無線數(shù)字發(fā)射機(jī)的故障診斷與維護(hù)

摘要：以遠(yuǎn)距離信息傳輸為核心的現(xiàn)代廣播電視需要依靠發(fā)射設(shè)備來保證傳輸質(zhì)量及發(fā)射效率，使信號源得到有效傳送。眾所周知，無線數(shù)字發(fā)射機(jī)是節(jié)目信息正常傳送的前提，主要應(yīng)用數(shù)字微波技術(shù)來進(jìn)行信號源的無線發(fā)射。為了保證無線數(shù)字發(fā)射機(jī)的正常使用，文章以1kW廣播無線數(shù)字發(fā)射機(jī)為例，針對其存在的故障展開探討，并提出可行的診斷方法與維護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：無線數(shù)字發(fā)射機(jī);故障;論斷;分析

中圖法分類號：TN949文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Fault diagnosis and maintenance of wireless digital transmitter

CAI Sheng

（Hainan Jinjiling Radio and Television Transmitting Station，Anding， Hainan 571200，China）

Abstract： Modern radio and television with long-distance information transmission as the core needs to rely on transmitting equipment to ensure transmission quality and transmission efficiency， so that the signal source can be transmitted effectively. As we all know， wireless digital transmitter is the prerequisite for the normal transmission of program information. It mainly uses digital microwave technology to achieve the wireless transmission of signal source. In order to ensure the normal use of wireless digital transmitter， this paper takes 1kW broadcast wireless digital transmitter as an example， discusses its existing faults， and puts forward feasible clear diagnosis methods and maintenance measures.

Key words： wireless digital transmitter， fault，conclusion，analysis

作為無線電廣播電視的重要組成部分，發(fā)射機(jī)對于廣播電視的播放質(zhì)量有決定性影響。由于不能避免發(fā)射機(jī)在日常工作中遇到各種問題，故要求專業(yè)人員重視其故障檢修工作，通過采取可行的診斷方式及處理手段，最大限度降低廣播電視無線數(shù)字發(fā)射機(jī)的故障率。

1概述

我國廣播事業(yè)得到了迅速發(fā)展，中波廣播發(fā)送設(shè)備已實(shí)現(xiàn)了全固態(tài)化。各中波發(fā)射臺的機(jī)型主要為全固態(tài) PDM 發(fā)射機(jī)和 DAM 中波發(fā)射機(jī)。其中，1kW，3kW，5kW 發(fā)射機(jī)主要為 PDM 發(fā)射機(jī)，10kW 及以上功率的發(fā)射機(jī)以 DAM 中波發(fā)射機(jī)為主。1kW PDM 發(fā)射機(jī)作為發(fā)射系統(tǒng)的重要組成設(shè)備，主要由四個部分組成，即高頻系統(tǒng)、音頻調(diào)制系統(tǒng)、檢測控制系統(tǒng)和電源供電。其工作原理是：通過脈寬調(diào)制器（PDM）先將低電平的音頻信號變?yōu)槌纛l的脈寬調(diào)制信號，經(jīng)過脈沖放大，放大到一定的電平，再經(jīng)低通濾波器（脈沖解調(diào)器）得到高電平包含直流與音頻的信號，隨后送到 RF 末級，如常進(jìn)行板極調(diào)制[1]。

2安裝與調(diào)試

所有固態(tài)發(fā)射器均位于機(jī)房內(nèi)指定位置，電源線（本機(jī)采用三相交流電源）連接至本機(jī)工作地面，射頻輸出饋線通過連接器安裝在發(fā)射器頂部。同時，饋線的另一端接入數(shù)據(jù)調(diào)度室網(wǎng)絡(luò)，通過布設(shè)網(wǎng)絡(luò)直接接入天線塔，開機(jī)前先用儀器檢查布設(shè)網(wǎng)絡(luò)天線的輸入、輸出阻抗，然后測試饋線的輸入、輸出阻抗，微調(diào)后即可符合要求。出廠前應(yīng)按照規(guī)定對饋線和展開網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)整，待48小時后，天線系統(tǒng)的輸入阻抗靠近線路純電阻器50歐姆，并在完成該步驟后，對電源進(jìn)行開啟前的靜電檢查，保證電源能夠正常使用[2]。具體來說，需要查看各個級別電壓指示的正常情況，示波器主要用于測試調(diào)制驅(qū)動信號，以檢查方波寬和方波占空比是否滿足要求。調(diào)整輸出電源時，首先，應(yīng)調(diào)整入射電源指示燈值為200W 左右，反射功率為0，在所有故障指示燈未打開的前提下，電流需要達(dá)到3.5A，再緩慢調(diào)整電源，直到入射功率指示為1kW，反射功率指示小于5W，并且所有故障指示器不亮即可。其次，逐漸增加音頻信號，使調(diào)制指示大于95%，使發(fā)射機(jī)能夠正常工作。此時，發(fā)射機(jī)的三個索引—噪音、頻率響應(yīng)和失真都將達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，如果在此期間仍存在問題，應(yīng)及時檢查故障并加以處理，從而保證發(fā)射機(jī)固定安裝。

