切换设计（共12篇）
切换设计 篇1
0 引言
红外热成像的应用领域通常需要红外光学系统能够同时提供高放大倍率的小视场图像和低放大倍率的大视场图像以完成系统对目标的搜索、瞄准和跟踪功能[1]。因此在红外热成像设备中通常为可变焦光学系统, 光学系统按照其变焦过程中光学系统的焦距值是否连续变化可分为两类:一类为连续变焦, 通过透镜组及补偿镜组轴向间隙的连续变化而改变光学系统的焦距值, 即连续变焦结构形式;另一类为非连续变焦系统 (切换式变焦系统) , 即通过切换光学系统中的相关透镜组来改变光学系统的焦距值, 即切换式变倍结构形式, 通常被使用的主要由两档变倍和三档变倍[2]。
与连续变焦红外光学系统相比, 两档或多档变焦红外光学系统更加简捷而实用[3]。双视场红外光学系统是实现上述要求的一种简便实用的途径[4]。因此发展一种大视场短焦距用于搜索目标, 小视场长焦距用于判别和精准跟踪目标, 同时在目标搜索和跟踪过程中, 光学系统高速切换, 保证在视场切换过程中目标不丢失, 且具有良好的环境适应性的双视场红外探测技术十分必要[5,6,7]。文中介绍了一种先进的2档中波红外热成像视场切换组件。组件采用伺服电机驱动大、小视场镜组沿直线导轨运动, 可根据需要分别切入系统光路, 从而快速改变光学系统焦距。
1 光学系统方案
为了在实现高性能、高像质的同时, 尽可能减小体积、质量, 系统设计引入了非球面光学和衍射光学设计技术[8,9], 通过对光学系统的优化设计, 实现了用尽量少的镜片获得高像质、大变倍比的视场切换光学系统。
其光学系统如图1所示, 大视场镜组由5片透镜组成, 小视场镜组由4片透镜组成, 相应镜组切入光路内部则可实现光学系统焦距的变换, 并分别对应大视场和小视场。
2 机构组成及机械传动设计原理
视场切换机构的主要部件有:切换支架、镜座支架、大视场镜组、小视场镜组、磁钢、限位螺钉、永磁铁、直线导轨、齿轮、齿条、霍尔元件、伺服控制器、PWM功放、减速器和伺服电机等组成。视场切换机构外形如图2所示。
两个视场镜组分别固定到镜座支架上面, 镜座支架再与直线导轨的滑块固定。通过伺服电机和减速器驱动齿轮带动固定在镜座支架上的齿条运动, 从而驱动视场切换镜组按要求运动, 并由霍尔元件判定镜组位置, 共设置有四个霍尔元件, 其中两个是减速开关, 在接近到位位置时, 提供信号控制电机开始减速, 另外两个是到位开关, 控制电机停止运转。为了防止在振动强度较大时镜组移位, 在视场切换到位时采用磁力自锁机构, 保证在振动时镜组不会移位。另外视场切换机构当中还设有限位螺钉, 可调整切换的行程。视场切换机构的控制回路如图3所示。
3 设计选型
在视场切换机构的设计中, 需要根据视场切换的相关要求, 对滑动导轨和驱动的伺服电机等进行设计选型。本文所设计的视场切换机构, 要求视场切换时, 镜组的光轴倾斜小于1′, 视场切换速度小于0.5 s。因此, 下面根据这两个指标对要使用的滑动导轨和伺服电机等进行设计选型。
3.1 滑动导轨选型
视场切换机构的导轨选用某型直线滑动导轨, 其具有传动精度高、耐冲击和耐高低温的优点, 该型导轨已在昼夜型瞄准吊舱及其他光电产品中使用, 能够很好地满足使用要求。
该型直线导轨行走的平行度误差约为2.25μm, 运动过程中行程为48 mm, 可以得到调焦透镜运动过程中的倾斜为a=2.25÷ (47×103) =0.047mrad=0.16′<1′, 满足光学系统小于1'的要求。
3.2 伺服电机选型
根据结构设计结果, 视场切换镜组负载重量242 g, 齿轮半径5 mm。
要求总切换时间t=0.5 s, 取加速时间ta=0.15 s, 匀速时间tb=0.2 s, 减速时间tc=0.15 s, 整个切换行程的转速特性如图4所示。
由运动学公式l=vta/2+vtb+vtc/2=0.35v, 可得切换速度v=l/0.35=48 mm÷0.35 s=0.137m/s;齿轮 (电机输出轴) 转速n=v (/2πr) =0.137÷ (2×3.14×0.005) =262 r/mim。
视场切换镜组总负载质量为242g, 考虑载机7.5g的过载加速度, 则由于负载重力影响作用在传动齿条上的力为F=0.242×9.8×7.5=17.878N。
视场切换结构的运动部件的总重量为242g, 高精度直线导轨的运动为滚动摩擦, 摩擦因数为3‰, 加速度按7.5g计算得到调焦机构的摩擦力为f=μmgκ=0.003×242×10-3×9.8×7.5=0.053N。
则作用在电机输出轴上的总力矩为M= (F+f) ×r= (17.878+0.053) ×0.005=90mN·m。
考虑到结构设计的尺寸限制, 选择某型伺服电机, 其主要参数为:标称功率为10 W;额定电压为24 V;空载转速为4150 r/min;堵转转矩为133 mN·m;堵转电流为3.72A;最大连续转矩为28.8 mN·m;最大效率为87%;机械时间常数为3.97 ms。
减速器选择与电机配套的某型精密行星齿轮箱, 其参数如下:减速比为14:1;输出的最大连续转矩为2N·m;最大输入转速为8000r/min;最大效率为70%。
根据选定的电机和减速器核算, 连续输出转速为4150÷14=296r/min>262r/min。
输出力矩为28.8×14×0.87×0.7=245.5mN·m>90mN·m, 所选电机和减速器均满足要求。
4结论
通过上述设计过程, 所完成的视场切换机构已经完成了整个光电探测设备系统的联试, 并通过了高低温及振动试验的测试, 均能满足系统的要求。本文所介绍的视场切换机构具有如下几个特点:
1) 体积紧凑、结构简单。通过光学系统的优化设计, 减少了视场切换镜组光学镜片的数量;合理排布所有零件及控制元器件, 有效利用了设备的空间尺寸。通过单个伺服电机作为驱动元件, 配合齿轮齿条驱动实现视场的切换, 整个控制回路简单清晰, 降低了控制系统设计的难度。
2) 切换迅速。为避免视场切换之后丢失目标, 光电探测设备通常都对视场切换的时间有较高要求, 需要视场切换机构在短时间内完成大小视场的切换。
本切换机构通过伺服电机的驱动, 可使大、小视场镜组根据控制系统要求快速切入光学系统实现焦距变化。同时由于所选电机转速较快, 为避免切换快速使得切换镜组在遇到机械限位时产生的冲击损坏镜片, 设置有相应的霍尔元件, 感应镜组的位置, 在接近机械限位时, 通过电信号控制电机转速下降, 减小切换到位时的冲击力。实测该机构的切换时间小于0.5 s。
3) 切换定位准确、可靠。切换机构设有可以精确调节位置的限位螺钉, 装配后可将限位的位置按要求调整到位。同时为了防止振动环境下切换镜组移位, 设有磁力锁紧装置, 通过永磁铁与磁钢的吸力配合完成。经过实验证明, 所选择的永磁铁和磁钢在所要求的高、低温环境下性能稳定, 因此该机构具有高可靠性的定位功能。
参考文献
[1]黄士科.空空导弹多光谱红外成像制导技术研究[J].红外与激光工程, 2006, 35 (2) :16-20.
[2]李运动, 孙树旺, 何磊.红外系统变倍机构研究与分析[J].电光与控制, 2012, 20 (1) :88-104.
[3]孟剑奇.双视场6倍变焦红外热成像光学系统[J].红外与激光工程, 2008, 37 (1) :89-92.
[4]黄和平, 高鸿艳.移动式视场变换机构的设计[J].激光与红外, 2004, 34 (6) :455-456.
[5]AKRAM M N.Design of a multiple-field-of-view optical system for 3 to 5μm infrared focal-plane arrays[J].SPIE, 2003, 42 (6) :1704-1714.
[6]JOHNSON R B.Zoom lenses with a single moving element[J].SPIE, 1990, 1354:676-682.
[7]曲贺盟, 张新.高速切换紧凑型双视场无热化红外光学系统设计[J].中国光学, 2014, 7 (4) :623-629.
[8]樊仲维, 光学系统中的二元光学元件[J].光学精密工程, 1995, 3 (2) :1-10.
[9]郭永红, 沈忙作, 陆祖康.折/衍射红外消热差设计[J].光学学报, 2000, 20 (10) :2392-2395.
