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广播电视和无线电发射台的自动远程控制
关键字:自动控制，无线电广播，电视广播，传输
摘要：本文讨论了利用自动和远程控制技术所能取得的效益，并探讨了影响该技术引进进展速度的因素。两个主要的影响无人值守电台的引进的限制因素，即电视和电台传输设备的可靠性，以及对表征传输故障状态的相关参数的有效自动测量能力。随着可靠的设备和测量系统的开发，在数据传输领域，包括遥测以及远程控制系统，取得的进展为无人值守和远程系统设计控制站也做出了重要贡献。本文首先考察了影响电视和广播传输系统可靠性的因素，并讨论了组件的选择，设备的布局，和总体系统设计。给出了备用系统和相应控制系统的描述。控制系统的一个重要指标即其测量能力，对于一个自动操作的控制系统，测量也必须是自动的。因此，本文主要研究了电视和声音传输系统中的自动测量。这些自动测量系统还不够全面，因此大多数广播公司会对其自动控制系统提供可远距离执行的手动覆盖功能。这就产生了对遥测和远程的需求控制系统。本文描述了提供远程控制以覆盖自动系统并将操作数据传送到各控制点的方法。最后介绍了欧洲和南非的广播公司采用的方法，以及如何将这些功能组合起来提供国家或地区电视、广播发射台网络的自动化远程控制。这篇论文代表了1976年的“最先进水平”。此后，随着设备的可靠性有了进一步的提高以及数字技术的引入，该领域取得了进一步的发展。希望这篇论文能作为这一研究领域的有用背景。
1.介绍
无线电、通信发射机和网络电视的发展具有可靠性提高和运行稳定的特点，提高了工作效率性能和处理更复杂信号的能力(如彩色和立体声)。为了满足要求，标准已经改进了他们现在有机会装备自身配备高性能接收设备。另外方案服务数目有所增加对一些广播公司来说增加了复杂性需要更多的电路和发射器。这增加了系统的复杂性，而控制系统对于这些系统来说是非常适合的，可以使自动化和计算机充分利用现有的设备和资源来实现。对设备产品的设计要求高标准;为了确保这些标准得以保持，工作表现的持续监察及监察工作正常进行必需的。这导致了在线自动监测设备和自动系统的发展，绕过故障单元或调整输出性能。其中，发射台数量的增加是最主要的原因广播公司引进自动化技术并大规模经营。
无人值守的车站数量。目前的技术水平还没有达到，然而，结果是一个完全可靠的发射机，它降低了所有敏感自动监测系统的性能。正是由于这些原因广播公司引入了某种形式的远程监控控制，以便出席中心的职员在自动和监测系统证明是不够的。然而，大多数广播公司最初关注的是他们设备的可靠性。自动系统不会消除故障，因此，通常需要对所使用的的设备和电路优化多道程序分配和进行网络传输来提高可靠性。下一节讨论的是在提高看系统可靠性方面取得的进展，因为这将决定数量储备所需设备及自动安排使这些备用设备投入使用是必要的。
2.发射机的设计
提高发射机性能和可靠性的最重要的发展是在超高频频段引入固态技术和高增益大功率调速装置。后者实现调制、载波频率产生等功能，在较低的水平上进行，并采用固态设计减少了阀门的使用。阀门是大多数广播公司的操作经验通常负责一半的设备故障。由于组件设计不当(例如:材料滥用或电路错误)。错误导致失败操作条件、操作不当、维修故障或由此造成的制造缺陷。只有极少数的失败是老化的结果。因此，提高可靠性的目标是提高单个部件的可靠性和冗余度设计使电路中使用的关键元件的数量最小化。在这种情况下，一个关键元件将导致设备是否故障。。灾难性的风险通过降低组件的失效程度，从而降低了减少了电气和机械应力。尽管它可能会出现对预期不敏感的设计设备具有吸引力元件值的变化，增加了电路的复杂性设计可提高故障率。组件故障通常是假设浴缸故障率曲线如图所示图1所示。早期制造失效的部件的高故障率，而在失效期间是导致设备“老化”的原因。
图1
