FREQUENTIS R7.1系统音频信号输出处理功能解析

文/陈堃

FREQUENTIS R7.1系统是一套民航空管常用的语音交换系统，简称内话系统，7.1是系统的版本号。供地面站的交通管制使用，接入无线电VHF/HF设备、IP电话、Internet设备，可完成交通管制人员相互协调通话交接、不同区域之间地面管制人员的移交通信以及地面和航空器的飞行员之间的互通交流服务。

本文集中阐述该系统甚高频输出音频信号涉及相关节点的实现原理，结合实际的测试结果对相关功能进行解析。

1 FREQUENTIS R7.1系统无线发射音频信号流程

如图1，系统无线发射音频信号流程涉及五部分，下文针对五部分进行功能及原理阐述：

（1）话筒；

（2）音频接口盒；

（3）席位终端设备；

（4）核心交换部分；

（5）无线接口处理。

1.1 话筒

对于无线发射音频信号流程，相关的部件为PTT按键（控制无线信号发射与否）、送话器（发射音频声电转换）以及音频输出接口。

1.1.1 PTT按键

PTT按键采用机械式设计，以TAS_30-0013815型为例，如图2。通过PTT按键控制背部联动装置向PCB板侧挤压，进而导致开关通路两触点与PCB板对应PTT线路接触，从而达到导通的效果。

图1：FREQUENTIS R7.1系统无线发射音频信号流程图

图2：话筒PTT控制实现图

图3：驻极体麦克风原理图

1.1.2 送话器

以TAS_30-0013815型为例，采用驻极体麦克风。当驻极体膜片遇到声波振动时，就会引起与金属极板间距离的变化，也就是驻极体振动膜片与金属极板之间的电容随着声波变化，进而引起电容两端固有的电场发生变化（U=Q/C），从而产生随声波变化而变化的交变电压。由于驻极体膜片与金属极板之间所形成的“电容”容量比较小（一般为10PF～40PF左右），因而它的输出阻抗值（XC=1/2πfC）很高，达到MΩ级别。这样高的阻抗是不能直接与一般音频放大器的输入端相匹配的，所以在话筒内接入了一只结型场效应管来进行阻抗变换。通过输入阻抗非常高的场效应管将“电容”两端的电压取出来，并同时进行放大，就得到了和声波相对应的输出电压信号。如图3所示。

1.2 音频接口盒

对于无线发射音频信号流程，主要分为两部分：第一部分：如图4，单极单掷CMOS管开关控制高/低麦克风馈电，也就是控制麦克风场效应管的直流偏置电压的大小，默认为12V。第二部分：如图5，送话器转换的电信号通过双运放差分放大（包含π型滤波电路）。

1.3 席位终端设备和核心交换部分

对于无线发射音频信号流程，该部分相关作用主要体现于麦克风电平输入系统后的增益。为了体现相关电路输出曲线，采用如下方法进行测试：输入采用标准1KHz 0dBm音频于音频接口盒输入，以递增方式设置麦克风电平值，实测最终无线接口输出的电平值。具体见图6。

经大量数据测试发现，系统Mic In设置值前8位与系统基准电平相关，值对应增大，则基准电平亦增大。后8位与麦克风实际输入电平相关，值对应增大，输出电平亦增大，但在接近于无线接口设置的输出电平区域后，增益明显放缓，频率响应符合技术规范。

2 结束语

本文根据FREQUENTIS R7.1语音交换系统无线发射音频信号流程，分析各信号节点对应功能实现原理，对于无线接口处理部分由于篇幅限制，未进行阐述，实际与1.3节类似，最终输出曲线近似，该分析结论可推广至系统涉及的各类平衡与非平衡的音频输出接口，进而给予维护人员迅速判断故障提供依据。

图4：单极单掷CMOS管开关

图5：双运放差分放大电路

图6：无线发射音频电平设置与实际输出关系图