3故障檢測方法

一旦出現(xiàn)大的系統(tǒng)故障，不僅要做到及時處理，還需要對相關(guān)設(shè)備實(shí)施改進(jìn)工作。因此，在進(jìn)行發(fā)射機(jī)的故障處理過程中，工作人員不但要具備較高的技術(shù)能力，還應(yīng)全面了解設(shè)備中各個部件的單元電路，掌握運(yùn)行原理，從而更好地利用各種先進(jìn)手段實(shí)現(xiàn)對發(fā)射機(jī)故障的有效診斷，避免受到外界影響，從而在最短時間內(nèi)確認(rèn)故障位置。

3.1記錄發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)

特別是發(fā)射機(jī)初始運(yùn)行時的狀態(tài)，主要內(nèi)容有：主電流、入射功率、反射功率、天線零位、前級推動電流、低壓電源的電壓值等。

3.2了解發(fā)射機(jī)的開關(guān)機(jī)及保護(hù)邏輯

基本思路：（1）當(dāng)合上電源開關(guān)，低壓電源正常后，按下“開機(jī)”鍵，將開機(jī)電平加到發(fā)射機(jī)的電路及器件上，使主變壓器得電，整流硅橋輸出所需要的直流電壓;（2）開機(jī)后，高頻信號的放大流程走向?yàn)椤罢袷幤鳌凹壏糯蟆凹壵{(diào)諧→功放”;（3）脈寬調(diào)制器輸出的脈寬調(diào)制信號走向?yàn)椤懊}寬調(diào)制器→調(diào)制驅(qū)動放大→低通濾波器→放大的音頻直流電壓→功放”。

3.3了解輸出網(wǎng)絡(luò)的原理，記錄初始值

日常維護(hù)時，注意檢查電容、電感有無變色、開裂，并仔細(xì)檢查連接部位。

3.4了解 PDM 發(fā)射機(jī)的保護(hù)邏輯

PDM 發(fā)射機(jī)的保護(hù)邏輯一般如下：（1）發(fā)射機(jī)的主電源及低壓電源出現(xiàn)故障時關(guān)機(jī);（2）高頻推動信號不足時關(guān)機(jī);（3）發(fā)射機(jī)駐波比大（有的發(fā)射機(jī)為反射功率大）時，封鎖脈寬調(diào)制信號，末級功放無調(diào)制電壓，發(fā)射機(jī)無功率輸出。

3.5故障處理原則

根據(jù)發(fā)射機(jī)的故障特點(diǎn)（關(guān)機(jī)或無功率），參考發(fā)射機(jī)的原始記錄值，比照發(fā)射機(jī)的保護(hù)邏輯，縮小故障范圍：（1）電源部分故障;（2）高頻推動部分故障（激勵器、前級放大、前級調(diào)諧）;（3）脈寬調(diào)制部分故障;（4）末級功放故障;（5）輸出網(wǎng)絡(luò)或天調(diào)網(wǎng)絡(luò)故障。通過學(xué)習(xí)和日常積累，將有效提高日常維護(hù)水平。

4常見故障處理及分析方法

4.1合成變壓器故障

4.1.1故障現(xiàn)象

發(fā)射機(jī)運(yùn)行時，輸出功率從1kW 降到0，兩塊調(diào)制/功率放大器板上“調(diào)制輸出”指示燈均不亮。

4.1.2故障排查與分析

根據(jù)故障現(xiàn)象，判斷可能是調(diào)制/功率放大器故障，檢修員對兩塊調(diào)制/功率放大器上的調(diào)制電路和功率放大電路進(jìn)行仔細(xì)檢查后，并未發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)。將兩塊調(diào)制/功率放大器插入發(fā)射機(jī)并重新啟動，故障現(xiàn)象依然存在。

關(guān)閉發(fā)射機(jī)，檢修人員立即拔出調(diào)制/功率放大器，發(fā)現(xiàn)調(diào)制/功率放大器的功率器件 IRFP250發(fā)熱較嚴(yán)重，用萬用表歐姆檔測量溫度繼電器，此時于開路狀態(tài)下的溫度繼電器將會導(dǎo)通，證明該調(diào)制/功率放大器出現(xiàn)了過溫保護(hù)。通過該現(xiàn)象基本可以判斷故障出現(xiàn)在末級，由于末級故障會造成經(jīng)過功放單元放大的高頻正弦波信號未輸送到發(fā)射天線，這部分能量被全部反射到發(fā)射機(jī)的末級，轉(zhuǎn)換成熱能，從而導(dǎo)致發(fā)射機(jī)過熱而自我保護(hù)。