浴缸曲线的这一部分是恒定的，这是由于随机故障，以及浴缸的最终上升曲线是由磨损现象引起的。也许正是这些缺点在磨损期间具有重要意义。可靠性测试旨在隔离制造和设计缺陷和识别化学或内部应力漂移导致磨损现象的部件。组件级故障预测技术现在已经相当成熟，定义也很好，大多数组件制造商都可以预测可靠的故障率。然而，组件级故障预测很少预测不容易控制或量化的因素，例如粘结剂，表面污染的影响，包装失效，后生产处理不当等。由于妥协，广播公司发现有必要安装备用设备。但是，仍然需要在设备内部提供保护，以保护设备不受损坏。这种保护必须是自动的，并且必须具有适当的响应速度，以便与被监视的系统保持一致。需要自动保护的例子有：
(a)热离子器件的过度耗散
(b)组件发生故障，导致其他组件过载
(c)由于驻波过多而造成损坏的空中馈线故障
(d)冷却系统故障
(e)三相电源的单相故障。
保护通常是通过监测临界电流、电压、温度，水流和气流。使用的技术有通常用于控制和过程工程的。保护设备不受可能发生的瞬态浪涌的影响暂时诱发过载的情况下，引入是正常的自动复位系统，将电力恢复到瞬态。为避免设备在开机过程中受到损坏关闭期间，自动装置包括在保证发射机设备的供气和冷却系统按正确的次序投入运作，例如在接通电源之前，必须先进行冷却加热器;速调管的焦点供应必须在高韧性等。自动系统通常包括故障保险的验证电路，如果传感器本身发生故障，则发射器发生故障关闭。最近，固态过载传感装置首选继电器，但并发症可导致电压逻辑电路与过载点的区别可以感觉到。事实可能会证明，这很难解决，为了保持充分的性能，使用继电器可能更经济和可靠，经常使用系统反馈正确的性能变化。然而，这些系统缺乏非常高的稳定标准和传感装置。建立和消除原因比应用自动更正更好，但这显然取决于参数控制的易用性。晶体管和集成电路由于体积小、能在低功耗下工作、散热小、可靠性高而得到广泛应用。另一方面，晶体管在许多方面不如半导体阀门稳定。然而，这可以通过在一个管中使用两个或多个晶体管来实现，性能和稳定性可以改善。半导体的使用及其结果组件的小型化导致了模块化使用的增加建设。在一定范围内，循环器的使用现在是允许设计人员消除不良的反馈现象，其中有在过去导致传动性能不稳定。现在可能有一个发射机由多个模块串联而成，它们互不影响，在出现故障时，可以随时更换，不需要重新安排工作。在正常情况下，对传输特性误差的修正是固定的，可以将修正委托给外部方，以构建足够的修正器稳定性。高功率速调管的使用已经导致了驱动功率要求从几百瓦到几瓦。这使得循环器可以用来隔离激振器和速调管放大器，使残余边带滤波器在非常低的功率水平下工作，可以安装在输入端速调管放大器，提高了可靠性。功率晶体管不存在与阀门相关的脆性和磨损问题。为了安全起见，并联使用多个晶体管，从根本上消除了单个晶体管作为发射机故障的原因。虽然近年来传输的可靠性有了很大的提高，但大多数广播公司认为最好安装备用设备，以便在设备发生故障时维持服务。下一节讨论已经介绍的不同类型的备用安排。
3发射机系统设计
为了保证服务不受发射机故障的影响，通常在发射系统设计中包含某种形式的重复或“回退”位置。所有的复制都是昂贵的，因此，广播器将指定一个系统，当系统的某个部分出现故障时，根据站点的服务区域和/或维护安排，辐射出全部或减少的电力。复制通常采取两种形式之一，即主动储备系统或被动储备系统。在无源备用系统中，有一组运行设备和一组备用设备，它们的功率随之减小。后者可以在操作设备发生故障时切换到服务状态。然而，有源备用系统通常使用所有已安装的设备来达到所需的性能，但是电路的安排是这样的，当一个单元发生故障时，电路配置会发生变化，以便继续传输，尽管功率会降低。采用全功率后备发射机的被动后备系统可能是考虑的两种类型中最昂贵的。这是因为发射装置的装机容量是满足服务需求的两倍。最简单的被动储备操作形式如图2所示。无源备用系统通常在故障发生时在传输中引入中断，因为在恢复服务之前，备用设备需要时间达到其全部输出功率。然而，被动储备系统的优点是可以在全功率情况下继续提供服务，而且与主动储备系统相比，可以节省电力消耗和维修费用。
图2
在积极的储备制度下，任何一个单位的故障都会正常导致发射功率降低。线性功率阀放大器用于高密度电路设计的年代，假设输出功率放大器最有可能发生故障，并安排该单元在发生故障时断开电路，可以创建一个非常便宜的系统。这导致了功率输出的减少，而且由于阀门的增益很小，这通常是可以接受的。然而，随着速调管放大器的引入，这种技术已不能再使用。实现主动储备的一种常用方法是同时操作两个或多个发射机。早期尝试并行化大量的单元以尝试并保护服务不受多重故障的影响，但并未成功，因为必须引入复杂性来并行化多个单元。然而，值得注意的是，随着功率晶体管的出现，这种技术再次在低功率级别上受到青睐，然而，主要是为了达到所需的输出功率级别。电路如图3所示。