切换设计 篇2
教学目标：
1.知道英文和汉字需要在不同的状态下输入，掌握切换输入状态的方法，了解如何在“智能ABC输入法”中输入特殊字符。
2.体验两种输入状态的作用以及切换的技巧，加深对输入法的理解。3.培养学生学习文字输入的热情和探究意识，提高学生的文字信息处理能力。
教学重点和难点：
重点：切换英文和汉字的输入状态。
难点：输入特殊的字符。教学准备：多媒体网络教室、课件
教学过程：
一、导入
展示课件图片
师：周末，小丽请能能和大强去家里做客。小丽准备了许多种水果。但是，要想吃到这香甜的水果也不太容易。看，小丽提议大家一起做个游戏，你们猜能能和大强能吃上吗？
生1：能。
生2：不一定哦。
师：看来大家也不确定啊，那我们也要好好学英文了，万一哪天到同学家里去做客，非要我们说上几句，如果不会的话可太尴尬了。
师：这节课，我们来学习一下常用的英文单词，利用前几节课学过的操作，把它们输入到“记事本”里。
二、新发现：汉字和英文要在不同的状态下输入。
师：通过前几节课的学习，我们学会了输入英文字母，也学会了在“智能ABC输入法”下，使用拼音输汉字。下面，我们结合这些知识，把文件中的三组词组输入到“记事本”中，记得把它们翻译成英文单词，输入到词组的后面哦。
师通过多媒体网络教室发送“练习一”到学生机。学生接收、并操作。（任选其中一组词组输入即可）
师：在输入的过程中要注意排版——词组之间要换行。（复习“ENTER”回车键的操作）
在学生操作的过程中，老师巡视、指导，纠正个别打字姿势不正确的同学。待大部分学生输入完毕，师提问：你们是怎样操作的，有没有什么好办法，和同学们分享一下？（以“肉、老虎”为例，来演示操作。）
生1，演示——输入“肉”，再输入“meat”，“ENTER”键换行输入“老虎”，再输入“tiger”。（切换输入法3次）
生2，演示——输入“肉”“ENTER”键换行输入“老虎”，再分别输入“meat”“tiger”。（切换输入法1次）
学生总结，第二种方法更节省时间。师总结，操作步骤：
1.单击桌面右下角的 按钮，选择“智能ABC输入法”，输入汉字。按钮，选择“中文（中国）”，输入英文单 2.单击桌面右下角的 词。以上两位同学的操作方法都对，针对不同内容不同形式的文字性输入，我们要注意动脑思考，怎样操作才能更快捷准确。
提示：利用CTRL+SHIFT组合键可以快捷地来回切换输入法。
学生操作，完成词组输入。
练习一及答案 三、一点通：寻找五角星——特殊符号输入
师：刚刚大家的操作都非常准确，下面老师把完整的词组及英文翻译，发送给你们，核对一下，有没有马虎出错或者不把握的地方。然后结合课本P55的知识，用你喜欢的符号把这些词组或单词标注出来。食物： 动物： 人物： 火腿 ham 狗 dog 男孩 boy 盐 salt 猫 cat 女孩 girl 肉 meat 猪 pig 妈妈 mother 奶 milk 老虎 tiger 爸爸 father 鸡蛋 egg 马 horse 叔叔 uncle 面包 bread 鱼 fish 你 you
学生操作。
学生汇报展示“标记”方法、步骤。
师总结：特殊符号的输入与汉字的输入有很大不同，多数中文输入法都提供了非常便捷的输入方法。不同的输入方法，输入特殊符号的方法也不一样。
四、去探索
比一比，译一译。
输入课本P56的英语句子，并将其翻译成汉语意思写在后面。
Hello,I’m Lanlan.Good moring? That is a dog.This is my school.五、加油站：各显其能来输入——各种输入法。
师：“智能ABC输入法”不一定是最好的拼音输入法，也不一定是你喜欢的输入法。常用的还有搜狗、五笔输入法，有兴趣的同学可以在课下操作使用一下。
六、课堂小结。
通过这节课的学习，绝大部分同学都能熟练掌握英文和汉字输入的切换操作，在查找、插入特殊符号的练习中，表现都很好，希望课下选择自己喜欢的输入法练习操作课本P56“去探索”中的第一题。
《英文汉字巧切换》教学反思
本课我从学生对课本上的三组词组的中英文字的输入出发，引出至少要学会中文和英文混合输入方法。讲述了启动汉字输入法的方法，如何用“智能ABC”输入汉字，以及输入汉字时必然要遇到的几个状态切换：全角、半角的切换和中、英文的切换方法。
从学生上课的反应情况来看，在课堂上不少学生能够按时完成了我布置的任务，但总是有相当一部分学生无法按时完成任务，总结了三个方面的原因，一是对中英文输入的切换不能熟练操作，原因是学生还不能熟练地掌握中英文的切换方法，日后要多加练习；二是拼音的掌握不好，Z、C、S和ZH、CH、SH，前后鼻音分不清导致打字速度慢下来，这个问题不是一时能解决的，要求学生平时在语文课的汉字学习时注意积累；三是键位不熟，指法错误，有些学生到现在还是在用“一指禅”敲键。打字没人能帮得了忙，在以后的教学中要求学生多多练习文字输入，熟能生巧。
在教学过程中，书本上讲解的智能ABC竟然有一部分学生不喜欢或者不习惯用，原来有不少学生在家里的电脑上已经熟悉“搜狗拼音输入法”的文字输入了，而学校机房的电脑中也已经增加了这个输入法。同时也让学生认识与掌握搜狗拼音输入法好用带来的方便、快捷。
切换设计 篇3
关键词：反激 绕组 充电 切换 稳压
中图分类号：TD6 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2012）010-032-02
各类矿山在线安全监测系统经常处于高温、多尘、高湿、高寒、雷电等极端恶劣条件中，同时，矿山环境又存在频繁停电、供电线路屡遭破坏的实际问题。因此，在线安全监测系统的可靠性问题—特别是供电的可靠性问题—已经成为业界关注的焦点问题之一。大多数矿山在线安全监测系统在紧急事故中因供电中断导致的系统瘫痪，极大地限制了其应用范围，也为矿山安全生产埋下了隐患。基于这种现状，矿山行业迫切需要一种能够提供具备高可靠性，可以在外部失电情况下为用电设备提供稳定电源供给，保证系统或者局部关键设备能稳定持续工作的不间断直流电源。
为解决上述问题，本文提出一种高可靠性的不间断直流供电装置。目前，常用不间断直流供电技术有两种，一种是电池常在线型，电池在不停的充电同时也在为后端用电设备不停的提供能量；另一种是电池后备型，正常情况下，市电通过转换为用电设备提供能量，当市电故障时，电池才投入使用。文中提出的装置属于第二种类型，在市电正常的情况下通过市电转换为稳定的输出电压；当市电故障时电池投入使用，经过转换提供稳定的输出。正常情况下电池一直处于充电管理过程中，采用这种方式可以极大的保证电池的使用寿命，延长设备使用年限。
1 不间断直流电源实现方法
1.1 不间断直流电源基本架构
文中提出的不间断电源装置采用反激开关电源设计，分为初级变换、输出稳压两级结构。初级变换采用反激隔离变换实现电池充电和初级电压变换，输出稳压级是一组DCDC变换单元，实现二次输出稳压变换。
初级变换单元采用反激变换器的形式，实现输入输出隔离，副边输出两组绕组S1和S2，其中S2绕组的输出提供给电池充电，S2绕组的输出采用闭环控制，实现对电池的恒流恒压充电控制；S1绕组的输出开环无稳压调节，直接连接到后级的输出级稳压DC-DC线路输入端。电池的输出经过一个整流MOS管连接到DC-DC线路的输入端。
1.2 S2绕组设计
变压器S2绕组的输出经过整流后向后级电池进行充电，对S2绕组整流后输出的电压及电流进行检测，通过一级放大后反馈到变压器原边控制器的输入参考电压端，进而调整控制器的开关占空比实现输出的稳流稳压控制。
在电池欠电严重的情况下，先实现恒流控制，快速的给电池提供能量；当电池电压升到一定数值以后实现输出恒压控制，减缓电池充电速度。
图2为电池恒流恒压充电反馈检测控制线路图。其中，恒流与恒压数值的可以通过调整取样电阻进行修改，在使用过程中根据不同电池的充电性能进行相应调整。
1.3 S1绕组设计
变压器副边S1绕组的输出是开环状态，经过整流后，输出一个波动的直流电压，当电池电量充满时，S1绕组的整流输出要大于电池的电压，保证在任何状态下S1绕组的输出始终大于电池电压。
1.4 切换电路设计
S1绕组的整流输出直接连接到DCDC稳压线路，电池的输出经过一个反接的N沟道整流MOS管连接到DCDC稳压线路输入端。
在输入交流电压存在时，初级反激变换器S1绕组的输出电压始终大于电池的充电输出电压，由于MOS管内部二极管的反向截止作用，S1绕组的整流输出向DCDC稳压线路单元提供能量，电池处于热备份充电管理状态。
在输入交流电压消失后，S1的绕组输出电压开始下降直至消失，当电池的电压大于S1绕组输出的时候，MOS管的反向二极管开始导通，电池开始给DCDC稳压线路提供能量，保证输出电压的稳定。
S1的输出监测及MOS控制线路是一组辅助功能单元，实现在S1无输出的情况下，控制MOS管开通；当S1输出恢复时，关断MOS管。
S1绕组的整流输出与电池之间通过MOS内部的反向二极管特性实现切换，当S1输出确定已经消失的情况下通过控制线路开通MOS管，屏蔽二极管导通状态，减少器件功率消耗。
1.5 输出DCDC稳压线路
输出DCDC稳压线路实现输出的最终稳压。线路支持宽范围电压输入，保证在S1整流输出供电或电池供电的状态下最终输出电压的稳定。
1.6 保护线路
该不间断直流电源的各类保护线路通过嵌入式MCU进行监测和控制，主要实现电池及输出的过压、过流、欠压等检测控制和多状态配合保护。
2 测试及性能分析
2.1 试验测试方法
不间断直流电源的测试主要是针对电池的充电和输入掉电电池切换，交流正常输入情况下，将一组欠电电池接入，通过示波器或萬用表监测电池的充电状态、输出电压状态；当电池充满电后切掉交流输入，监测输出电压的变化。
2.2 电池充电测试
该电源所用的电池为标称电压12V的锂电池，容量2300mAh，在充电过程中对电池电压进行监测，绘制电池充电电压图表。
从图4中可以看出，在电池充电起始阶段，电池电压上升比较快，这个阶段电池一直处于恒流充电状态，当电池充电到接近75%能量，既电压充到接近10.5V的时候，转为恒压充电状态，从这时开始电池电压缓慢稳步上升，在充电电压达到12V的时候转为浮充状态。
2.3 电池切换输出电压测试
在电池充好电以后，切掉输入交流输入，在设备输出带80%负载的情况下监测输出电压状态。
在进行电池切换的过程中输出电压并无明显的波动，说明该电源产品实现了交流输入与电池之间的无抖动切换，保证设备在电池切换过程中输出电压无跌落，供电稳定。
3 总结
实验表明，本文设计的不间断直流电源能够在正常输入交流供电的情况下，对电池的进行良好充电，并在供电故障状态下，实现输出电压的无抖动切换。同时，电池在输入正常情况下处于热备份状态，当输入消失后才投入工作，有效的增加了电池的使用寿命，保证了设备的可靠供电，为各类设备和在线监测系统在恶劣矿山环境下的稳定运行提供了有效保障。
参考文献：
[1] 任锦瑞.矿山电源质量问题及谐波处理[J].机电与自动控制，2008，06（29）：39-41.
