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摘要:广播发射台的广播发射机、天馈线系统是一个大功率高频能量产生与强电磁波辐射源,其产生的高频信号对发射台内的控制系统能产生很强的高频干扰,进而影响发射台设备的正常稳定运行,有效的采取抗干扰措施,保证设备控制系统的稳定运行,是广播发射台技术维护必须解决的一个很重要的问题。
关键词:广播发射机 高频干扰 抗干扰措施
中图分类号:TN838 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2013)04-0005-02
发射机是发射台的核心设备,其自身的功能就是产生大功率高频能量,天馈线也是强电磁波发生体。所以很强的高频感应干扰严重影响着发射台内技术设备控制系统微机、芯片等的正常工作,严重的可能造成广播播出的技术事故,对安全播音是一个很大的威胁。所以,认真的分析干扰源,总结抗干扰方法,对于广播发射台站的技术维护工作有很重要的实际意义。
1 干扰源的分析
各类短波广播发射台的自动控系统会受到的干扰源有三类:
1.1 电磁干扰
在大功率发射机附近的强磁场区,设备、元件外壳,一段导线均可能产生较大感应电动势而形成干扰。另外各种控制继电器动作,电子管过流闪烁,大电流触电的合与短均可产生瞬间脉冲干扰。脉冲干扰信号的频谱很宽,可以从几十kHz到200MHz,所以这些干扰都可能使控制系统的微机、芯片电路等出现逻辑控制紊乱,严重影响正常的设备运行。
1.2 输入输出接口引入的干扰
控制系统与外部设备之间通过输入输出接口通道,实现信号的采样与控制的传输。输入输出接口信号一般有模拟量开关量的取样数入,控制开关或模拟控制输出都是干扰信号传入的主要途径。干扰信号有些是取样电路传入的,有些是从长距离传输线上感应进来的,有时还有因为电路阻抗匹配不好引起的反射造成的。
1.3 电源系统引入的干扰
共用电源的其他设备,所产生的干扰有可能产生是计算机误动作,电网上用电设备大部分是电感器件,当大电流切换时,产生瞬间过电压,时间虽短,但瞬间电压高与正常电压几倍,形成很高的干扰电压。控制和被控制设备由于使用电源共地,在公共地线阻抗上产生脉冲电压在输入回路上叠加,会形成干扰信号等。
2 硬件的抗干扰措施
采取硬件抗干扰之前,首先要仔细分析一下干扰来源,扰部位,然后才能采取有效措施。硬件的抗干扰措施一般有一下几种:
2.1 屏蔽
采用金属盒将控制设备屏蔽是抗空间电磁波干扰最有效的方法。屏蔽的形式有电屏蔽(用铜、铝等高导电材料),磁屏蔽(用铁、坡莫合金登等高导磁材料)两种,前者适宜于高频电磁场,后者适宜于低频电磁场。对于要求高、低频电磁场均需良好屏蔽的场合,可采用不同金属材料组成双层或多层屏蔽。例如发射机房强电磁场环境中,内、外层可用铜网,且接地一定要良好,否则非但不器屏蔽作用,反而会成为接受电磁波的天线。
2.2 滤波
不同的滤波元件组合是抑制高、低频干扰的有效手段。微型计算机电源入口处应该加装容量较大的电解电容和高频电容的串联组合,用作电源的去耦滤波,也可以加装滤波网络。微型计算机或其它控制系统,通常由多块印制电路板组合而成,最好在每块电路板上装有稳压块,形成独立供电系统,能较好的防止板间相互干扰。微型计算机或其它控制系统,各种电源进线,外设接口,各种控制继电器均应并接高频旁路电容。模拟量入口处假腿偶电路可滤除或减弱干扰信号,模拟量经穿心电容到采样点可滤除高频干扰分量。滤波电容的引线尽可能短并安装在需要滤波的部位上。
2.3 接地
