣播發(fā)射臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與干擾處理

革 命張智慧

1.內(nèi)蒙古新聞出版廣電局呼倫貝爾廣播發(fā)射中心臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼倫貝爾市 021000 2.內(nèi)蒙古新聞出版廣電局監(jiān)管中心 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

中波廣播發(fā)射臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與干擾處理

革 命1張智慧2

1.內(nèi)蒙古新聞出版廣電局呼倫貝爾廣播發(fā)射中心臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼倫貝爾市 021000 2.內(nèi)蒙古新聞出版廣電局監(jiān)管中心 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010050

中波廣播發(fā)射臺(tái)占地面積大，臺(tái)內(nèi)安全和設(shè)備維護(hù)主要靠增加人員來保障。隨著無線覆蓋任務(wù)的增加，對(duì)安全播出提出了更高的要求。為了保障發(fā)射臺(tái)站的安全播出，在不增加人員的情況下，亟需建設(shè)適合發(fā)射臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)。本文介紹了中波廣播發(fā)射臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝過程當(dāng)中應(yīng)注意的問題。

設(shè)計(jì)要求 干擾分析 干擾處理

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

中波發(fā)射臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)主要由安防監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、電力和環(huán)境監(jiān)控組成。

1.1 安防監(jiān)控系統(tǒng)

天線場(chǎng)地和機(jī)房等主要部位應(yīng)安裝視頻監(jiān)控系統(tǒng)和紅外報(bào)警系統(tǒng)。

1.2 設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)

按照原國家廣電總局62號(hào)令《廣播電視安全播出管理規(guī)定》及實(shí)施細(xì)則要求，對(duì)發(fā)射臺(tái)播出設(shè)備的運(yùn)行情況和播出節(jié)目的信號(hào)源及發(fā)射信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并具備信號(hào)異態(tài)聲光報(bào)警功能。采用錄音、錄像或者保存技術(shù)監(jiān)測(cè)信息等方式，對(duì)發(fā)射臺(tái)播出節(jié)目的信號(hào)源和發(fā)射信號(hào)質(zhì)量、效果進(jìn)行記錄，異態(tài)信息應(yīng)保存一年以上。并應(yīng)對(duì)信號(hào)源系統(tǒng)和發(fā)射系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行遙控。

1.3 電力和環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

應(yīng)對(duì)外電配電設(shè)施的電壓、電流相位等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)機(jī)房的溫度、濕度、煙霧等環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)符合國家和行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按照《中、短波廣播發(fā)射臺(tái)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求，必須要保證系統(tǒng)的可靠性、先進(jìn)性、安全性。

2.1 可靠性

丟失數(shù)據(jù)會(huì)影響系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)保證系統(tǒng)能夠長(zhǎng)時(shí)間不丟失數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)參數(shù)準(zhǔn)確，信息處理迅速。系統(tǒng)出現(xiàn)問題時(shí)，能夠進(jìn)行應(yīng)急處理。

2.2 先進(jìn)性

（1）技術(shù)層次注重實(shí)效，軟件界面的設(shè)計(jì)實(shí)用性和操作性強(qiáng)。

（2）采用開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議模式實(shí)現(xiàn)資源共享，能滿足未來的監(jiān)控任務(wù)要求。

（3）采用模塊化結(jié)構(gòu)。當(dāng)監(jiān)控任務(wù)和監(jiān)控點(diǎn)增加時(shí)，通過增加相應(yīng)的系統(tǒng)模塊，擴(kuò)大監(jiān)控范圍。

2.3 安全性

系統(tǒng)具有良好的安全性和保密性，注重信息和數(shù)據(jù)的保護(hù)與隔離，給合法用戶合理的權(quán)限，防止黑客對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行破壞。

3 監(jiān)控系統(tǒng)受干擾的原因與解決方法

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)受干擾的主要原因

中波廣播發(fā)射臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)與其他監(jiān)控系統(tǒng)不同，抗干擾要求高。無線電發(fā)射天線的輻射功率包含：無功功率和有功功率兩部分。無功功率主要分布于發(fā)射天線近區(qū)（感應(yīng)區(qū)），作用是天線進(jìn)行能量交換，而不向遠(yuǎn)處傳輸。有功功率主要分布于遠(yuǎn)區(qū)（輻射區(qū)）中，作用是給無線電波提供能量。對(duì)于發(fā)射天線來說，這兩部分功率同時(shí)存在。在r≤0.16λ的區(qū)域，感應(yīng)場(chǎng)大于輻射場(chǎng)；在0.16λ＜r＜5λ的區(qū)域，感應(yīng)場(chǎng)與輻射場(chǎng)大小相當(dāng)；在r＞5λ的區(qū)域，感應(yīng)場(chǎng)比輻射場(chǎng)小30dB以上。中波發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)頻率范圍為535～1605KHz，天線周圍感應(yīng)區(qū)的半徑大，監(jiān)控電纜、監(jiān)控室和發(fā)射機(jī)房被覆蓋在感應(yīng)區(qū)內(nèi)。感應(yīng)區(qū)內(nèi)各種電纜由于天線效應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生廣播干擾信號(hào)。干擾導(dǎo)致發(fā)射臺(tái)的監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)誤動(dòng)作或死機(jī)現(xiàn)象。

