主備發(fā)射機(jī)與天線切換系統(tǒng)設(shè)計(jì)

李龍武

（江西七〇六電視調(diào)頻臺(tái)，江西 吉安 343000）

0 引 言

近年來，由于受到自媒體的沖擊，廣播電視行業(yè)不是很景氣[1]。受限于資金短缺的現(xiàn)實(shí)情況，部分廣播電視新設(shè)備無法及時(shí)更新。市場上雖然有較為先進(jìn)的設(shè)備，但是價(jià)格高昂。為緩解電視臺(tái)資金壓力，本文設(shè)計(jì)了一套價(jià)格低廉的主備機(jī)與天線手動(dòng)切換系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)主、備發(fā)射機(jī)之間與主、備天線之間的切換，有效地保障安全播出工作。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

廣播電視發(fā)射臺(tái)一般都有主天線系統(tǒng)和備用天線系統(tǒng)2 套天線系統(tǒng)，以保障安全播出。一般一個(gè)頻率的廣播電視節(jié)目會(huì)配兩臺(tái)發(fā)射機(jī)（一主一備）。當(dāng)主發(fā)射機(jī)或者主天線系統(tǒng)出現(xiàn)故障，則啟動(dòng)備用發(fā)射機(jī)或者啟用備用天線進(jìn)行播出[2]。為了方便、快速地實(shí)現(xiàn)主、備系統(tǒng)的切換，本文設(shè)計(jì)了一款主備發(fā)射機(jī)與天線切換系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有4 種切換模式：主發(fā)射機(jī)→主天線，主發(fā)射機(jī)→備用天線，備用發(fā)射機(jī)→主天線，備用發(fā)射機(jī)→備用天線。

通過上述4 種模式，不管是主發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障還是主天線出現(xiàn)故障，都可以啟動(dòng)備用發(fā)射機(jī)與備用天線，從而保障安全播出[3]。根據(jù)主備發(fā)射機(jī)與天線切換系統(tǒng)的要求，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)整體架構(gòu)，如圖1 所示。

圖1 主、備發(fā)射機(jī)機(jī)與天線切換系統(tǒng)架構(gòu)

2 真空繼電器特點(diǎn)

在本系統(tǒng)中，主、備發(fā)射機(jī)之間的切換和主、備天線之間的切換都需要用到24 V 真空繼電器。由于發(fā)射機(jī)的射頻信號(hào)需要通過真空繼電器才能傳輸?shù)教炀€，再利用天線輻射出去，而發(fā)射機(jī)發(fā)射的功率和頻率都比較大，這就對(duì)繼電器的要求比較高。而真空繼電器剛好可以滿足條件，它具有以下特點(diǎn)：

（1）真空繼電器的外殼為玻璃或陶瓷，同時(shí)內(nèi)部為真空，絕緣性好，具有良好的滅弧效果[4]；

（2）真空繼電器內(nèi)部不存在氧氣問題，其觸點(diǎn)在使用的過程中不會(huì)出現(xiàn)氧化現(xiàn)象，能夠確保其長期使用，接觸穩(wěn)定可靠且不易磨損，使用壽命長；

（3）真空繼電器所能承受的電流比較大，所能通過的功率比較強(qiáng)，同時(shí)其觸點(diǎn)之間的阻抗非常小，工作比較穩(wěn)定，且噪聲也較小，耐擊穿電壓高，通斷速度比較快，可運(yùn)用在各種惡劣環(huán)境中[5]。

3 系統(tǒng)電路工作原理分析

一個(gè)真空繼電器有8 個(gè)端子，其內(nèi)部為雙刀雙擲。本文使用一個(gè)真空繼電器作為主、備發(fā)射機(jī)的切換開關(guān)使用，使用另一個(gè)真空繼電器作為天線切換開關(guān)使用。設(shè)計(jì)出主備機(jī)與天線切換電路如圖2所示。

圖2 主備機(jī)與天線切換電路

在上述電路中，真空繼電器RLY1 的主要功能是對(duì)主、備發(fā)射機(jī)進(jìn)行切換，真空繼電器RLY2 的主要功能是對(duì)主天線ANT1 和備用天線ANT2 進(jìn)行切換。其工作原理如下。

SEND1 為備用發(fā)射機(jī)的射頻輸出口，將其接到RLY1 繼電器的5，6 腳。SEND2 為主發(fā)機(jī)射頻輸出口，接到RLY1 繼電器的3，4 腳。繼電器RLY1的1 和2 腳接在一起，并連接到RLY2 的1，2 腳。SEND_CTRL 為繼電器的控制信號(hào)，接到繼電器的8 腳，RLY1 的7 腳接地。當(dāng)SEND_CTRL 為低電平，RLY1 不動(dòng)作，其3，4 腳和1，2 腳接觸在一起，選通主發(fā)射機(jī)。反之，當(dāng)SEND_CTRL 為24 V 高電平，RLY1 繼電器吸合，從而使其5，6 腳與1，2 腳短接在一起，從而選通備用發(fā)射機(jī)。

