一 般术专题∥ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／／ 天线开关控制系统硬件的模块化设计 文／国家广电总局５７２台刘启东／／ 摘要：本文主要介绍了５７２台ＴＫＺ一３型天线开关控制系统组成和原理 阐述了模块化的设计理念，并通过实例详细介绍了模块的功能和使用 方法 关键词：天线开关控制系统组成原理应用实例 １前言 自顶向下逐层把硬件或软件系统划分成 Ｂ０７），中间分布的是２０个天线开关（室 近年来，我台先后为无线局多个短 若干模块的过程，每个模块完成一个特 内２ｘ２矩阵开关），分别为ＢＫＩ—ＢＫ２０，周 波发射台站设计安装了天线开关自动控 定的子功能，模块之间相互或者近 围是１１副天线，分别为Ｂ２０１一Ｂ２１１。２０个 制系统，系统安装后，各台根据本台的需 似，模块间的联系远少于模块内部； 满足各台的不同需求，我台相继推出了 布设计）并测试，同类模块相互竞争 天线开关负责将７部发射机和１１副天线 求，又提出了系统完善的各种建议，为 模块可以按照设计规则，分散设计（即分 按不同的方式进行连接，也就是说使每 一部发射机能与多副天线相连接。在图 ＴＫＺ一１型￣ｒｉＴＫＺ一２型天线开关自动控制系 所有的模块可以供自由选择，按某种方法 １中，ＢＯ１号发射机经ＢＫＩ号开关（转向） 统，后又推出ＴＴＫＺ一３型天线开关自动控 组合起来，成为一个整体，完成整个系统 与假负载接通，Ｂ０２号发射机经ＢＫ２号开 制系统。ＴＫＺ一３型天线开关自动控制系统 所要求的功能。为使模块的更换更加方 关（直通）、ＢＫ１６号开关（直通）、ＢＫ７号 与前两种截然不同，在设计理念和功能 便，所有的模块在结构上，均采用了插接 开关（直通）、ＢＫＩ２号开关（直通）上了 方面，都是对前两种型号的彻底升级，全 方式，使得模块在安装和处理故障时，都 Ｂ２０３号天线。１Ｒ￣ｒ］ＢＫ１２号开关处在转向 面满足了各台对天线开关控制系统的不同 十分方便。 配置需求。ＴＫＺ一３型天线开关自动控制系 状态，其它开关不变，那么ＢＯ２号发射机 就会与Ｂ２０８号天线相连接。Ｂｏ２号发射机 加高压后（如图中红色粗线所示），射频 信号会从Ｂ０２号发射机依次通过ＢＫ２号开 关、ＢＫＩ ６号开关、ＢＫ７号开关、ＢＫ１２号开 统在软件上和硬件上都实现了模块化，使 ２原天线开关系统的 天线开关自动控制系统完成了质的飞跃。 所谓模块化，是指解决一个复杂问题时， 实际控制原理 ２．１原天线开关控制系统的组成 和原理 图１ ５７２台乙机房天线开关控制布局原理示意图 关，最后与Ｂ２０３号天线接通，此时，ＢＫ２ 图１为 号开关、ＢＫＩ６号开关、ＢＫ７号开关、ＢＫ１２ ５７２台乙机 号开关将加有高压，要严禁转动此四个开 房天线开 关，否则会使开关受损，并使系统出现大 关控制布 的事故。其它发射机、天线和开关的控制 局原理示 原理同上。意图。在 图１中，左 边为７部发 用：２．２天线开关控制系统的作用 天线开关控制系统主要有如下作 （１）实现对所有开关的全面控制： （２）发射机加高压后，所有加高压的 射机，分 ＢＯ１～Ｂ０７ （备机为 开关严禁转动，保护设备安全： ７６ ＩＩ广ＩＩ螺估船 ＲＡＤｌｏ＆ＴＥＬＥＶＩＳＩＯＮＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ２０１２年１月 ｗｗ ｒｔｊｃｎ ．