從該發(fā)射頻率的備機(jī)正常工作狀態(tài)中可以判斷出：饋線、調(diào)配網(wǎng)絡(luò)和天線等公共部分不存在故障。故障點(diǎn)還是在發(fā)射機(jī)內(nèi)部、倒換開關(guān)或者硬饋連接等部位。檢查倒換開關(guān)，不存在開路和打火現(xiàn)象，排查硬饋連接也沒有發(fā)現(xiàn)異常。檢修人員對機(jī)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行排查，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的陶瓷電容破裂或者線圈卡子松動等情況。隨后，檢修人員用網(wǎng)絡(luò)分析儀測試高頻末級的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，也都在正常范圍之內(nèi)。隨著故障范圍進(jìn)一步縮小，檢修人員隨后仔細(xì)查看位于功放末級的功率合成變壓器，發(fā)現(xiàn)一個焊點(diǎn)顏色發(fā)黑，拆卸下來后，用萬用表歐姆檔測量該線圈兩端的開路狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)功率合成變壓器一次側(cè)線圈開路，經(jīng)過功放單元放大的高頻正弦波信號未發(fā)送到發(fā)射天線，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)上述故障。分析故障原因可能是焊點(diǎn)虛接導(dǎo)致發(fā)熱，時間長了就會導(dǎo)致線圈短路。檢修人員對焊點(diǎn)進(jìn)行清理和二次焊接后，通電開機(jī)，發(fā)射機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行。當(dāng)功率合成變壓器 T1一次側(cè)線圈處于開路狀態(tài)時，二次側(cè)線圈無感應(yīng)電壓輸出，所以導(dǎo)致開機(jī)后發(fā)射機(jī)無功率輸出。

4.2調(diào)制回路故障

4.2.1故障現(xiàn)象

入射功率由1kW 降至0.25kW，一塊調(diào)制/功率放大器板上“調(diào)制輸出”指示燈不亮。

4.2.2故障排查與分析

根據(jù)故障現(xiàn)象判斷，這是典型的一塊調(diào)制/功率放大器板出現(xiàn)了故障。我們可以根據(jù)以下公式計(jì)算發(fā)射機(jī)的實(shí)際輸出功率：

其中，P0是發(fā)射機(jī)的額定輸出功率，P1是實(shí)際輸出功率，m 是發(fā)射機(jī)的功放模塊總數(shù)量，n 是發(fā)生故障的功放模塊數(shù)量。由于1kW PDM 發(fā)射機(jī)由兩個功放模塊組成，如果其中一個功放模塊出現(xiàn)故障，只有一個功放模塊工作，通過上述公式計(jì)算，實(shí)際輸出功率為0.25kW 。由于調(diào)制/功率放大器板有一個調(diào)制輸出指示燈，正常工作時，該指示燈常亮，發(fā)生故障后，該指示燈不亮，所以很好判斷哪個調(diào)制/功率放大器發(fā)生了故障。拔出發(fā)生故障的調(diào)制/功率放大器，用萬用表歐姆檔測量場效應(yīng)管 IRFP250是否擊穿，檢修人員發(fā)現(xiàn)有4只場效應(yīng)管 IRFP250被擊穿，更換了被擊穿的場效應(yīng)管，檢修人員又用萬用表二極管檔測量了雙向二極管是否被擊穿，以防止新更換的場效應(yīng)管在通電后再次被擊穿，檢查發(fā)現(xiàn)有兩只型號為 P6KE20CA 的雙向二極管被擊穿，更換了新的雙向二極管后，檢修人員將調(diào)制/功率放大器插入發(fā)射機(jī)，通電開機(jī)，發(fā)現(xiàn)故障沒有排除。拔出剛才檢修的調(diào)制/功率放大器，用萬用表歐姆檔測量場效應(yīng)管 IRFP250，沒有被再次擊穿，功率放大電路正常。檢修人員用萬用表測量發(fā)現(xiàn)，調(diào)制回路的推挽放大電路兩個三極管3CK9和3DK4已經(jīng)燒毀。

該機(jī)調(diào)制器共三級，來自調(diào)制推動器的脈沖調(diào)制信號首先經(jīng)過第一級 V1，型號為2N5401的三極管，基極接地放大。接著該調(diào)制信號被送到第二級，即上述故障點(diǎn)—由 V2和 V3組成的推挽放大電路，V2型號為3DK4，V3型號為3CK9，經(jīng)過第二級放大的脈寬調(diào)制信號去推動第三級，即調(diào)制末級的場效應(yīng)管 IRFP250，其工作在開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)輸入高電平時，V4的 D 極和 S 極導(dǎo)通，輸入脈沖為低電平時，V4的 D 極和 S 極則處于關(guān)閉狀態(tài)。更換了兩只新三極管后，通電開機(jī)，發(fā)射機(jī)恢復(fù)正常。