[2] 闫福军.宽电压输入反激式开关电源的研究[D].成都：电子科技大学，2010.
[3] 张维.单端反激式开关电源研究与设计[D].西安：西安电子科技大学，2011.
[4] 应建华.锂电池充电器中恒流恒压控制电路的设计[J].微电子学，2008，03（38）：445-448.
[5] 陈立剑.智能化锂电池充电系统研究[J].船电技术，2011（02）：17-20.
电站事故照明切换电路设计 篇4
事故照明切换电路设计, 在正常情况下照明由交流回路380V提供照明, 当发生事故时, 由直流220V投入运行提供照明。其中电站在交直流切换中都是利用各自连接公共母线实现可靠供电。本次设计为完善切换电路, 加入了报警控制电路, 利用这个电路实现对交直流切换过程的报警, 使得电站事故照明切换电路更加完善。
2 主要元器件特性
2.1 电阻、电容
电阻是所有电路中使用最多的元件之一。在物理学中, 用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大, 表示导体对电流的阻碍作用越大。不同的导体, 电阻一般不同, 电阻是导体本身的一种特性。电容 (或称电容量) 是表现电容器容纳电荷本领的物理量。它是一种静态电荷存储介质, 可能电荷会永久存在。
2.2 熔断器
熔断器称为保险丝, 是一种保证电路安全运行的电器元件。熔断器其实就是一种短路保护器, 广泛用于配电系统和控制系统, 主要进行短路保护或严重过载保护。
2.3 隔离开关
隔离开关是高压开关电器中使用最多的一种电器, 隔离开关用于各级电压, 用作改变电路连接或使线路或设备与电源隔离。
2.4 电磁继电器
电磁继电器是一种电子控制器件, 它具有控制系统 (又称输入回路) 和被控制系统 (又称输出回路) , 通常应用于自动控制电路中。
2.5 晶体管
晶体管 (transistor) 是一种固体半导体器件, 可以用于检波、整流、放大、开关、稳压、信号调制和许多其它功能。
2.6 555定时器
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为555, 用CMOS工艺制作的称为7555, 除单定时器外, 还有对应的双定时器556/7556。555定时器的电源电压范围宽, 可在4.5~16V工作, 7555可在3~18V工作, 输出驱动电流约为200 m A, 因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。555定时器, 性能可靠, 只需要外接几个电阻、电容, 就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
2.7 计数器
计数器是一种非常典型应用很广的时序电路, 计数器不仅能统计输入时钟脉冲的个数, 还能用于分频, 定时、产生节拍脉冲等。计数器的类型很多, 按计数器时钟脉冲引入方式和触发器翻转时序的异同, 可分为二进制计数器、二-十进制计数器和任意进制计数器。
二进制加法计数器运用起来比较简洁方便, 结构图和原理图也比其它进制的简单明了, 但二进制表示一个数时, 位数一般比较长。十进制是我们日常生活中经常用到的, 不用转换, 所以设计十进制加法计数器比设计二进制加法计数器应用广泛, 加法器是以数据的累加过程, 对我们的生活有一个积极地促进作用。
74LS161是可编程中规模同步4位二进制加法计数器, 其中, Q3、Q2、Q1、Q0为计数状态输出端, C为进位输出端, EP, ET为计数控制端, LD为预置数控制端, D3、D2、D1、D0为预置数输入端, RD为异步置零控制端, CP为计数脉冲输入端。
2.8 数字显示译码器
在数字系统中, 译码器的功能是将一种数码变换成另一种数码。译码器的输出状态是其输入变量各种组合的结果。译码器的输出既可以用于驱动或控制系统其他部分, 也可驱动显示器, 实现数字、符号的显示。显示译码包括驱动液晶显示器 (LCD) 、发光二极管 (LED) 、荧光数码管等。数码译码主要是用来完成各种码制之间的转换。例如可用来完成BCD-十进制数、十进制数-BCD之间数制的转换。把所使用的每一种二进制代码状态都赋于特定的含义, 表示一个特定的信号或对象, 叫编码。如用四位二进制数的0000~1001这十种状态, 分别表示0~9这十个十进制数码, 称为8421编码。反过来把代码的特定含义翻译出来, 称为译码。
3 事故照明切换电路设计
电路如图1所示, 给事故照明负荷。PV、PA为直流监视仪对于变电站, 事故照明正常时由交流电源供电, 当交流电源失电时, 经事故照明切换装置自动切换为直流电。事故照明切换电路如图一所示, KV1-KV3为电源监视继电器, 当交流电源消失时, KV1-KV3失电, 一方面其常开触点断开, km1失励, 断开交流电源, 另一方面其常闭触点返回闭合, 启动接触器km2.km2带电起励后常开触点闭合, 同时启动直流接触器k m3, 自动投入直流电源, 供给事故照明负荷PA、PV为直流监视仪。
正常供电时指示灯HG亮, 当交流失电时, 指示灯HR亮, k m3得电, k m3的常开触点闭合km4线圈得电, km4的常开触点闭合, 报警器接通, 当发出报警信号后, 需要人工复位, 按下复位按钮SB1, km5得电, km5常开触点闭合, 形成自锁, km4线圈失电, 停止报警。
4 电路设计的拓展
在本电路设计的基础之上, 可以再加一部分计数显示电路, 即可以把每月或者每年发生故障的次数记录并显示出来。所用元器件为计数器、译码显示器等。方法为在事故照明切换电路要提供直流电的220V直流电源处, 通过一个滑动变阻器接计数器, 然后再连接译码器显示器。
因为十进制计数器的有效状态位为10个, 而74LS161的有效状态位为16个, 所以用十六进制计数器构成十进制计数器时只需要保持10个状态位即可, 又因为74LS161计数器计到0000或者1111又进位标志, 所以选择其一进行保留, 在应用同步置数或者异步清零的方法使其循环即可。计算机在处理各种文字符号或数码时, 必须把这些信息进行二进制编码, 在编码时所使用的第一种二进制编码状态都赋予了特定的含义, 即表示一个确定的信号或者对象, 实现这种功能的电路叫编码器, 如用于键盘的BCD码, ASCII码编码器等。译码器可以将输入代码的状态翻译成相应的输出信号, 以高、低电平的形式在各自的输出端口送出, 以表示其意愿。译码器有多个输入端和多个输出端。假如输入的端个数为n, 每个输出端只能有两个状态, 则输出端个数最多有2n个。
摘要：指出了中小型水电站和变电所, 事故照明正常时由交流电源供电, 当交流电源消失时, 经事故照明装置自动切换为直流电源供电。设计了电站事故照明电路, 为电路实现可靠故障转换提供参考。
关键词：计数器,报警器,555定时器
参考文献
[1]任骏原, 腾香, 马敬敏.数字电子技术实验[M].沈阳:东北大学出版社, 2010.
[2]阎石.数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 1998.
[3]余孟尝.数字电子技术基础简明教程[M].3版.北京:高等教育出版社, 2006.
[4]余雄南.数字电路与系统[M].西安:西安电子科技大学出版社, 1988.
[5]王佩珠.电路与模拟电子技术[M].南京:南京大学出版社, 2001.
[6]付植桐.电子技术[M].北京:高等教育出版社, 2000.
[7]康华光, 陈大钦.电子技术基础:数字部分[M].4版.北京:高等教育出版社, 1999.
[8]刘浩斌.数字电路与逻辑设计[M].北京:电子工业出版社, 2003.