一无线技术／／ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／／ 图２开关的控制原理示意图 础的手动控制功能。 开关可以用图２的符号表示，此开关 有３个通道，即上下、左右、和右下。当开 被接通，右下通道被断开；当开关处于偏 ２．１模块化设计的优点 几点： 采用模块化设计，其优点主要有如下 关处于直通状态时，上下通道和左右通道 （１）直观易懂。在控制系统中，各模 转状态时，右下通道被接通，上下和左右 块都能完全模拟真实发射机、开关和天 通道被断开。根据这个原理，开关模块也 线的各种状态，而且连接方式和实际连 设置了四个点，上、下、左、右，当开关处 接方式位置完全相同。 图３发射机模块电路板外形图 于直通状态时就使开关模块的上下导通 （２）纯硬件实现了通路判别和禁止 左右导通，同时右下不导通；当开关处于 高压状态对开关进行转换，大大提高了设 偏转状态时，就使右下导通，而上下、左 备的可靠性。每个开关模块可以自行判断 右不导通，这样，就可以对开关状态进行 实际开关是否处于高压状态：每个发射机 模拟了。 模块也可以自行判断出是否有天线通路； 每个天线模块也能自行判断出在用天线 是否已有高压。 ２＿２ｌ２发射机模块 发射机模块负责判断实际发射机能 否加高压，并监测发射机是否已经加上高 在发射机模块中，上方和下方各有一 Ｐ１（１２个接线端子）。 ＵＰ端子排的两个端子分别是６Ｙ和ＢＳ （３）可适用性强。通过模块化设计 压。图３是发射机模块外形图。 控制系统可以像搭积木一样构建出任意 用性的最大化。 图４开关控制模块电路原理框图 配置的天线交换开关配置，实现了硬件通 组接线端子排，分别是ＵＰ（两个端子）和 ２．２天线开关自动控制系统的组 成 ＧＹ（左）是与开关控制模块相连接的，是 为了实现天线开关自动控制系统的 用于判断发射机是否加有高压的连线端 上述三个作用，在天线开关自动控制系统 子；ＢＳ（右）是与开关控制模块相连接的 中，主要使用了三种模块，即天线开关控 判断是否允许发射机加高压的闭锁连线 制模块、发射机模块和天线模块，其功能 端子。 分述如下： Ｐ１端子排上的１２个端子功能如下： （１）ＢＳ—Ｄ为手动提供发射机是否可 （２）ＢＹ—Ｄ为手动提供发射机是否已 （３）ＢＳ—Ｐ为ＰＬＣ提供发射机是否可 ２．２．１天线开关控制模块 （３）通知发射机，在此时刻是否与 系统模块化设计中的的核心部件，它负责 天线开关控制模块是天线开关控制 以加高压： 天线相连接和是否可以加高压。 监测天线开关的状态以及接收控制开关 经加高压： 转动的控制信号，并把此信号发送给开关 ２ ＴＫＺ－３型天线开关自动控制系 使其按照命令转动。在系统控制柜的设计 以加高压： 统的设计 中，将所有的开关控制模块都按照天线交 （４）ＢＹ—Ｐ为ＰＬＣ提供发射机是否已 ＴＫＺ－３型天线开关自动控制系统在设 换开关的实际摆放位置进行级联，通过开 经加高压： 计理念上，采用了模块化设计，该系统把 关模块就能全面模拟出实际天线开关的 每个天线开关、每部发射机和每副天线 通路情况，并把通路情况传送给发射机模 都用专门设计的硬件模块对其进行管理。 块和天线模块。