正确的接地是抗干扰的重要保证。地线布置要合理,防止形成环路。系统中数字地、模拟地、屏蔽地应彼此分开,直接接入系统地线。这样做可以避免因采用公共地线而产生的干扰。多芯通信电缆,应专用一芯作通信地线,不用屏蔽层做回路,可以减少发射机电磁辐射的影响。微型计算机控制到设备的系统地线应采用宽铜带按要求单独埋设,不能借用发射机房地线。
2.4 隔离
将干扰源与易干扰部分隔离开来以减轻干扰。实现隔离的方式有都种方式。
变压器隔离。可用于电源和模拟量隔离。常见的有电源输入出采用1:1隔离变压器,使微机系统与外电网不共地,以抑制电网的干扰。采用模拟量隔离放大器可以使输入输出模拟量与电源之间实现隔离。
继电器隔离。继电器隔离主要用于数字量传输,电源隔离等。继电器的机械触点能承受较大电流,可做功率驱动。
光电隔离。光电隔离是一种比较理想的隔离方式。利用其开关特性可以传输数字量,也可以利用光电耦合器特性曲线的线性区,直接对模拟信号进项传送。光电耦合器体积小,成本低,实现起来容易。发光二极管动态内阻小,而干扰信号源的内阻一般很大,所以能送到光耦输入端的干扰信号很弱,从而能有效的抑制干扰。
2.5 其他
抗干扰措施还有多种多样。如为减弱传输中引入干扰的影响,可采用提高信号传送电平和拉大开关量高低电平之间的差值。采用12V或24V供电的PMOS集成电路代替5V的TTL电路,可提高系统的抗干扰能力。有时还可将传送的电压信号转换成4~20mA的电流信号,经过传输后再输入端用监测电阻还原成电压,这样就可不受导线压降、接触电阻和噪声电压的影响,从而增强了抗干扰能力。
3 软件的抗干扰措施
当单纯的硬件措施的抗干扰达不到理想的要求时,或者某些硬件的抗干扰措施技术复杂、成本高、不易实现时,我们还可以用软件的技术来实现抗干扰的目的。因此在考虑整体系统抗干扰措施时,常用软、硬件相结合的方式。常用的软件抗干扰措施有一下几种:
3.1 软件自诊断
编制程序时,把利用系统执行操作的空余时间,对CPU状态实行自检,和对各个接口所处的状态进行检查考虑进去,就可以做到参数异常时立即发出报警信号,以便进行人工处理
3.2 采样数字滤波
所谓数字滤波,就是通过程序计算减少干扰在信号中占有的比重。如增加模拟量采样的次数,对采样值进行排序,然后舍去最大、最小值,再取余数平均值,可以消除随机脉冲的干扰,得到较稳定的取样值。
3.3 设置中断“陷井”
程序在执行过程中遭到以外干扰而不能正常运行,是因为干扰破坏了CPU内程序计数器(PC)的正常工作。为此可以在用户程序多出以空操作和跳转语句设置恢复程序段,俗称“陷井”。一旦程序进入“陷井”,可是程序纳入正常运行。
3.4 程序定时器
“看门狗”是目前国内外工业控制系统软件中经常采用的,是一种比较有效的程序定时跟踪抗干扰技术。其基本原理是:将被跟踪的程序分割成若干个运行时间大致相同的小段,设置定时器监视这些程序,定时值设置的略大于这些程序中最长段运行所需的时间。正常运行时,由程序段在运行结束时给定时器发出清零脉冲,使定时器重新计数。当程序段因某种原因不能发出清零脉冲时,定时器溢出,从而发出中断信号,强制CPU响应,启动程序从本段始端重新运行。
定时器可用硬件式或软件式。硬件式可采用CTC、555、8253等组成定时器。软件式是编制一段技术程序组成定时器,软件式需占用CPU资源,效果不如硬件式好。
4 结语
认真分析干扰源,相应的采取软、硬结合的方式有效抑制或消除高频干扰,稳定广播发射台内技术设备控制系统的稳定正常工作,对于发射台设备的稳定运行有着很重要的实际意义。
参考文献
[1]冯恩信.电磁场与波.西安.西安交通大学出版社,1999(8).
[2]王永山.微型计算机原理与应用.西安.西安电子科技大学出版社,1999(12).
[3]张毅坤.单片微型计算机原理及应用.西安.西安电子科技大学出版社,1997(12).