双风机切换记录 篇5
1、加强设备的隐患治理工作
设备是生产、生活中不可缺少的，它运行的正常与否将直接影响装置的安全生产，因此，对设备的隐患治理工作显得尤为重要。尤其是水利水电建设单位，各种大型设备的健康工作是非常的重要。因此，就需要我们的员工在日常的工作中更好地维护它、保养它，用保证设备安全运行来确保安全生产。水电施工环境差，作业强度高，连续施工时间长，加之中标单价偏低，设备陈旧老化，更新速度慢，维护不够，因此这些设备存在许多缺点，这就要求我们的员工在日常的巡检工作中要做到，精心检查、准确判断，查找事故隐患的根源，把事故隐患消灭在萌芽状态，避免影响安全生产。
2、采用先进技术，实现设备本质安全
随着现代科学技术的迅猛发展，一批技术先进的、本质安全型的电气设备诞生。在水电生产中，使用本质安全型的设备对安全生产有着十分重要的意义。它即可以减轻员工的劳动强度，还可以确保安全生产，创造出更大的经济效益。技术水平较高的员工也难以避免常规电气设备不发生影响安全生产的故障因素，这是由常规电气设备性能所决定的，只有本质安全型的电气设备才能很容易让员工实现这一愿望。所以在生产、生活中大量采用本质安全型的电气设备是时代的要求、安全的需要、员工的愿望，我们水利水电建设者、管理者要重视此项工作。
3、加强精心操作，反违章指挥
切换设计 篇6
打开上盖接通电源，用万用表电压档测接收机高频头（供给LNB高频头的）输出电压，垂直为13V，水平为17V，根据双极化高频头垂直极化和水平极化电压切换原理，垂直12-14.5V，水平15.5-25V，该机供高频头的电压是正常的。如果安装多面天线接收卫视信号，用四切一切换器，在垂直极化状态转换天线，加上馈线损耗，切换器用电和高频头用电13V电压可能会变低，导致转换器不切换故障（正常高频头工作电流C头300mA左右，Ku头125-300mA，四切一切换器在30mA左右），把垂直电压提高是否能排除该故障呢？我便决定试一试（但不能超过高频头垂直电压14.5V，否则高频头水平和垂直极化无法切换）。
根据该机高频头供电原理，找到了供高频头水平和垂直切换电压的稳压块IC8，其原理如图所示，稳压块LM317T外形象一只中功率三极管，左脚为控制脚，中间为输出脚，右边为输入脚(稳压管脚向下，面对管正面)，根据绘出的图分析原理，改变R4电阻的阻值，可改变lC8稳压块输出电压，因该机采用贴片元件焊接，小心用电烙铁焊下电阻R4，用万用表测电阻为10K，找来一只10K带脚电阻和一只5．1K可调电阻串联后焊接在原R4位置。打开接收机电源，让接收机处于接收垂直极化状态，用万用表测高频头输出的垂直电压，边调可调电阻边看万用表，当电压为14V时焊下可调电阻，用万用表测电阻为1.1K，找来一只1.2K电阻和10K电阻串接后焊入原R4电阻位置，实测供高频头的垂直电压为14V左右，水平电压18V，接上四切—转换器和四面卫星天线，设定（四面天线的）卫星接收参数，经反复试用感觉良好，四切一转换器切换自如。
多路电视循环切换监控电路设计 篇7
目前,大多广播电视发射台站,在多套路电视播出中的监视、监控这一设施上,一般采用的都是电视墙的型式。然而不容忽视的是,随着广播事业的发展,设备不断更新,节目套路迅猛增加。电视墙的方式首先就会碰到发展“空间”的问题。 其次,电视墙的方式,需要配置多个值班员。长时间的高度精神集中,广角式的盯着多幅屏幕,久而久之难免会给值班员造成视觉上的疲劳和判断上的迟钝。另外, 不可回避的是,一般情况下,在同一监控室里,电视伴音都是人为处置在静音状态,至使监听如同虚设,实质上就造成了监控上的盲区,无形中给安全优质播出打了折扣。
我们设计制作的多路电视循环切换监控电路,就很好的解决了上述问题。它的设计思路是,把多路电视视频在一幅监视屏上依次切换,即时间分割式的循环显示。伴音信号在LED屏上作同步电平显示。这样就只利用一个监视屏,就使全套电视节目得到了连续循环的监控。一个值班员就可以完成整个播出的监控工作,减轻了值班员的工作强度。另外电路还设置了故障自动检索、报警等功能,使监控功能更趋于完善。
1电路设计
如图1所示:整个电路可分循环切换电路,伴音监测和故障报警电路三部分。 其中循环切换电路是本电路的核心,它的主要功能是产生和输出脉冲串行,依此再转化为单向脉冲,作为切换动作信号,提供给监视器或机顶盒的频道调换电路,实现电视频道的更换。伴音监测电路是把同步切入的伴音信号以LED电平的形式显现出来,同时据其电平的变化判断是否发生故障,以启动报警电路。故障报警部分,电路在发出报警信号之前,先给切换电路一个停滞动作信号,为使故障频道画面停留在当前页面上。如果在预定时间内故障未能自行解除,电路系统再发出声光报警。
1.1循环切换电路
电路由集成电路U5(NE555)和U3(CD4093 )及外围元器件组成。其中U5、 R11、R13、 C4构成单稳态脉冲振荡电路。 U3A、U3B、R14、R15、C6组成单稳态触发电路。串行方波脉冲由U5-3脚输出接至U3A-1脚,单稳电路把周期性方波转变成单方向窄脉冲,形成切换信号。
原理分析:当静态时,U3A-1-2脚高电平,输出端U3A-3低电平,U3B-4输出为高电平。动态,U3A- 1脚有低电平输入,U3A-3输出高电平。电容C6正端电压突然由0上升至VCC, 又由于电容两端电压不能突跳,所以就有一个正电压加到U3B的输入端,使U3B的输出端由高电平变到低电平,随着电容C6从VCC—R14— C6—R15的充电过程,U3B的输入端电压慢慢下降到门限电平时,输出又为高电平,这样就有一个负向脉冲形成。调节电阻R15可改变脉宽, 即切换信号的作用时间。U3C-10连接U3B-5,是单稳电路禁止端接口电路,当U3C输出低电平时,单稳电路不工作。S2为切换信号倒向输出开关。S1-2为电路工作状态选择开关。
1.2伴音监测电路
U1(LM3915)是10段LED发光管驱动集成电路,该电路的内部包含有放大器、基准电压电路及10个电平比较器,有对交直流放大和检波作用,由它构成音频电平拾取电路。其作用是检测输入伴音信号幅度的高低,依此即可判断是否故障, 并据其输出相应的高/ 低电平变化控制电路的工作状态。U4、U2A是它的输出电路。
1.3报警电路
U2B、R6、C2和U2C、R9、C3各组成不同时间延时电路,作用是为判断是否发生故障留有时间冗余。电视信号正常时,伴音信号经U1内部放大检波生成正比于原音频信号大小的直流电压,驱动比较器产生差比电压输出低电位,逐段点亮LED管。 U2A翻转输出高电平,U2B、 U2C输出低电平。若在U2B-4、U2C-10脚保持低电平延迟时间内又有音频信号输入,则U2B、U2C输出将始终保持低电平,即不会出现低一高电平的变化,从而防止了因节目之间的停顿和间歇时间而引起的误动作,电路没有控制信输出,表示电视信号正常。
电视信号异常时,U1内部的直流电压减小或为零,10个比较器逐段关闭呈现高电位,U2A输出跳变为低电平,此时U2B、U2C输入端由于电容C2、C3的作用, 电压不会马上下降,C2、C3经电阻R6和R9对地放电,U2B-5-6、U2C-9脚的电压也会随着慢慢降低,当下降到2/3VCC电压时,U2B、U2C电路翻转,输出高电平, 完成延时。在电路设计中,R3、R4取值不一样,所以它们完成延时存有时差。第一个延时是用来作滞停切换电路动作的控制,由U2B-4脚经S1-2、U3C接到单稳禁止端。第二个是由U2C完成LED警示发光和触发蜂鸣器声音报警。S1为切换功能联动转换开关。
2电路的调整
2.1切换电路调整
改变R13,可以调整U5输出频率在1-20Hz之间变化,即可控制切换时间间隔。时间周期可由公式t=2.3RC求得, 一般设置在20S左右。实际操作时可随时观察切入画面停留时间的变化,微调电位器R13。单稳触发脉冲电路中R15、C6是决定脉冲宽度的关键元件,数值也可由RC时间常数公式得出。一般情况下,在选定了电容值,只改变R15,就可达到调整脉宽的目的。需要注意的是脉冲宽度不能调得过大,以防止连续跳台现象,一般调整200mS以内。
2.2音频检测电路的调整
这部分电路采用了LM3915使调整变得简单,音频信号经电位器R4接入5脚, 调节R4和机顶盒的音量键,观察LED条状发光管点亮变化,当第7个发光管被点亮时,输入的伴音电平幅度即为合适。
2.3延时电路的调整
R6、C2和R9、C3分别是构成两个延时电路时间元件,同样可以用时间公式决定RC的数值。也可以采取边观察边调整的方法。具体做法是关闭音量,预设R6、 R9数值,测量U2B、U2C输出端的电位变化,低电位时为延时时间段,高电位时即延时完成。U2B电路一般调整在10S, U2C电路调整在20S左右为宜。
3电路的安装
本电路所用电阻均为1/8W,集成电路和其他元器件也可用其他型号代替,PCB制版最好采用双面板设计。该电路只要焊接无误,经过简单的调整就能正常使用, 且工作稳定可靠。整个电路可以安装在受控监视器或机顶盒内,电源为+12V供电, 可以借用机内的电源。电路A-IN插口接受控监视器或机顶盒的音频输出,S2的CH+ 和CH- 端口分别接到监视器或机顶盒的频道上调键和频道下调键电路。
4结束语
多路电视循环切换监控电路,通过利用普通元器件,以巧妙设计,完成了多路电视视频依次切换、循环往复,在一个监视器屏上监视的实践,解决了对多路电视进行监控的实际问题。同时在对伴音监控的设计上也兼顾了故障报警功能,使电路系统更趋于完善。该电路具有结构简单紧凑,简单易于制作,不需太多调试等特点。 可作为一般发射台站设备更新、节目套路增加,监控措施及时跟进的技术手段,它能够替代电视墙的使用,也适合各类视频监控场合。