把这些开关模块按照天线 一（５）ＶＣＣ内部２４Ｖ直流电源： （６）ＧＮＤ地： （７）ＱｉａｎｇＢＳ人为强制给出允许发射 部发射机对应一个发射机模块，一副 开关的布局连接起来后，当发射机加了高 机加高压的闭锁信号： 天线开关对应一个开关模块，一副天线 压，模拟高压电信号就可以通过模块的这 （８）ＶＣＣＯＵＴ外部２４Ｖ直流电源； 对应一个天线模块，然后按照发射机、天 些通路加到相应的天线上；开关模块可通 线开关和天线的实际连接方式进行级联， 过自身通道上是否有电信号，判断开关上 还可为天线开关自动控制系统提供最基 来的控制信号，禁止再对此开关进行操作。 （９）Ｆ－ＣＯＭＥＢＳ ２４Ｖ电源地： （１０）ＢＳＧＯ—Ｆ接允许发射机加高压 （１１）Ｆ－ＣＯＭＥＧＹ ２４Ｖ电源地 就可形成一个完整的硬件控制系统，同时， 是否加有高压，如加有高压，就会屏蔽外 的继电器，ＢＳＧＯ—Ｆ输出２４Ｖ直流电： ｗｗｗ．ｒｔｉ．ｃｎ ＩＩ ２０１ ２年１月／Ｉ ＲＡＤＩＯ＆ＴＥＬＥＶＩＳＩＯＮ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＩＩ －／／７７ － 玻术专题 Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／／ 图５开关控制模块电路板外形图 图４所示。天线开关返回的状态信号经过 ｂ）ＺＸ—Ｄ为手动控制提供开关为转向 隔离抗干扰电路，一路传送给通路选择电 状态信号：路，用于选择模块上下左右四个端口哪两 手动接收状态接口，用来给电脑和手动面 控制信号经隔离抗干扰电路传送给天线 置电路是为了开关模块的通用性而设计， 不同的开关形式可通过它来设置。 图６两部发射机的天线开关控制系统 ｃ）ＧＹ－Ｐ为自动动控制提供开关为是否 ｄ）ＺＴ—Ｐ为自动控制提供开关为直通 ｅ）ＺＸ．ｐ为自动控制提供开关为转向 个端口被短路接通：另一路传送给ＰＬＣ￣Ｏ 加有高压信号： 板显示开关状态。ＰＬＣ￣Ｏ手动控制接口的 状态信号 开关控制接口，控制其如何转动。通路设 状态信号。 ④Ｋｚ是外部控制开关转动命令信号 的接入点，如手动控制或ＰＬＣ命令等。端 子分别是Ｓ／Ｐ、Ｓ－ＺＴ、Ｓ－ＺＳ、ｐ－ＺＴ、ｐ－ＺＴ，功 ａ）Ｓ／Ｐ手动自动切换 ３．２开关控制模块电路板 其接线端子简要介绍如下： （１）电路板下方共有４组端子，分别 ：￣ＧＯｋａｉｇｕａｎ Ｄｏｗｎ ＦＨ、ＫＺ 图５是开关控制模块电路板外形图， 能如下： ｂ）Ｓ—ＺＴ手动直通命令： ｃ）Ｓ－ＺＳ手动转向命令： ｄ）Ｐ—ＺＴ ＰＬＣ发出的直通命令： ①ＧＯｋａｉｇｕａｎ端子排是与开关直 接连接使用的，一共有８个端子，分别是 ＺＴＦＨ ＺＸＦＨ ２４ＶＤＣｏｕｔ ＧＮＤ ＺＴＯＵＴ ｅ）Ｐ—ＺＴ ＰＬＣ发出转向命令。 （２）左侧有两组端子排，分别是Ｌｅｆｔ ＺＸＯＵＴ、ＧＮＤ、ＬＨ。这８个端子分别对应 和Ｐｏｗｅｒ。 来自开关的控制线和信号线。功能如下： ａ）ＺＴＦＨ直通返回信号： ①Ｌｅｆｔ端子排只有两个端子分别是 ＧＹ和ＢＳ。ＧＹ是与其它模块相连接的，判 ｂ）ＺＸＦＨ转向返回信号 源信号： ｄ）ＧＮＤ地： 断发射机是否加有高压的连线端子。ＢＳ是 机加高压的闭锁连线端子。 ｃ）２４ＶＤＣｏｕｔ送给开关的２４Ｖ直流电 与其它模块相连接的，判断是否允许发射 ②Ｐｏｗｅ ｒ端子排是为本模块提供电 交流电、两路２４Ｖ直流电。