繼電器RLY2 用于對(duì)主、備天線的切換控制。將主天線ANT1 接至繼電器RLY2 的3，4 腳，備用天線ANT2 接繼電器RLY2 的5，6 腳。ANT_CTRL 用于控制RLY2 繼電器對(duì)天線的選擇。當(dāng)ANT_CTRL 為低電平，RLY2 繼電器的1，2 腳與3，4 腳接通，則使發(fā)射機(jī)與主天線ANT1 接通；當(dāng)ANT_CTRL 為24 V 高電平，繼電器RLY2 線圈通電，產(chǎn)生磁力，將繼電器閉合，從而使其1，2 腳與3，4 腳斷開，同時(shí)1，2 腳與5，6 腳閉合，使發(fā)射機(jī)連接到備用天線ANT2。

上述SEND_CTRL 與ANT_CTRL 的高低電平由控制模塊進(jìn)行控制?？刂颇K通過撥動(dòng)開關(guān)S1和S2，實(shí)現(xiàn)對(duì)主、備發(fā)射機(jī)與鐵塔天線之間的切換控制。撥動(dòng)開關(guān)的控制原理如圖3 所示。

圖3 撥動(dòng)開關(guān)控制電路

系統(tǒng)有兩個(gè)撥動(dòng)開關(guān)，分別為S1 和S2。開關(guān)S1 用于對(duì)主、備天線的選擇，開關(guān)S2 用于主、備發(fā)射機(jī)的選擇。整個(gè)系統(tǒng)使用24 V 電源供電，當(dāng)S1撥動(dòng)開關(guān)撥到右邊，繼電器K1 線圈接通24 V 電壓，繼電器閉合，從而使3，5 腳接通，ANT_CTRL為24 V 高電平，此時(shí)LED1 被點(diǎn)亮，選通備用天線ANT2；反之，當(dāng)S1 撥動(dòng)到左邊，繼電器K1 線圈與24 V 電壓斷開，因此繼電器不工作，在彈力的作用下，其3，4 腳閉合，3 腳與5 腳斷開，ANT_CTRL為低電平，LED1 熄滅，此時(shí)選通主天線ANT1。

撥動(dòng)開關(guān)S2 用于主、備發(fā)射機(jī)切換控制，其原理與S1 撥動(dòng)開關(guān)一致。S2 撥動(dòng)到右邊時(shí)，繼電器K2 的3，5 腳接通，SEND_CRTL 為24 V 高電平，LED2 點(diǎn)亮，選擇備用發(fā)射機(jī)工作；S2 撥動(dòng)到左邊時(shí)，K2 的3，5 腳斷開，SEND_CTRL 變成低電平，LED2 熄滅，此時(shí)控制真空繼電器RLY1 選擇主發(fā)射機(jī)工作。用戶可通過LED1 和LED2 燈的亮滅狀態(tài)得知目前所使用的發(fā)射機(jī)與天線。

4 實(shí)物展示

購買24 V 真空繼電器2 個(gè)，普通繼電器2 個(gè)以及24 V 開關(guān)電源1 個(gè)，根據(jù)原理圖接線。接線完成后，實(shí)物如圖4 所示。安裝完成后，對(duì)主、備發(fā)射機(jī)與主、備天線之間進(jìn)行切換操作，廣播電視發(fā)射系統(tǒng)能正常工作。系統(tǒng)工作時(shí)的狀態(tài)如圖5所示。需要注意是，使用該切換系統(tǒng)，需要先將發(fā)射機(jī)關(guān)閉，之后才能切換；完成切換之后，才能再開發(fā)射機(jī)。因?yàn)榍袚Q過程中，發(fā)射機(jī)與天線之間會(huì)有短時(shí)間的斷開，如果發(fā)射機(jī)在工作時(shí)進(jìn)行切換，會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)沒有天線，信號(hào)反射突然增大，有損壞發(fā)射機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)。目前，市場上的其他天線切換器在使用時(shí)也都需要先關(guān)閉發(fā)射機(jī)才能進(jìn)行切換。

圖4 安裝實(shí)物圖

圖5 實(shí)物指示圖

5 結(jié) 語

本文設(shè)計(jì)的切換系統(tǒng)雖然需手動(dòng)進(jìn)行切換，但是整套系統(tǒng)所需的部件較少，實(shí)現(xiàn)的成本較低。而市場上的自動(dòng)切換系統(tǒng)價(jià)格高昂，這對(duì)于很多資金受限的廣播電視發(fā)射臺(tái)而言難以承受。因此本系統(tǒng)在成本方面具有明顯的優(yōu)勢。本系統(tǒng)能穩(wěn)定地保障安全播出工作，深受各廣播電視發(fā)射臺(tái)的喜愛。