摘要：应用于多路电视的监控,电视墙应当是常用的型式。然而它每单屏适用频道固定和整体占用空间面积大的特点,极不适应广播电视的发展,更跟不上节目套路急剧增加的节奏。本电路利用循环切换的方式,把多路电视视频依次切换在一个监视器上作时间分割式显示,伴音以LED条状发光管显示电平。很好解决了多套路电视监控的问题,这样的设计,可以解除对电视墙的依赖。电路采用常用元器件,原理简单巧妙,结构紧凑,不但经济且实用,适用于一般广播台站作为在多路电视播出监控设施上的运用。
播出切换监控系统设计与实现 篇8
随着安全播出这一问题日益受到重视, 各电视台在播出前端的技术系统、人员保障和管理制度上投入了大量的资源, 以确保节目播出安全可靠, 及时处理各类系统和设备故障, 避免出现安全播出事故[1,2,3]。如何为身处一线的播出值班员提供各路信号源和系统设备的状态信息及各种故障报警信息, 以便值班员快速进行应急处置和排除故障, 这将是播出系统设计中需要考虑的重要问题。
1 项目背景
南方电视台作为一个中等规模的电视台, 播出值班人员存在人手紧缺的问题, 每名值班员需同时监控2~3个播出频道, 由于没有设置专门的信号传输监控岗位, 播出值班员还要对信号传输、播出情况进行监控, 工作任务十分繁重。
在2011年实施的播出系统改造项目中, 南方电视台对播出通道进行了重新设计, 把主备播出通道的2×1倒换器后移到各个播出平台之前, 每个播出平台采用独立的倒换器, 同时增加紧急垫播设备, 每个播出平台信号均经过紧急垫播倒换器才对外输出。这项改造在提高信号可靠性的同时也增加了系统复杂度, 需要对这些倒换器工作状态进行严密监控。
为了减轻值班人员的工作压力, 同时提高播出系统的安全保障能力, 南方电视台采用画面分割器加85 in等离子大屏的方式替代原来由CRT监视器组成的电视墙, 并充分利用画面分割器可提供丰富信息显示能力的特性, 设计出一套播出切换监控系统, 把播出切换Tally信息、信号源路由信息、播出信号故障信息和播出通道各个关键设备运行信息等通过一定的方式与信号画面相结合显示在大屏上, 使值班员充分掌握系统运行状态和播出信号状态, 当发生系统或设备故障时, 快速判断故障点, 及时进行故障应急处置, 避免出现安全播出事故[2]。
2 系统结构
系统采用主备监控服务器运行机制, 主备服务器通过串口芯跳线进行连接和通讯。当主服务器出现问题时, 备服务器可以自动接管, 无须手动操作, 在服务器恢复正常时, 备服务器会自动将控制权交回给主服务器, 从而保证了健壮的主备机制。监控服务器与各种信息输入输出设备相连, 对外来的各种信息进行分析处理, 并把处理结果送到画面分割器与信号画面结合进行显示。播出切换监控系统结构见图1。
信息输入设备包括提供当前信号源切换状态的播控台和应急矩阵、提供信号源调度路由状态的播出矩阵、总控矩阵以及提供播出通道路由状态的主备通道倒换器和紧急垫播倒换器等。输入设备的接口有以太网、串行接口和GPI接口等, 以太网接口设备通过交换机与服务器连接, 串行接口和GPI接口设备直接连到服务器上相应的接口输入模块。设备如果自身出现问题进行重新启动或其他操作, 在恢复正常之后, 系统将自动进行连接而无需手动操作。
画面分割器提供32路嵌入音频SDI信号输入, 支持Tally和UMD显示功能, 可对信号故障进行检测。分割器采用TSL控制协议, 通过以太网与监控服务器双向通讯, 接收系统处理后的各种Tally和UMD信息在大屏幕上显示, 同时在大屏幕上显示各路输入信号的视音频故障信息, 并把这些故障信息传送回服务器进行记录和分析。为确保信号监控安全可靠, 画面分割器采用双输出方式, 除了向85 in大屏输出监控画面外, 同时向桌面上的19 in显示器输出简单布局的分割画面作为备份, 提供重要信号画面和信息的监控。
系统的所有参数设置可通过工作站进行远程配置, 用户可以通过可视化图形界面, 在工作站进行多个频道的设备接口、路由名称、报警参数等配置工作, 并可保存和调用配置文件。
3 实现功能
播出切换监控系统提供播出通道与值班人员信息交流的重要渠道, 其实现的主要功能是通过大屏幕向值班员显示信号画面和状态报警信息, 提示值班员及时进行故障应急处理。图2是南方电视台经视频道播出监控大屏幕示例。
3.1 信号监看
信号监看是播出切换监控系统最基本的功能。合理设计信号监看节点, 对值班人员快速判断故障点, 有着十分重要的作用。根据南方电视台播出通道特点, 在分割器上提供了PGM/PST、各路节目信号源、主备播出通道、各播出平台倒换器和返送接收等多种监看节点, 可监看信号画面和嵌入音频电平。画面根据信号流程进行分区布局, 如节目信号源画面在屏幕的左方和下方, 各播出平台输出信号在屏幕的右方, PGM信号采用大画面放在屏幕中上方, 值班员可清晰了解各类信号的状况。
3.2 切换Tally指示
这是传统的信号切换状态指示功能, 值班员可通过节目信号源源名文字的颜色知道当前正在播出信号的来源。信号源名的颜色可自定义设置, 一般设置正播信号 (PGM) 的颜色为红色, 预设信号 (PST) 为黄色, 其他信号为绿色。如果当前是主播出通道 (播控台) 播出, 播控台输出画面的名称显示为红色, Tally跟随播控台切换而变化;如果当前是备播出通道 (应急矩阵) 播出, 应急矩阵输出画面的名称显示为红色, Tally跟随应急矩阵切换而变化。
3.3 信号故障报警
画面分割器可对每路输入信号进行无信号、静帧、静音和黑场等故障检测, 并可自由设定检测参数。当某路信号出现故障时, 在其画面周围将出现红色闪烁边框, 并在画面中提示故障类型。分割器同时把故障信息发送到监控服务器, 用于故障日志记录和发出声音报警。声音报警可设置为某些重要信号出现故障时才发出, 避免太多声音造成混杂。报警声音可根据不同频道、不同信号和不同故障类型进行自动语音合成, 提供清晰准确的提示。
3.4 信号源名跟随
矩阵调度到播出端的信号通常用于外来节目直播或转播, 如新闻直播、户外现场直播或转播中央台节目等, 值班员需要对信号来源和所经过的处理设备清楚掌握, 避免出现信号调度错误, 便于处理信号源和设备故障。为此, 在屏幕上显示这些信号的来源和路由信息, 对于值班员进行监控是十分必要的。
监控服务器实时获取总控矩阵和播出矩阵到各频道输出口的调度信息并进行智能分析, 如果信号经过环接在矩阵上的信号处理设备进行多次处理, 也可以获取信号经各级处理设备的路由信息, 并把信号源名和路由信息一起送到分割器对应的画面位置进行UMD显示。
监控服务器同时对播控台和应急矩阵的切换路由进行监控, 如果当前播控台和应急矩阵切换到矩阵信号, 其对应的画面和PGM/PST画面信号名称也能显示完整的信号源名称和路由信息, 便于值班员进行监控。
3.5 倒换器状态告警
南方电视台播出通道经改造后, 播控台和应急矩阵 (主备播出通道) 信号在各个播出平台的2×1倒换器进行倒换, 再经过紧急垫播系统的2×1倒换器后送到各个播出平台输出。倒换器可以手动操作遥控面板进行倒换, 主备通道倒换器同时也设置为根据信号有无进行自动倒换。
值班员平时需要注意倒换器的工作状态, 以便了解当前采用主通道还是备通道播出, 紧急垫播系统是否启用, 各个播出平台的倒换器是否同步工作。为此, 系统在各个播出平台输出信号画面的下方设置了状态指示图标, 倒换器正常状态时为绿色, 倒换状态时为红色, 并可设置声音报警, 使值班员对倒换器工作状态一目了然。
3.6 主备通道状态告警
当播出通道切换到应急矩阵播出时, 系统检测到倒换器的工作状态后, 将在PGM画面左下角闪红色提示“应急矩阵播出”提醒值班员注意, 并可以设置声音报警。
在某些情况下播控台和应急矩阵的切换信号可能不一致, 如播控台经过手动干预后。系统检测到主备通道切换不同步情况后, 将在PGM画面的右下角闪红色提示“主备不一致”提醒值班员注意, 并可以设置声音报警。主备通道状态告警提示见图2的PGM画面信息。
3.7 布局快速调用
在进行户外现场直播、转播中央台等特别节目播出时, 由于所关注的节目信号源与日常播出不一样, 需要调整分割器的画面布局。分割器可通过遥控面板实现一键快速调用布局, 同时系统会同步更新布局所需显示的各种Tally、报警、源名跟随等信息。
3.8 日志记录
系统实时记录各种监控信息, 包括路由切换信息、设备状态信息、信号故障信息和系统操作信息等, 并提供多种信息查询和搜索方式, 便于日后进行故障分析排查。
4 结束语
南方电视台播出切换监控系统改变了以往播出前端信号监控的方式, 采用最新的画面分割器和85 in等离子大屏幕作为监控终端, 除了正常的节目信号画面监看和切换指示外, 还为值班员提供了播出通道相关的各种设备信号状态信息和故障报警信息。经过一年的使用, 系统运行稳定可靠, 极大地提高了值班员的工作效率和故障处理快速反应能力, 提升了播出系统的安全保障水平。
参考文献
[1]张学新, 袁军.发射机房监控系统实用性改造[J].电视技术, 2010, 34 (9) :90-92.
[2]叶青青.长春电视台数字播总控系统[J].电视技术, 2010, 34 (2) :68-69.