２２０Ｖ交流电是 ｅ）ＺＴＯＵＴ控制开关向直通方向转动 源的端子，一共有３路电源，分别是２２０Ｖ 的命令信号： （１２）ＧＹＧＯ．Ｆ接发射机加高压的回 ｆ］ＺＸＯＵＴ控制开关向直通方向转动 为开关必须使用３８０Ｖ交流电时，而用来驱 路或继电器，ＧＹＧＯ－Ｆ输出２４ｖ直流电。 ２＿２．３天线模块 天线模块能够监测、显示、判断天线 是否加有高压，并向天线开关自动控制系 的命令信号： ｇ）ＧＮＤ地： 动附属接触器的；两路２４Ｖ直流电是为保 证有效隔离，抗干扰而设计的，其中ＶＣＣ 是内部用电，２４Ｖ是外部用电，这两路直流 ｈ）ＬＨ控制开关转动的离合信号。 别是ＧＹ￣［３ＢＳ。ＧＹ是与其它模块相连接的， ②Ｄｏｗｎ端子排只有两个端子，分 电分别由两个２４Ｖ电源供给。 （３）上方和右方分别是ｕＰ和Ｒｉｇｈｔ端 判断发射机是否加有高压的连线端子 ＢＳ 子排，每个只有两个端子，分别是ＧＹ；￣ＤＢＳ。 统输出能否允许加高压的信号。 ３天线开关控制模块的工作原理 是与其它模块相连接的，判断是否允许发 ＧＹ是与其它模块相连接的，判断发射机是 目前，天线交换开关有多种形式，为 射机加高压的闭锁连线端子。 适应各种开关形式的需要，在开关控制模 否加有高压的连线端子；ＢＳ是与其它模块 ③ＦＨ此板是给外界提供开关状态的 相连接的，判断是否允许发射机加高压的 （４）开关模块的上方还设有两排插 针排，这两排插针是用来设置所对应的开 关型式的。通过对开关型式的设置，可实 块上设有可用于设置开关形式的短接插 端子排。此端子排提供的信号均是经过 闭锁连线端子。 针。只要改变此短接插针，就可以实现一 隔离的２４Ｖ直流信号，此功能实现了系统 个模块的多种形式的应用。其通用性，使 的抗干扰能力。它们分别为ＺＴ－Ｄ、ＺＸ—Ｄ、 整套系统的成本大大降低。 ＧＹ－ｐ、ＺＴ－Ｐ、ＺＸ－Ｐ，功能如下 ３．１开关控制模块的功能原理 ａ）ＺＴ—Ｄ为手动控制提供开关为直通 现该模块的通用性。 开关控制模块电路功能原理框图如 状态信号 （５）模块上还有各种指示开关状态 ７８Ⅳ门ｌ审Ｉ譬瞎期／／ＲＡＤＩＯ＆ＴＥＬＥＶＩＳＩＯＮ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮⅣ２０１ ２年１月ⅣｗｌⅣ、Ⅳｒ“．ｃｎ 一无线技术／／ Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ／／ 图７模块化开关控制系统 天线模块 负责提供２聃，Ｄｃ信号 接到来自发射帆的２４Ｖ］３￣情号 组合）。 开关，为满足模块化的要求，我台又开发 图６为两部发射机 了相应的偏向开关模块，其模块原理和 天线摸按 负费提供２４ＶＩＤｅ惰号 接到来自发射机的２４＂ｖ＇ＤＣ惰号 负责显示此天线已加有高压 天线和开关控制原理 上面提到的原理相同。但由于开关的到位 图，其中１号发射机可 信号等条件与其它形式的开关相比存在 负责显示此天线已加育高压 墨 塞 ｌＩ 卜ＬＪ、譬鬟 晨 蕊 圣 发射机加高 压倍弩 允许发射机 加高睚倍号 以上１号天线（经由Ｋ１ 很大的控制难度，所以偏向开关控制模 号开关直通）和２号天 块的接ｎ：ｆｎ功能更为复杂，体积也比其它 蓑蛹ｌ 姜篓 开ｌ荚模块 负贵控制开关 负赞模搬开关的通路状况 接收外界控制俞令 线（经由Ｋ１号开关偏转 开关模块要大，在这里只做简单说明，不 和Ｋ２号开关偏转）：２ 再对其功能进行赘述。