監(jiān)控的視頻信號(hào)頻率范圍為0～6MHz，帶寬為6MHz，抗干擾能力差。中波廣播頻率范圍為535～1605KHz，帶寬為9KHz，其載波頻點(diǎn)在視頻信號(hào)帶寬內(nèi)。由于視頻信號(hào)對(duì)信噪比的要求較高，因此，一定強(qiáng)度的中波信號(hào)很容易對(duì)圖像信號(hào)造成干擾。電視信號(hào)行頻為15625Hz，當(dāng)中波調(diào)幅廣播頻率535～1605KHz疊加到圖像信號(hào)上，顯示器畫面將出現(xiàn)橫紋、豎紋、斜紋或網(wǎng)紋干擾，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)蜎]整個(gè)視頻圖像。

3.2 監(jiān)控系統(tǒng)干擾問題的解決方案

監(jiān)控系統(tǒng)由供電、電纜、信號(hào)接收、處理四部分組成。解決監(jiān)控系統(tǒng)干擾問題的最好的方法是，選擇符合要求的電纜，抗干擾能力強(qiáng)且穩(wěn)定性好的電源和設(shè)備。如果電源和設(shè)備抗干擾能力差，需要進(jìn)行技術(shù)處理。

3.2.1 電源的選擇和干擾的處理

穩(wěn)壓電源分為：線性穩(wěn)壓電源和開關(guān)穩(wěn)壓電源。中波發(fā)射臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)不適合用線性穩(wěn)壓電源。線性穩(wěn)壓電源調(diào)整管工作在線性區(qū)，與供電設(shè)備串聯(lián)在一起負(fù)載相同的電流通過，導(dǎo)致設(shè)備升溫。變壓器體積大，對(duì)外電的要求高，且沒有保護(hù)電路，因而抗干擾能力差。如果設(shè)備電源為線性穩(wěn)壓電源時(shí)，需考慮高頻干擾，在電源輸入端要安裝濾波器或在線UPS，為監(jiān)控系統(tǒng)提供電能。

開關(guān)穩(wěn)壓電源功率管在截止區(qū)和飽和區(qū)輪流工作，即工作在開關(guān)狀態(tài)，外電要求低。變壓器工作在幾十千赫茲到幾兆赫茲，體積小。輸入端有高頻濾波電路，輸出整流濾波電路有防止高頻噪聲對(duì)負(fù)載的干擾功能，有保護(hù)電路。開關(guān)電源發(fā)生過壓、過流時(shí)，保護(hù)電路使開關(guān)電源停止工作，以保護(hù)電源本身和負(fù)載。開關(guān)穩(wěn)壓電源的缺點(diǎn)是成本高、電路復(fù)雜，逆變電路中產(chǎn)生的高頻電壓對(duì)周圍的設(shè)備有一定的干擾，需要良好的屏蔽與接地。

3.2.2 電纜的選擇和干擾的處理

監(jiān)控系統(tǒng)選擇電纜時(shí)，一定要考慮線損耗和干擾問題，必要時(shí)應(yīng)對(duì)電纜進(jìn)行抽樣檢測(cè)。傳輸線的特性阻抗、分布參數(shù)及屏蔽性能應(yīng)符合要求。

傳輸線的特性阻抗不匹配會(huì)引起，監(jiān)視器的畫面上產(chǎn)生若干條間距相等的豎條干擾，干擾信號(hào)的頻率基本上是行頻的整數(shù)倍。傳輸線越長(zhǎng)干擾越嚴(yán)重。輕微時(shí)不會(huì)淹沒正常圖像，嚴(yán)重時(shí)圖像無法觀看。傳輸線的特性阻抗不匹配可以通過對(duì)波形的分析和對(duì)視頻電纜的定量測(cè)量發(fā)現(xiàn)。分布參數(shù)不符合要求是阻抗失配的原因之一。

屏蔽層對(duì)于頻率越低的信號(hào)其屏蔽效果越差。由于中波廣播信號(hào)頻率比其他廣播電視信號(hào)頻率低，會(huì)對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的可靠性和設(shè)備的穩(wěn)定性產(chǎn)生破壞。選擇特性阻抗、分布參數(shù)符合要求，雙層屏蔽性能最好的傳輸電纜，是解決干擾的最好辦法。