LTE系统中切换的研究与设计 篇9
3GPP LTE系统在基于分组交换的基础上能提供显著的更高数据速率、更高用户吞吐量更低延迟等服务。在系统协议架构中,LTE与已有的3GPP系统最大的不同在于无线接入网络架构。随着无线网络控制器的取消,LTE接入网只存在eNB(evolved Node B)一种逻辑节点,网络架构中节点数的减少使得网络架构更趋于扁平化。这种结构性的演进降低了用户面传输延迟。为了上述改进可以确保系统的性能需求指标在各种移动条件下得到满足,切换扮演着重要角色。
切换乃一种重要的无线资源管理功能,是蜂窝通信系统中最重要的过程之一,其旨在维持终端和基站的通信。根据切换发生时,终端与源基站以及目标基站的连接方式的不同,系统切换大致分为硬切换和软切换,其余后续演变亦在此基础上。
在TD-SCDMA中,还根据其系统特性设计了全新的接力切换技术。接力切换充分利用TD系统特殊的帧结构设计和上行同步的特征,通过开环同步保持实现上行预同步过程,这样就可以使终端在接入目标小区时,能够很快的完成上行同步过程[1]。在此切换过程中,终端从源小区接收下行数据,向目标小区发送上行数据,即上下行通信链路先后切换到目标小区。
2 LTE切换研究
2.1 LTE切换过程
软切换是CDMA系统的特有的切换方式,而在FDMA和TDMA的移动通信系统中,所有切换都是硬切换。基于此,可知LTE系统中切换为硬切换。LTE中,eNB根据UE的测量与报告做出切换决定,然后进行切换操作。如此切换进程被分为四部分:切换测量、切换报告、切换决定、切换执行。切换测量与报告由UE和eNB交互完成;切换判决在eNB中进行;切换执行则是在UE、eNB和MME(移动性管理实体)共同协同下完成的[2],上述流程如图1。
2.1.1 切换测量
LTE系统内测量过程是UE在切换前对小区信道条件进行的物理测量,经过处理后上报测量结果。物理层协议中定义了很多测量信号量,根据算法设置一般选取以下几项[3]:
(1)Carrier RSSI(载波接受信号强度指示)测量是UE从所有带宽内测量到的总的接收功率。这个测量量并不是直接单独报告,而是作为RSRQ(参考信号接收质量)测量的输入使用。
(2)RSRP测量的是特定小区一定频带内的RS接收功率,从而得到该频带内的信号强度。这个测量主要用于为不同的LTE候选小区按照信号强度排序,并且作为切换和小区重选的决定的输入量。
(3)LTE系统中还采用了RSRQ这个测量量,旨在提高切换质量,降低掉话率。RSRQ定义为N*RSRP/(E-UTRAN Carrier RSSI),N为进行RSRP测量的RB数目。一般情况下,当RSRP测量不能为执行可靠的切换决定提供足够信息的时候,将采用此测量量。它能结合参考信号强度和干扰以高效的方式提供报告。
2.1.2 测量报告上报评估准则
UE的层3根据事件触发准则进行事件评估,当测量结果满足报告事件的触发条件时,UE将向网络侧源小区上报测量结果。LTE系统中包括A1、A2、A3、A4、A5、B1、B2共7种不同的测量报告事件,前5种用于LTE系统内测量,后两种用于异系统测量[4]。
2.1.3 切换判决过程
源eNB接收到测量报告事件后,根据选定的切换算法决定是否需要进行小区切换,以及是否开启或关闭异频/异系统测量,并控制UE的服务小区更新等操作。
UE周期监测小区的RSRP和RSRQ,它们的产生基于从服务小区和最强邻近小区接收到的参考信号。图2为基于RSRP值的硬切换算法,这里使用两个量进行切换决定,分别是HO margin(HOM)和触发时间(TTT)定时器,在图2中当条件小区B的RSRP值大于源服务小区A的RSRP值与HOM的和,并且持续TTT时间间隔后,小区A将决定触发切换。
目前在系统设计中已经按照UE速度,无线网络部署,拥挤条件和系统负载等最优条件下设置了HOM和TTT的值,所以显示不出其二者设置适当临界值的重要性。适当的设置触发切换的值对切换进程尤为重要。引入TTT量就是为了最大限度的抑制不必要的切换数量。不必要的切换成为“乒乓”切换,在切换到邻近小区后不久又切回到原小区。每一个切换需要网络资源重新安排路线让呼叫接入到新基站,如此以来降低切换数量就是降低信令负载。当然还有一种降低信令负载的方式就是引入切换无效定时器,仅当定时器超时之后切换才能发生[5]。
2.2 LTE切换中控制平面流程
图3描述的是一个在LTE系统内部且MME和服务网关不发生变化的基本切换流程,这里分别从切换前测量、切换准备、切换执行、切换完成四个阶段来具体分析[2]:
(1)切换前的相关测量操作
源eNB提供的测量控制可以帮助控制UE连接时的移动性。根据系统信息设置的规则要求,触发UE发送测量报告。源eNB基于这些测量报告和无线资源管理的信息决定UE是否需要进行切换。
(2)切换准备阶段
源eNB发送一个切换请求消息到目标eNB,其中包含一些在目标端为切换准备资源所必须的信息。如果目标eNB同意分配资源,其将根据接收到的无线接入承载质量信息来执行准入控制,以此来增加切换成功的可能性,目标eNB做好切换准备并且发送切换请求确认消息到源eNB。
(3)切换执行阶段
源eNB组装包含移动性控制信息的RRC连接重配置消息发送到UE。UE端接收到连接重配置信息。在接收到这条连接重配置信息后,UE执行到目标eNB的同步过程,通过RACH接入到目标小区。当UE成功接入到目标小区,UE发送连接重配置信息完成消息去证实切换完成,目标eNB从此时开始与UE建立通信。
(4)切换完成阶段
目标eNB发送一个路径切换消息到MME去通知UE已经变换了服务小区,MME则发送信息到服务网关,通知服务网关用户平面的连接需要从源eNB切换到目标eNB。服务网关切换下行数据路径到目标侧,并且服务网关在旧的路径上发送一个或者几个“end marker”分组到源eNB,然后释放任何到源eNB的用户平面的资源。
服务网关发送一个用户平面更新请求响应信息到MME,确认MME发送的用户平面更新请求。MME发送路径切换确认信息来证实路径切换信息。通过发送UE上下文信息释放,目标eNB通知源eNB已经成功切换,并且触发在源eNB的资源释放。
3 LTE切换中状态划分与转移设计
这里的状态是指UE在协议栈的RRC(无线资源控制)层所涉及到的状态分类。切换过程中相关的状态包含:小区选择、切换、连接三个状态。小区选择包含PLMN(Public Lands Mobile Network,公众陆地移动通信网)的选择和小区选择。寻找可用的PLMN ,并在选择的PLMN上选择合适的小区驻留,进入空闲状态。连接状态是初始安全性已经激活、连接重配置完成、建立了SRB2(信令无线承载2)和DRB(数据无线承载)、完成了UE和网络端之间的无线链路建立,可以进行正常的数据通信过程。切换则是执行系统内同频、异频小区间的切换,主要是通过连接重配置消息完成。
在图4中,连接状态下UE的RRC层接收到来自PDCP层的包含切换的重配置信息。此时,RRC对底下各层进行配置,并将重配置信息中包含的非接入层的消息,上报给EMM(EPS移动性管理),随后进入到切换状态。当RRC层接收来自MAC的连接建立信息。此时,RRC将通知EMM成功完成切换,同时将重配置完成消息通过PDCP发往低层,再次返回连接状态。如果切换过程中随机接入过程失败,则回到原小区的配置,同时向EMM发送切换失败的指示,并将切换失败的信息通过PDCP发往低层。然后释放低层资源进入小区选择状态,等待发起重建。
4 切换中接入层通信的仿真
本设计研究中借助了通信协议开发平台SDL与TTCN的联合使用。在整个切换过程中接入层涉及到12条通信原语,每条原语承载相应的接口参数。仿真中有两大功能块,分别是系统环境(亦可看做终端物理层接口)和终端接入层高层共协议栈。协议流程描述如下:网络端触发切换命令,向终端发送包含移动信息的连接重配置消息。该信令消息传送到RRC层之后,RRC将依据重配置信息中相关参数对MAC、RLC、PDCP三层进行重配置。随后,终端组装RRC连接重配置完成消息发向网络端,用以通知网络端切换完成情况。完成了切换过程的SDL设计后,结合编写的正常条件下的测试例,进行联合测试,仿真结果如图5。通过分析可知,设计能够确保切换过程中接入层各层正常通信,完成协议栈高层在切换中的相关操作和数据处理[6]。
5 结论
切换是一种重要的无线资源管理功能,是终端在连接状态下最关键处理之一,其用于保证无线资源在跨区时的连续性、安全性和准确性。本文在总结切换演进的基础上,分析了LTE系统中切换处理过程和控制面信令流程。基于此设计了切换中RRC层的状态转移图。最后通过SDL等工具对LTE中切换进行通信设计和测试,结果表明设计能够确保协议栈接入层实现切换中的通信和相关数据处理。
摘要：在集中总结移动通信系统中的切换分类和演进的基础上,研究了LTE系统中关于切换的详细处理过程和控制平面的流程操作。结合LTE协议栈整体开发,设计了切换中RRC层的状态转移划分与转移图。最后通过SDL等开发工具,设计并仿真验证了切换中终端接入层通信过程。分析发现上述设计能够确保LTE接入层协议栈执行系统内切换的可靠性和可行性。
多档位自动切换电流测量电路设计 篇10
积分球是一种常用的光学实验设备, 它作为理想漫射光源和匀光器, 被广泛的应用于光辐射测量等领域[1,2]。为了判断光源的辐射通量, 在积分球中使用硅光探测器对光强信号进行测量。硅光探测器根据光强的不同输出变化的电流信号, 在积分球光源无光到强光照射下, 硅光探测器的电流响应信号变化范围很大 (一般从几μA到1A左右) , 一般的电流测量电路不能直接对如此宽范围的电流信号进行直接测量。根据所要测量电流宽变换范围的特点, 本文设计了宽范围电流测量电路, 将电流分为4个档位, 并使用单片机实时检测电流测量值, 根据电流值大小切换测量档位, 以保证电流值在合适的测量范围之内, 提高了测量准确性。
1 电流测量原理
电阻降压法是一种常用的电流测量方法, 使被测电流通过一个已知阻值的标准电阻, 在标准电阻上将会产生一定的压降, 通过测量电阻两端的压降即可反算出电流的大小。对于某一固定阻值的电阻, 若阻值取值太小, 当小电流 (如μA级别的电流) 经过电阻时, 在电阻两端产生的压降很小, 可能会导致后端的模数转换器无法分辨该电压差, 从而无法对小电流电信号进行测量。若阻值取值太大, 当大电流 (如1A级别的电流) 经过电阻时, 一方面由于功耗大会使电阻发热严重, 另一方面由于压降过大会超过后端模数电路的输入范围, 造成元器件的饱和或损坏。因此, 要根据不同的电流大小选择合适的阻值进行电流测量电路的设计。
2 电流测量电路设计
根据要测量电流范围, 将测量范围分为0-2m A, 2 m A-20m A, 20m A-200m A和200m A-2A四个量程。电流测量电路原理图如图1所示。
硅光探测器的输出端与原理图中电流输入端J41相连, 当电流范围在0-2m A时, 三极管Q21控制端为低电平, 三极管Q22和Q23控制端为高电平, 电流通过继电器S4后经过采样电阻R46、R47和R49, 当电流范围在2m A-20m A时, 三极管Q21和Q23控制端为低电平, 三极管Q22控制端为高电平, 此时的采样电阻为R46和R47。当电流范围在20m A-200m A时, 三极管Q21、Q22和Q23控制端为低电平此时的采样电阻为R46。当电流范围在200m A-2A时, 三极管Q21控制端为高电平, 此时的采样电阻为R44。根据电流经过的采样电阻不同, 所产生的电压差分别通过不同的AD623放大器进行放大, 放大之后的信号通过ADC芯片进行转换获得数字信号。3个继电器S4、S5和S6开关状态和量程的关系如表1所示。
采样电阻的大小与量程相关, 阻值越大, 能测量的电阻越小, 分辨率越高, 但是越容易使后端放大器进入饱和状态。反之, 阻值越小, 电流分辨率越低, 但是能测量的电流值越大。
AD623[3,4,5]是集成单电源仪表放大器, 它可以在单电源下提供满电源幅度的信号量输出, 在本设计中采用+5V电源供电。其增益由公式 (1) 确定,
根据设计要求, 两组放大器 (U5和U6) 的增益分别设置为2和25, 因此可以计算两组放大器的增益电阻分别为R42=100kΩ, R45=4.2kΩ。
放大器放大后的信号进入ADC芯片AD7705进行模数转换, AD7705是16位分辨率的A/D转换器, 使用+5V单电源供电, 具有3线数字接口, 可以通过该接口进行芯片功能配置, 该芯片还具有自校准和系统校准功能[6,7]。AD7705的应用电路如图2所示。
3 程序设计
使用STC12C5A60S2单片机与AD7705芯片的控制IO相连, 定时采集模数转换值, 根据采集数据结果判断当前电流范围, 以此确定合适的量程。量程切换过程是本软件编写的主要部分, 量程切换部分程序流程图如图3所示。
4 结论
本文采用量程分段的方式, 设计了一种宽量程自动切换电流测量电路, 可以对硅光探测器输出的范围在几十μA到2A的电流进行测量。使用该测量电路可以满足积分球对电流测量的需要, 具有较好的实时性, 实际电路经软件标定以后可以提高测量精度, 该设计方法具有使用价值, 可以为宽范围电流测量提供参考。
参考文献
[1]赫英威, 李平, 吴厚平等.积分球辐射光源照度均匀性研究[J].应用光学, 2012, 33 (3) :548-553.
