调频广播发射机的功率关系测量

侯志文

（作者单位：安徽广播电视台宣城发射台）

调频广播发射机的功率关系测量

侯志文

（作者单位：安徽广播电视台宣城发射台）

单纯远程调频广播发射机监测系统往往只需要监测整机功率、整机反射功率、音频频偏等几个参数；但现有设备上的监测单元往往被本机的监控系统占用，没有多余的接口为远程监测系统提供必要的发射机参数，这就需要外加模拟量采集电路来采集所需的发射机参数，满足一定精度的模拟量采集是发射设备实现远程监测监控的前提和基础。功率的采集是所有模拟量采集中最重要、最复杂的一个，本系统采用4路模拟输入，1路模拟输出的A/D，D/A转换芯片PCF8591配合单片机AT89C4051完成对调频广播发射机的入射、反射、频偏（调制度）等参数的采集。同时，该系统还能根据需要更改软件就可完成对不同参数的采集，具有采集参数灵活、结构简单等优点。

1　原理

1.1系统框图

入射功率（RF）或反射功率（REV）信号通过π型衰减器（特性阻抗为50Ω）后备压检波输出直流电压，经放大电路放大至0～3V（满功率），在由A/D转换芯片PCF8591转换成数字信号送单片机处理。

1.2PCF8591

4路模拟输入，一路模拟输出的A/D，D/A转换芯片，8位分辨率。

引脚1：AIN0，模拟输入通道0，入射电压采集。

引脚2：AIN1，模拟输入通道1，反射电压采集。

引脚3：AIN2，模拟输入通道2，功放电压采集。

引脚4：AIN3，模拟输入通道3，调制度或频偏电压采集。以上4引脚电压与输入模拟电压有关。

引脚5：A0。

引脚6：A1。

引脚7：A2，芯片硬件地址，本机全接地。

引脚8：GND，接地。

引脚9：SDA，I2C总线，芯片与CPU交换数据的时钟和数据线。电平同U1_8，U1_9。

引脚10：SLK。

引脚11：OSC，振荡频率输入/输出，实测：2.28V，说明内部振荡器起振且有振荡频率输出，但本机未使用。

引脚12：EXT，振荡器选择，本机接地选择内部振荡器。

引脚13：AGND，模拟地，接地。

引脚14：VREF，基准电压，接5V。

引脚15：AOUT，模拟输出，根据被控设备情况取适当分压比连接到适合位置，此脚电压值与内部控制值有关，4.4.1节字节38即为此控制值，实际输出电压与控制值的关系如下式：

引脚16：VCC，接5V电源。

1.3二级管滤波电路

二级管的伏安特性：

输入电压有效值为：

1.3.1大信号测量

式中，K为放大系数可由实际测量获得，b为初始电压也由实际测试获得。

1.3.2小信号测量

在信号很小时，主要靠二极管非线性的平方项来检波，高次项非常小，可以忽略，所以也称为“小信号平方律检波器”。设x=V/VT，使用泰勒级数的麦克劳林展开式将二极管方程展开得到：

当V是小于VT的小信号，我们可以忽略高阶小量得到：

这就是小信号二极管方程，非线性部分是x2/2。检波出的电流和电压平方成正比。

2　实验数据

2.1对PCF8591模拟电压-数字电压关系测量

测试条件：温度20℃，电源电压+5V，××型数字表，AT89C4051单片机。

测试结果如图2所示（上图为全图，下图为起始部分展开图）。

结果分析：图示中横坐标为3位数码管显示值，显示数值为16进制从ox000～ox200共512个测试点；纵坐标为输入直流模拟电压值。

测试结果表明：当输入模拟直流电压小于0.65V（图2）时数码管显示为0，PCF8591不能进行模/数转换；当输入模拟直流电压大于0.65V模拟电压值与数字量呈线性关系。

图2　PCF8591模拟电压-数字电压关系图

图3　电压-功率关系图

图4　电压-功率关系图

2.2直流电压-功率关系测量与建模

射频检波输入电平大于检波管的导通电平的电压-功率关系。

每台发射机面板上都有功率指示，但是要链接到电脑上，通过软件得出的功率指示是不是和发射机的实际功率一样呢？经过研究发现：

若NONL=0，则：

功率（W）=（0.5803 ADMx +5.8828）×MUTP （8）

测试条件：温度20℃，吉兆1F33A调频广播发射机，××型场强仪，××型数字表，10kW通过式功率计。

测试结果如图3所示。

结果分析：从图上曲线得出检波放大后的直流电压与功率成线性关系。

2.2.1电压-功率关系计算机模拟曲线

从图4可以得出电压-功率关系在小信号时呈非线性，在大信号时呈线性关系。

2.2.2电压-输出功率关系建模

根据实测结果得出电压与功率得出如下两个公式。

大信号模型：

功率（W）=（0.5803 ADMx +5.8828）×MUTP （9）

系数K=0.5803，平移量B=5.8828。

（9）式在0点附近有误差，简单的办法是：当ADMx=0时，令功率=0（在单片机程序中设定）。

小信号模型：

功率（W）=（ADMx平方÷55+ ADMx）÷10×MUTP （10）

以上两式中ADMx是ADM0或ADM1，其中ADM0是发射机入射波电压采集值，ADM1是发射机反射波电压采集值，MUTP是发射机功率对100W的倍率。

功率与入射电压的关系与进入射频检波器的电压电平值有关，当电平低105dB时，符合小信号平方律检波，宜使用（10）式，否则为大信号直线性检波，宜使用（9）式。（10）式其实是界于平方律和直线性之间的公式。