5維護(hù)方法

5.1衛(wèi)星接收天線

完成天線調(diào)整工作后，需要保障仰角與方位角保持不動。但是，對于衛(wèi)星偏移而言，由于一些高山臺站的風(fēng)力比較大，會對信號造成直接影響，導(dǎo)致信號強(qiáng)度被削弱，使天線無法正常工作。所以，在日常維修過程中，應(yīng)及時對天線所存在的偏移問題進(jìn)行解決。目前，最簡單的方法就是利用衛(wèi)星接收機(jī)的接收電平變化，實(shí)施針對性分析。首先，在基于實(shí)際的收測分析過程中，要定期或不定期對天線實(shí)施微調(diào)處理。其次，需要保障天線始終與衛(wèi)星對準(zhǔn)，使天線可以在一年中的不同季節(jié)始終保持最佳狀態(tài)，并做好鎖定標(biāo)記處理。最后，需要定期對天線傳動系統(tǒng)中一些細(xì)節(jié)工作采取針對性分析與控制，在保障衛(wèi)星正常接收信號的前提下，做到調(diào)節(jié)自如[3]。

5.2饋源高頻頭

因?yàn)轲佋锤哳l頭是衛(wèi)星系統(tǒng)中的重要組成部分，所以需要定期對其進(jìn)行維護(hù)。其中，主要對饋源上的螺釘、電纜接頭松動程度進(jìn)行檢查。由于這個位置始終暴露在戶外環(huán)境下，經(jīng)常受到雨水的沖刷，容易出現(xiàn)腐蝕與生銹的問題。所以，在進(jìn)行處理的過程中，必須關(guān)注高頻饋線的連接位置，及時對有問題、過性的材料進(jìn)行更換，并采用高級防水膠布進(jìn)行包裹，做到全面密封處理。另外，還需要科學(xué)使用塑料瓶套，將其固定到高頻頭上，以有效避免其與外界空氣接觸，確保不會出現(xiàn)腐蝕、生銹現(xiàn)象。

5.3高清衛(wèi)星接收機(jī)

在發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)中，通常采用的是全固態(tài)放大方式，因此會涉及 USB 激勵器、激勵剛放單元、末級功放單元、開關(guān)電源等諸多設(shè)計(jì)類型。激勵器一般采用雙激勵配置，所以在實(shí)際運(yùn)行過程中具有一定的穩(wěn)定性。FPGA 主要完成 I/Q 基帶信號的預(yù)失真矯正以及交織后的輸出 D/A 轉(zhuǎn)換，因此具有良好的處理效果。但是，在信號接收期間，一旦接收機(jī)出現(xiàn)故障，必須及時進(jìn)行處理。在對其設(shè)備進(jìn)行處理時，需要保障前端設(shè)備的外殼始終保持接地，以起到防雷擊的效果。同時，重視防震、防塵等，避免出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。另外，還要避免機(jī)體出現(xiàn)異常發(fā)熱，一旦出現(xiàn)死機(jī)問題，應(yīng)及時關(guān)閉電源，重新開機(jī)，通過復(fù)位操作保證發(fā)射機(jī)正常運(yùn)行[4]。

5.4避雷與接地技術(shù)

常用的數(shù)字衛(wèi)星接收系統(tǒng)所采取的避雷技術(shù)主要包括兩種，即電源防雷技術(shù)和引雷技術(shù)。以電源防雷技術(shù)為例，在防雷的過程中，需要應(yīng)用電涌保護(hù)器，將其安裝到系統(tǒng)中，形成保護(hù)電路，當(dāng)雷電擊中系統(tǒng)時，將會產(chǎn)生瞬間高壓，而保護(hù)器則能夠?qū)Ω邏哼M(jìn)行抑制，并且通過旁路，將其引向其他區(qū)域，避免對系統(tǒng)造成破壞。

6結(jié)語

科技的快速發(fā)展改變了傳統(tǒng)電視的播出方式，使

其升級為數(shù)字電視，在提升播放效率的同時也增強(qiáng)了播放質(zhì)量，有效促進(jìn)了我國廣播電視事業(yè)的發(fā)展。數(shù)字電視的專業(yè)性較強(qiáng)，因此需要在日常工作中做好管理和維護(hù)工作，以保證其平穩(wěn)運(yùn)行。對于可能產(chǎn)生的故障，應(yīng)積極采取適合的診斷技術(shù)，深入探尋故障出現(xiàn)的原因，并積極加以解決，從而保證無線數(shù)字發(fā)射機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，將其具有的高速度、高質(zhì)量傳播優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。

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作者簡介：

蔡勝（1967—），本科，廣播電視工程師，研究方向：廣播電視發(fā)射技術(shù)。