[2]王淑荣, 邢进, 李福田.利用积分球光源定标空间紫外遥感光谱辐射计[J].光学精密工程, 2006, 14 (2) :185-191.
[3]王建新, 任勇峰, 焦新泉.仪表放大器AD623在数采系统中的应用[J].传感器与仪器仪表, 2007, 23 (3) :169-171.
[4]张君, 赵杰.仪表放大器AD623的性能与应用[J].仪表技术, 2002, (5) :45-46.
[5]刘高明.单电源、电源限输出仪表放大器AD623及其应用[J].电测与仪表, 1999, (1) :44-46.
[6]朱延钊.AD7705/AD7706的原理与应用[J].国外电子元器件, 2002, (6) :59-61.
[7]陈勇钢, 吴伯农.AD7705高精度数据采集的实现[J].国外电子测量技术, 2006, 25 (1) :38-40.
现场切换的思维艺术 篇11
首先，谈谈切换不到位的情况。
漏切。这种现象属于导播事先知道某个镜头必切，甚至做了精心准备，可关键时刻却漏切了。比如：前几年柯受良驾车飞越黄河壶口瀑布，就出现了漏切的遗憾。
错切。这类现象就更多了。造成这种现象的主要原因是导播在关键时刻对镜头主体不明确。访谈节目怎样处理嘉宾与现场观众的关系，电视晚会怎样处理演员与现场观众的关系，往往心中没数。现场观众一掉泪、一鼓掌、一欢呼导播不由自主地就切给他们了，这是一大忌。下面我们列举几种不同的"错切"现象，认真分析，找出一些规律来。
歌唱家郭兰英的独唱音乐会，当郭兰英唱完《小二黑结婚》中"清凌凌的水来蓝盈盈的天"选段以后，非常热情地向观众介绍该剧的作者田川同志，观众怀着崇敬的心情向他报以热烈的掌声，掌声烘托气氛，现场相当隆重。此时切出田川同志的镜头是最佳时机，可导播却把镜头切给了现场观众。等镜头切回田川同志的时候，他与郭兰英的热情握手，相互致意的细节已经过去了。
丢切。主要指把演员的"戏"丢掉了，这种例子也不少。造成这种现象的主要原因，是导播不懂得"戏眼"。比如，赵本山和宋丹丹演的小品《儿子大了》，表现他们相依为命，互相关心时有一个动作：两人互相往对方嘴里夹菜，赵本山刚把菜放到宋丹丹嘴里，现场就响起热烈的掌声，导播手疾眼快立马将镜头切给了观众。接着宋丹丹往赵本山嘴里夹菜的掌声更响，可电视观众没有看到。
其次，谈谈犯这些错误的原因。
一是忙中出乱。柯受良驾车飞越黄河就是典型的例子。该怎么切，什么时候切，事先导播是非常清楚的，因现场紧张、慌乱、手足无措，影响了大脑的思维，才造成了不良的后果。遇到这种大型活动，导播一是对镜头心中要有数，二是头脑要清醒，有条不紊，才能万无一失。
二是对切换主体不清楚，心中没数。像以上列举赵本山、郭兰英等节目的例子就属于这一类。
三是盲目"耍"镜头。为了避免镜头单调，导播对镜头作些处理是完全必要的，但一定要根据内容去处理。
四是对镜头的景别和镜头运动的实质不了解。镜头的景别（特、近、中、全、远景等），镜头的运动（推、拉、摇、移、升、降等）都有其各自的特点和作用，作为导播一定要熟知这些基本常识，才能恰到好处地灵活运用。
五是要了解节目的特点和规律。访谈节目和文艺节目各有特点。访谈节目不需更多的运动镜头，主要强调镜头切换的准确性；文艺节目就复杂了，有动的（比如舞蹈），有静的（比如相声。化装相声除外），有场面大的（比如大型歌舞），有场面小的（比如独唱），有激烈的、快节奏的（比如抗洪抢险），有抒情的、慢节奏的（比如梁山伯与祝英台）。舞台设计也不一样，有平面舞台（一个层面），有立体舞台（两个层面或更多层面）等等。不同的内容，不同的形式，就用不同的镜头去处理，镜头语言既流畅又准确，才能让观众赏心悦目。
六是要加强艺术修养。导播应是杂家，各种艺术形式你可以不精，但不能不懂。哪些地方是"戏眼"、"戏核"，哪些地方出彩，你不仅要知道，还要会用镜头去表现。比如，在戏曲开打场面中，一个武功演员一口气翻了二十多个跟斗，翻到七八个时观众掌声响起，你"啪"地一下把镜头切给了观众，看得正起劲的电视观众被中断了。就是不懂镜头，也要知道这个地方应该看演员，或许电视观众正在数跟斗呢。
七是导播要与摄像沟通。节目的镜头虽然都是由导播切出，但是由摄像提供的。因此，除摄像要具备一定的艺术素养外，导播必须把节目的总体把握、具体要求、甚至分镜头与摄像沟通交流；摄像也可根据导演的要求提出自己的设想，最后达到统一，做到胸有成竹，现场才能配合默契。
第三，弄清楚台上（演员）与台下（观众）的几种关系。
从以上"错切"的例子看，大都是不该切给观众的时候切给了观众。那么，在何种情况下应 毫不犹豫地切给观众呢？
１．台上与台下合为一体时。
比如在一台国庆晚会中有一首歌曲联唱，其中的几处合唱部分都是由现场的方阵观众演唱的，尤其唱到"这是伟大的祖国……"时，台上的演员英姿勃发，台下的观众精神抖擞；台上的演员群情激奋，台下的观众放喉高歌；台上的演员挥舞国旗飘飘，台下的观众成了红色海洋（每位观众挥动手中的小国旗）。台上台下融为一体，整场气氛异常热烈。台上台下正打、反打镜头交叉切换；近景全景各种运动镜头灵活运用；场面巍巍壮观，情绪激动人心。这场面是台上台下一体的，怎么切也不会切错。
２．台上与台下产生互动时。
台上打擂的演员和台下支持的方阵（或拉拉队）产生互动时，要恰到好处地切给观众席。
３．台上的内容与台下的观众产生联系时。
比如《艺术人生》栏目中，当大山谈到他的中文名字是借用北京大学学生食堂大厨许大山的名字时，导播切入了台下的许大山，电视观众并不知道他是许大山，当主持人把他请上台并介绍给观众的时候，由于先前的铺垫，观众很快就记住了他。
４．台下对台上产生烘托时。
台上演员的表演对台下观众产生效果时（或哭或笑或鼓掌），切入观众镜头可以对电视观众的情绪有所感染。但切记：不能中断演员的精彩表演，保证表演的连贯性。只能在表演的"空当"中切入。
第四，如何准确把握现场切换。
１．以"情"为主。
尤其在访谈类节目中，被访嘉宾动情之处一定要把镜头给他，甚至要用近景或特写。这种情况下一般不要把镜头切走，切走要有理由。比如访谈栏目《做客五频道》采访著名小提琴演奏家薛伟，当薛伟谈到初到英国的艰难经历时，导播切入了一个观众镜头：中景，镜头慢推特写，他的眼圈红了，他的眼睛湿润了，眼泪流出来了，他在擦泪……随着薛伟画外音的步步叙述，这位老人的感情也在渐渐深入。电视观众在想：他是谁？为什么比别人动情？当主持人介绍他是薛伟的父亲时，现场响起热烈的掌声，原来这些遭遇薛伟从来没有告诉过父母。"儿行千里母担忧"，真正疼爱儿女的还是自己的父母。所以，像这样的观众镜头不仅应该切，而且还有"文章"可做。
２．以"演"为主。
演：演唱者，表演者也。尤其在演出中的一些精彩之处（演唱的华彩部分）、惊险之处（杂技）、神秘之处（魔术）、动情之处（戏剧、小品），以及绝活、绝技等，都不要为切观众镜头而中断演员的表演。
３．以"动作"为主。有些节目是以动作为主的，比如：舞蹈、杂技、戏曲的开打、哑剧等。它靠演员的形体动作来表达语言、语汇和意境，所以，在切换中一定不要中断。若要切给观众，原则只有一条：不能影响"戏"。
４．导播们一定要记住：你切出去的镜头是给电视观众看的，不是给现场观众看的。所以，要从接受美学的角度去研究受众心理，我们切出去的画面是他们最想看的画面，而不是导播强迫他们看的画面。
切换设计 篇12
在机载遥测遥控领域, 由于机载安装平台的限制和对天线的使用要求, 传统的机载测控天线方案一般采用全向天线[1,2]。全向天线具有在方位面的全向波束覆盖和在俯仰面的宽波束覆盖, 因此可以保证飞机在各种航向和姿态下, 天线波束覆盖所要求的区域, 从而保证任何状态下机载测控系统的性能。
但是, 传统的机载全向天线具有明显的缺陷: ①天线增益低, 从而系统的能力弱, 传输的数据速率很低, 不能满足实际应用上高速数据传输的要求[3]; ②全向天线波束不仅覆盖需要的通信方向, 同时也覆盖不需要的方向和敌方方向, 系统的抗干扰 ( 包括无意干扰和故意干扰) 和反侦察能力很差。
机载测控天线采用定向波束切换天线, 不仅可以提高天线的增益, 从而提高系统的传输能力, 而且可以提高系统的抗干扰能力。因此机载波束切换技术可应用在高速数据或图像传输系统和抗干扰通信系统中, 提高系统的性能。