图3
其中一个发射器主动保留并行操作，另一个将不间断地承载服务，尽管辐射功率将下降6 dB。 如果从电路中移除双工器，则功率电平可以恢复到-3 dB。 布置如图4所示。
通过并行操作，必须保持两个视觉和声音输出的精确定相，并且这通过采样和比较输出信号的相位来实现。这些信号的相位差异; 用于将驱动器的相位改变为其中一个发送器。 最初，驱动相位调整是通过可变长度的电机驱动同轴线实现的; 但是，最近，采用了电子相移电路，它在调制之前改变驱动器的相位，从而消除了移动部件。 驱动相位系统被设计成不响应错误的反相零点，这将导致全功率被馈送到平衡负载而不是天线。
并联和匹配两个调频驱动器的偏差仍然是不可行的，因此与f.m. 声音发射器只能从共用驱动器馈送并行输出功率放大器。
已经使用各种技术来试图避免当两个发射器中的一个发生故障时发生的6dB损耗。 这些技术之一是使用Lorenz环形双工器。 该双工器如图5所示。它采用两条相等长度的线路连接一对“混合动力车”的相应部件，并允许连续调节天线和平衡负载之间的功率分配。这样， 一对发射器中一个的输出可以转移到天线而不会中断服务。另一种安排是使用两个发射器，每个发射器都有足够的功率，以提供电台的全部输出。发射器通常工作在一半功率，并且，在发生故障的情况下，将好的发射器切换到直接进入天线的全功率操作。速调管和天线开关电路增加的复杂性，以及为两种操作条件调整预校正电路的要求，往往限制了该系统的使用。
保持恒定功率输出的另一种方法是并联两个发射器，每个发射器提供所需总输出的两倍，并调整驱动器相位，以便在正常操作下辐射25％的功率，75％使用负载平衡。在一个发射器发生故障时，调整相位，使健康的发射器将其一半的功率输送到天线，一半输出到负载，从而确保恒定的功率输出，无需天线切换，也无需重新调整速调管的工作条件。 该系统是所有系统中使用最昂贵的系统，但与所有并行系统一样，它提供了服务的安全性和易维护性。
对于并联布置，通常使用接地双工器来组合两个发射器的输出。另一种方法是使用空间双工，其中每个发射器提供一个单独的天线。该系统存在两个缺点。第一个缺点是两个发射机的幅度调制/相位调制转换特性的差异（这在一定程度上发生在所有发射机中）。 这些差异引起在图像调制期间发生的小的相移。 这些相移使组合天线系统的垂直辐射方向图失真，并使观测器的接收距离保持恒定。 第二个缺点是备用功率电平为-6dB，除非提供了在一个发射机发生故障时将两个天线系统切换到并联配置的装置。
图5
为了利用传输设备可靠性的提高，已经开发出基于单视觉和声音发射器的“多路复用”系统（图6）。在正常操作中，一个速调管放大器用于视觉信号，另一个用于声音。在视觉或声音速调管失效的情况下，视觉和声音信号被组合并馈送到操作速调管。因为现在要求该速调管传输组合的视觉和声音信号，所以必须调整其操作条件以在其特性的更线性部分上工作以避免产生互调产物。由于必须在此条件下更改速调管的预校正，因此还需要单独的驱动器。但是，由于这种保留条件不经常使用，因此可以按照i.p.s（互调产物）进行减少的规格操作，通常情况下，降低功率水平-7dB是可以接受的。该系统是有吸引力的，因为它避免了在备用功率放大器预热时的延迟，而且，已知在转换之前备用系统的大部分是令人满意的。
资本成本低于并联系统的成本，但运营成本并不相同，因为对于多系统，有必要将声速传感器作为宽带放大器运行，因此效率较低。 通过使用单个速调管放大器发射器作为备用设备，在共同视觉和声音模式下操作，可以克服该系统的缺点。 该系统比使用全功率被动待机更便宜，并且避免了在发生故障时改变速调管运行条件的需要。 运营成本低于多路复用系统的运营成本，并且资本成本没有显着差异，因为不需要提供多路复用系统所需的复杂交换安排。
图6
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