侯志文

（作者單位：安徽廣播電視臺(tái)宣城發(fā)射臺(tái)）

調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的功率關(guān)系測(cè)量

侯志文

（作者單位：安徽廣播電視臺(tái)宣城發(fā)射臺(tái)）

單純遠(yuǎn)程調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)往往只需要監(jiān)測(cè)整機(jī)功率、整機(jī)反射功率、音頻頻偏等幾個(gè)參數(shù)；但現(xiàn)有設(shè)備上的監(jiān)測(cè)單元往往被本機(jī)的監(jiān)控系統(tǒng)占用，沒有多余的接口為遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供必要的發(fā)射機(jī)參數(shù)，這就需要外加模擬量采集電路來采集所需的發(fā)射機(jī)參數(shù)，滿足一定精度的模擬量采集是發(fā)射設(shè)備實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控的前提和基礎(chǔ)。功率的采集是所有模擬量采集中最重要、最復(fù)雜的一個(gè)，本系統(tǒng)采用4路模擬輸入，1路模擬輸出的A/D，D/A轉(zhuǎn)換芯片PCF8591配合單片機(jī)AT89C4051完成對(duì)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)的入射、反射、頻偏（調(diào)制度）等參數(shù)的采集。同時(shí)，該系統(tǒng)還能根據(jù)需要更改軟件就可完成對(duì)不同參數(shù)的采集，具有采集參數(shù)靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

1　原理

1.1系統(tǒng)框圖

入射功率（RF）或反射功率（REV）信號(hào)通過π型衰減器（特性阻抗為50Ω）后備壓檢波輸出直流電壓，經(jīng)放大電路放大至0～3V（滿功率），在由A/D轉(zhuǎn)換芯片PCF8591轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)送單片機(jī)處理。

1.2PCF8591

4路模擬輸入，一路模擬輸出的A/D，D/A轉(zhuǎn)換芯片，8位分辨率。

引腳1：AIN0，模擬輸入通道0，入射電壓采集。

引腳2：AIN1，模擬輸入通道1，反射電壓采集。

引腳3：AIN2，模擬輸入通道2，功放電壓采集。

引腳4：AIN3，模擬輸入通道3，調(diào)制度或頻偏電壓采集。以上4引腳電壓與輸入模擬電壓有關(guān)。

引腳5：A0。

引腳6：A1。

引腳7：A2，芯片硬件地址，本機(jī)全接地。

引腳8：GND，接地。

引腳9：SDA，I2C總線，芯片與CPU交換數(shù)據(jù)的時(shí)鐘和數(shù)據(jù)線。電平同U1_8，U1_9。

引腳10：SLK。

引腳11：OSC，振蕩頻率輸入/輸出，實(shí)測(cè)：2.28V，說明內(nèi)部振蕩器起振且有振蕩頻率輸出，但本機(jī)未使用。

引腳12：EXT，振蕩器選擇，本機(jī)接地選擇內(nèi)部振蕩器。

引腳13：AGND，模擬地，接地。

引腳14：VREF，基準(zhǔn)電壓，接5V。

引腳15：AOUT，模擬輸出，根據(jù)被控設(shè)備情況取適當(dāng)分壓比連接到適合位置，此腳電壓值與內(nèi)部控制值有關(guān)，4.4.1節(jié)字節(jié)38即為此控制值，實(shí)際輸出電壓與控制值的關(guān)系如下式：

引腳16：VCC，接5V電源。

1.3二級(jí)管濾波電路

二級(jí)管的伏安特性：

輸入電壓有效值為：

1.3.1大信號(hào)測(cè)量

式中，K為放大系數(shù)可由實(shí)際測(cè)量獲得，b為初始電壓也由實(shí)際測(cè)試獲得。

1.3.2小信號(hào)測(cè)量

在信號(hào)很小時(shí)，主要靠二極管非線性的平方項(xiàng)來檢波，高次項(xiàng)非常小，可以忽略，所以也稱為“小信號(hào)平方律檢波器”。設(shè)x=V/VT，使用泰勒級(jí)數(shù)的麥克勞林展開式將二極管方程展開得到：

當(dāng)V是小于VT的小信號(hào)，我們可以忽略高階小量得到：

這就是小信號(hào)二極管方程，非線性部分是x2/2。檢波出的電流和電壓平方成正比。

2　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.1對(duì)PCF8591模擬電壓-數(shù)字電壓關(guān)系測(cè)量

測(cè)試條件：溫度20℃，電源電壓+5V，××型數(shù)字表，AT89C4051單片機(jī)。

測(cè)試結(jié)果如圖2所示（上圖為全圖，下圖為起始部分展開圖）。

結(jié)果分析：圖示中橫坐標(biāo)為3位數(shù)碼管顯示值，顯示數(shù)值為16進(jìn)制從ox000～ox200共512個(gè)測(cè)試點(diǎn)；縱坐標(biāo)為輸入直流模擬電壓值。

測(cè)試結(jié)果表明：當(dāng)輸入模擬直流電壓小于0.65V（圖2）時(shí)數(shù)碼管顯示為0，PCF8591不能進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換；當(dāng)輸入模擬直流電壓大于0.65V模擬電壓值與數(shù)字量呈線性關(guān)系。

圖2　PCF8591模擬電壓-數(shù)字電壓關(guān)系圖

圖3　電壓-功率關(guān)系圖

圖4　電壓-功率關(guān)系圖

2.2直流電壓-功率關(guān)系測(cè)量與建模

射頻檢波輸入電平大于檢波管的導(dǎo)通電平的電壓-功率關(guān)系。

每臺(tái)發(fā)射機(jī)面板上都有功率指示，但是要鏈接到電腦上，通過軟件得出的功率指示是不是和發(fā)射機(jī)的實(shí)際功率一樣呢？經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)：

若NONL=0，則：

功率（W）=（0.5803 ADMx +5.8828）×MUTP （8）

測(cè)試條件：溫度20℃，吉兆1F33A調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)，××型場(chǎng)強(qiáng)儀，××型數(shù)字表，10kW通過式功率計(jì)。

測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

結(jié)果分析：從圖上曲線得出檢波放大后的直流電壓與功率成線性關(guān)系。

2.2.1電壓-功率關(guān)系計(jì)算機(jī)模擬曲線

從圖4可以得出電壓-功率關(guān)系在小信號(hào)時(shí)呈非線性，在大信號(hào)時(shí)呈線性關(guān)系。

2.2.2電壓-輸出功率關(guān)系建模

根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果得出電壓與功率得出如下兩個(gè)公式。

大信號(hào)模型：

功率（W）=（0.5803 ADMx +5.8828）×MUTP （9）

系數(shù)K=0.5803，平移量B=5.8828。

（9）式在0點(diǎn)附近有誤差，簡(jiǎn)單的辦法是：當(dāng)ADMx=0時(shí)，令功率=0（在單片機(jī)程序中設(shè)定）。

小信號(hào)模型：

功率（W）=（ADMx平方÷55+ ADMx）÷10×MUTP （10）

以上兩式中ADMx是ADM0或ADM1，其中ADM0是發(fā)射機(jī)入射波電壓采集值，ADM1是發(fā)射機(jī)反射波電壓采集值，MUTP是發(fā)射機(jī)功率對(duì)100W的倍率。

功率與入射電壓的關(guān)系與進(jìn)入射頻檢波器的電壓電平值有關(guān)，當(dāng)電平低105dB時(shí)，符合小信號(hào)平方律檢波，宜使用（10）式，否則為大信號(hào)直線性檢波，宜使用（9）式。（10）式其實(shí)是界于平方律和直線性之間的公式。