实现定向波束切换天线的方法有多种, 而采用全向天线单元组阵、通过简易波束控制实现的波束切换天线具有电气性能好、控制方法简单和可实现性好等特点, 适合用作代替原全向天线的机载测控天线。
1 波束切换天线形式
波束切换天线可根据目标指向不同自动改变波束方向, 可以说是一种简单的智能天线。由于波束切换天线的设备组成简单、成本低, 因此得到了广泛应用。
波束切换天线有几种类型, 其中一种是常规的波束切换天线, 它由指向不同方向的多个独立天线单元组成, 每个天线单元覆盖一定的空间区域, 根据使用要求自动切换到某个天线单元, 实现对准目标的功能。现移动通信的基站天线一般采用这种方法。这种方法的优点是原理简单, 只需要知道目标出现空域后切换到相应的天线单元即可。缺点是天线单元波束方向固定, 只有几个离散的波束指向, 指向精度不高, 无法实现高精度跟踪和定位。在某些设计中, 可以改变天线单元的形式, 达到提高增益、压窄波束等效果, 如天线单元与反射面或透镜面配合使用, 则可实现高增益、窄波束性能, 但仍存在指向精度不高的问题。另外, 这种天线的天线单元本身是定向天线, 因此尺寸较大, 较难用作机载测控天线。
电控无源阵列天线 ( ESPAR) , 实际上是一种性能上类似开关波束系统的智能天线, 从性能和结构组成上来看, 适合于用于机载测控系统[4,5,6,7]。ES- PAR天线巧妙利用各阵元之间的耦合, 在天线上实现空间滤波。天线为一个7单元λ/4单极子或半波振子的六边形阵, 其中只有中心阵元是有源振子, 其他6个阵元均为无源振子, 分别下接一个可变电抗元件, 对称分布在以中心阵子为圆心、半径为λ/4的圆周上。天线形成波束的原理就是通过一种方法改变每个阵元下可变电抗元件的值, 从而改变天线的方向图, 形成对准目标的波束。
该天线在方位面形成了宽波束的定向方向图, 其增益可达到8 dB以上, 波束宽度为60°左右。由于6个无源振子可以轮流设置相应的电抗值, 因此可以形成方向相差60°六个波束, 因此在方位面这6个波束可以覆盖360°。
但仿真分析时发现, 电抗加载的变化引起方向图变化, 主导因素是加载电路的电抗部分, 同时与阵列形式、天线单元形式等密切相关。天线单元之间的互耦影响天线的驻波比, 很难定量分析, 给工程设计带来很大困难。可变电抗元件要形成容性和感性等多种特性, 实现对有源振子的引向和反射的作用, 而在实际制作中, 电抗原件和电感原件在频率较高时, 特性会发生改变, 使得按照仿真结果得到的电路很难达到所需要的特性。
因此, ESPAR天线虽然具有一些优点, 但用于实际工程、尤其用于机载测控系统中还有一定差距。本文提出一种采用全向天线单元组阵、通过简易波束控制实现的波束切换天线, 具有较好的工程实现性。
2 简易控制的波束切换天线设计
2. 1 工作原理
简易控制的波束切换天线的设计方法是: 阵列布置与ESPAR天线完全相同, 只是每个单元都进行馈电, 并且单元在合成之前利用简单的移相器件[8,9,10,11,12]。改变移相器件的值, 则可以控制天线的波束方向。
天线系统采用圆形阵列结构, 共有7个天线单元, 布阵方式如图1所示。单元1位于中心, 其他6个单元位于正六边形的6个顶点上, 六边形的边长为λ/4。
天线系统由天线单元、微波电路设备 ( 包括移相器、合路器、分路器和波束控制器) 、信号处理设备组成, 如图2所示。为形成方向可控的波束, 每个天线单元接有移相器, 通过改变移相器的移相量, 可实现波束切换。
2. 2 性能仿真分析
对该天线进行了性能仿真分析。仿真模型中, 天线单元采用半波振子, 阵元间距为工作频率所对应的1/4波长。
阵元的相位按照状态A分布, 其波束指向为正六边形某一边的垂直平分线方向; 阵元的相位按照状态B分布, 其波束指向为正六边形中心指向某一顶点的方向, 如表1所示。馈电时, 中间的单元馈电幅度为其他单元的2倍, 有利于降低整个阵列的旁瓣电平特性。
( 单位: ( °) )
状态A下的方向图如图3所示, 2种状态的性能如表2所示。
从表2中可见, 状态A和状态B均可达到方位波束宽度约60°、增益≥8 dBi的性能。考虑到状态A的移相器只有3种状态, 便于简化方案, 因此选用状态A。
在状态A下, 改变移相器的值, 可形成指向0°、60°、120°、180°、240°和300°的波束, 由于每个波束宽于60°, 从而6个波束可完全覆盖360°的整个方位范围。状态A下的6种状态与波束指向的关系如表3所示。从表3中可见, 实现6种状态移相器只有77. 95°、0°和 -77. 95°三种状态, 因此移相器可简化设计。
( 单位: ( °) )
3 实测结果分析
根据仿真数据, 实际设计并制作了简易控制形式的波束切换天线原理样机。天线单元采用半波振子形式, 原理样机照片如图4所示。天线的实测结果如图5所示。
由于单极天线和半波振子天线都是传统的机载天线, 因此以这2种形式为单元的天线阵列可满足机体安装要求。天线安装时, 可选择安装在机体的上表面或下表面, 每个天线单元利用法兰盘独立安装固定在机体表面, 天线外部无需加天线罩。考虑机体表面外形设计, 也可考虑整个天线阵列统一加天线罩。
该天线达到了方位波束宽度约60°、增益≥8 dBi的设计要求。
4 结束语
通过上述仿真分析和实测验证可知, 采用全向天线组阵并通过简易波束控制, 可形成一种定向天线。该定向天线通过波束切换可实现全方位波束覆盖, 且具有较高增益。该定向波束切换天线代替原有的全向机载测控天线, 对于提高测控系统的整体能力具有重要作用。该天线的设备组成简单, 具有良好的工程可实现性, 可广泛用于机载测控天线的设计中。
参考文献
[1]许国清, 武伟.机载共形的双环微带缝隙全向天线[J].无线电工程, 2011, 41 (12) :47-49.
[2]许鸣, 王开华, 王克选, 等.一种新型宽波束低剖面无人机载共形天线[J].电讯技术, 2013, 53 (4) :488-492.
[3]孟立峰.智能天线在测控系统中的应用研究[J].计算机与网络, 2012, 38 (21) :51-53.
[4]雷剑梅, 陈旻.智能天线技术及其发展[J].电讯技术, 2006 (1) :10-17.
[5]DIMOUSIOS T D, TSITOURI C I, PANAGIOTOU S C.Design and Optimization of a Multipurpose Tri-band Electronically Steerable Passive Array Radiator (ESPAR) Antenna with Steerable-beam-pattern for Maximum Directionality at the Frequencies of 1.8, 1.9 and 2.4 GHz with the Aid of Genetic Algorithms[C]∥Loughborough Antennas&Propagation Conference, 2008:253-256.
[6]牛俊伟, 周良明, 钟顺时.电抗加载圆形定向天线阵的理论与实验研究[J].微波学报, 2003, 19 (4) :50-53.
[7]孙志刚, 周越, 申冀湘.一种新型小型化宽带无人机机载智能天线研究[J].无线电工程, 2013, 43 (5) :42-44.
[8]高雪, 胡鸿飞, 姚中兴.四波束切换天线的分析与设计[J].电子学报, 2003, 31 (9) :1 372-1 374.
[9]张元培.波束切换智能天线的研究[D].武汉:华中科技大学, 2005:25-48.
[10]张旺, 王黎莉, 伍洋.基于遗传算法的阵列天线综合及分析[J].无线电通信技术, 2011, 37 (4) , 28-30.
[11]杨维, 陈俊仕, 李世明, 等.移动通信中的阵列天线技术[M].北京:清华大学出版社, 2005.