由于中波廣播頻率低，傳輸線和監(jiān)控設(shè)備都在中波廣播較強(qiáng)的輻射區(qū)，會(huì)對(duì)傳輸線和設(shè)備產(chǎn)生干擾。此時(shí)，需對(duì)前端及中心設(shè)備加強(qiáng)屏蔽，以傳輸線中波廣播發(fā)射最低頻率的1/4λ為標(biāo)準(zhǔn)，多點(diǎn)接地處理或?qū)鬏斁€穿入鋼管內(nèi)，并使鋼管有良好接地。

地環(huán)路和電源性能不良引起的干擾問題比較相似，處理時(shí)要分清是電源的問題，還是地環(huán)路的問題。

中波發(fā)射臺(tái)的干擾主要是電磁感應(yīng)干擾，系統(tǒng)傳輸線、屏蔽線兩端必須同時(shí)接地。接地時(shí)，有時(shí)由于兩端接地端的接地阻抗不一樣，引起兩端接地電位不同。由于電纜外皮電阻的存在，兩個(gè)接地端之間產(chǎn)生50Hz的地電位差，從而產(chǎn)生干擾信號(hào)。系統(tǒng)傳輸線、屏蔽線一端接地，電磁感應(yīng)干擾引起傳輸線產(chǎn)生天線效應(yīng)，因此，屏蔽線一定要選擇相互隔離的雙層屏蔽線，外層屏蔽線兩頭接地，內(nèi)層屏蔽線一端接地。

3.2.3 監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和被監(jiān)控監(jiān)測(cè)設(shè)備之間干擾的處理

監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和被監(jiān)控監(jiān)測(cè)設(shè)備取模擬量、狀態(tài)量、控制量時(shí)，無模擬量、狀態(tài)量、控制量接口的設(shè)備采集，必須考慮設(shè)備之間的干擾問題。考慮干擾用光纜和光耦合器狀態(tài)量輸出、控制量輸入與被監(jiān)控監(jiān)測(cè)設(shè)備地之間的隔離。設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送一般有RS-232、RS-422和RS-485三種接口方式。設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送最好用RS-485（平衡傳輸方式）串行數(shù)據(jù)接口，RS-485傳輸距約為1219米，傳輸速率為10Mb/s，抗干擾能力強(qiáng)。

RS-232是一種在低速率串行通訊中，增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。RS-232是為收發(fā)通訊設(shè)備而設(shè)計(jì)的，其驅(qū)動(dòng)器負(fù)載為3～7kΩ。RS-232采取不平衡傳輸方式，發(fā)送端驅(qū)動(dòng)器輸出電平在± 5～±15V，接收器的工作電平在±3～±12V。由于發(fā)送與接收電平差大，其共模抑制能力差，加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大為約15米，最高速率為20Kb/s。

RS-422具有平衡數(shù)字接口電路的特性，接收器采用高輸入阻抗，帶載能力比RS232更強(qiáng)，支持點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的雙向通信，但設(shè)備之間不能通信。允許在同一根傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)（最多可接10個(gè)節(jié)點(diǎn)）。RS-422的最大傳輸距離為約1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。RS-422是平衡雙絞線傳輸，平衡雙絞線長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸，一般100米長(zhǎng)的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。在100Kb/s速率以下，才可能達(dá)到最大傳輸距離。RS-422長(zhǎng)距離傳輸需要終接電阻，其阻值等于傳輸電纜的特性阻抗。在短距離傳輸時(shí)不需終接電阻，一般在300米以下不需終接電阻。

RS-485是在RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來。RS-485許多電氣特性與RS-422相同。RS-485可以采用二線與四線方式，二線連接方式可實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)雙向通信，四線連接方式只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多的通信，即只能有一個(gè)主設(shè)備，其余為從設(shè)備。但其總線上可最多接32個(gè)設(shè)備。

RS-485和RS-422的共模輸出電壓是不同，RS-485是-7V～+12V之間，RS-422在-7V～+7V之間。RS-485接收器最小輸入阻抗為12k，RS-422為4k。RS-485滿足所有RS-422的規(guī)范，因此，RS-485的驅(qū)動(dòng)器可以用在RS-422網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。

綜上，監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝過程中會(huì)遇到干擾問題，處理的關(guān)鍵在于分析產(chǎn)生的原因，以確保監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

審稿人：嚴(yán)志剛 內(nèi)蒙古新聞出版廣電局包頭廣播發(fā)射中心臺(tái) 正高級(jí)工程師

責(zé)任編輯：王學(xué)敏

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2096-0751（2017）02-0022-03

革 命 內(nèi)蒙古新聞出版廣電局呼倫貝爾廣播發(fā)射中心臺(tái) 高級(jí)工程師

張智慧 內(nèi)蒙古新聞出版廣電局監(jiān)管中心 高級(jí)工程師