图８是偏向开关模 开芙模块 负责控制开关 负责模拟开关的面路状况 接收外界控制命令 号发射机只能上２号天 块的实物照片。 线（经由Ｋ２号开关直 通）。 目前，用全硬件实现天线开关控制 的系统，国内还未出现过。大多厂家均是 鉴 黯ｆ锱 Ｉ 一 嚣 霹 发射机模块 煎责接收发射帆加高压倩号 负费通知发射机可否加高胍 墓 警喜普『 ｌ卜Ｊ囊窭 篓罐 毹 ｌ Ｌ、 嚣 发射机模块 负责接收发射机加高压信号 负责通知发射机可前加离压 图７为模块化的开 以ＰＬＣ为核心判断高压、闭锁和通路等情 关控制系统，只要把各 况，这种控制系统在使用过程中，如果ＰＬＣ 模块按发射机天线和 出问题，使用单位将无计可施，不能对故 开关控制原理图的形 障进行处理，手动功能也将处于瘫痪状态。 式进行连接即可，即： 经过全硬件化后，因为其电路均是由简单 将天线开关的连接线 的继电器构成，当系统软件或者网络等出 的指示灯，功能如下： 按次序连接到开关模块上；将发射机的 现故障时，使用单位可自行应急处理，维 加高压信号和闭锁信号（即允许加高压的 持播音。 信号）连接到发射机模块上：将控制开关 转动的直通、偏转信号的控制装置接八 开关模块上，就可以构成一套完整的系统 了。 ａ）ＺＸＣ表示是否有转向控制信号 ｂ）ＺＸＦ表示开关处于转向状态： ｃ）ＺＴＣ表示是否有直通控制信号 ｄ）ＺＴＦ表示开关处于直通状态： ６结束语 模块化不仅是软件设计方面未来的 发展方向，在硬件方面也同样如此。最新 ｅ）ＧＹＦ表示开关处于高压状态； ｆ）Ｓ／Ｄ表示是否在手动状态。 此系统无需其它控制装置，就可自行 的ＴＫＺ．３型天线开关控制系统是一种独特 ４应用实例 下面通过一个应用实例来介绍各个 功能模块的使用方法。 例如某台只有两副天线、两部发射 机，其使用的两个开关可采用图４的方式 判断出发射机上是否有天线，准确给出 的设计，虽然原理简单，但是如果要使每 发射机是否能加高压的闭锁信号：也可以 个模块做到通用，就不那么简单，整个设 判断出所有开关是否加有高压，且不允许 计需要经过周密的考虑，精心的设计。此 转动，如果开关加有高压，即使有转动命 系统已在５７２台、４９１台已投入使用，其安 令，其开关模块也不会执行转动命令，只 全性、可靠性得到了使用单位的认可。＿ 有开关不在高压状态时，开关才接收来自 开关外部的转动命令。 各开关模块间的连接线均使用两根 信号线：一根用来指示发射机是否已经 加高压的信号线，另一根用来提供允许发 进行级联安装（实例只是为了说明时简略 各台站可根据自己开关的布局情况任意 射机加高压的信号线。这两根线是模块 之间功能设置的重要环节，改变模块间 这两根线的连接方式，就可改变了开关的 布局原理，因此做到了各台天线开关控制 系统的完美统一。 ５开关模块的最新进展 由于播出任务的需要，部分发射台引 入了偏向开关。此种开关是一种３态控制 图８偏向开关模块的实物照片 ｗ Ⅳ．ｒｌｉ ｃｒｌ ＩＩ ２０１ ２年１月ＩＩ ＲＡＤＩＯ＆ＴＥＬＥＶＩＳＩＯＮ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ ＩＩ—ｌ审豫信粗Ⅳ７９
