哈里斯10kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)構(gòu)成及檢修實(shí)例

高曉嵐

摘 要：美國(guó)產(chǎn)哈里斯Z10CD調(diào)頻全固態(tài)數(shù)字發(fā)射機(jī)，因其性能穩(wěn)定，數(shù)字化程度高，維護(hù)簡(jiǎn)便，被許多發(fā)射臺(tái)站采用，文章將主要闡述Harris調(diào)頻發(fā)射機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成以及對(duì)工作中遇到的兩例發(fā)生在隔離板和電源的故障作分析判斷。

關(guān)鍵詞：調(diào)頻發(fā)射機(jī)；隔離板；電源故障

哈里斯Z系列是一個(gè)功能強(qiáng)，效率高的數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)，采用正Z三維電子設(shè)計(jì)，在分配器，功率放大器和合成器各部分之間建立了高效的信號(hào)路徑，并且發(fā)射機(jī)的功率放大器裝置分成小塊，在同一時(shí)間引入熱插拔的概念，使整個(gè)設(shè)備的維護(hù)，修理，更換所有操作都變得簡(jiǎn)單。同時(shí)其數(shù)字激勵(lì)器可以同時(shí)輸入兩路模擬SCA信號(hào)和一路RBDS，調(diào)頻調(diào)制過(guò)程充分實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，并且設(shè)備高穩(wěn)定度。我臺(tái)采用三臺(tái)哈里斯Z10CD調(diào)頻發(fā)射機(jī)構(gòu)成2+1系統(tǒng)，為鄭州人民廣播電臺(tái)發(fā)射FM91.2和FM98.6信號(hào)。使用兩年，對(duì)發(fā)射機(jī)的性能和維護(hù)技巧都有了一定的了解。由于受節(jié)目時(shí)長(zhǎng)和環(huán)境等諸多的因素影響，兩年內(nèi)也發(fā)生了幾起較為典型的故障，對(duì)其系統(tǒng)構(gòu)成和故障進(jìn)行分析，有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

Z10CD調(diào)頻發(fā)射機(jī)采用Z系列三維電子工具設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，數(shù)字化集成程度較哈里斯此前的設(shè)備有了很大的提高。它的激勵(lì)器采用帶有DSP立體聲發(fā)生器的數(shù)字調(diào)頻激勵(lì)器，配備AES數(shù)字音頻插口，可以產(chǎn)生16位低噪音、低失真的數(shù)字立體聲信號(hào)。整機(jī)構(gòu)成如下。

1.1 數(shù)字激勵(lì)器

哈里斯Z10CD調(diào)頻發(fā)射機(jī)采用數(shù)字激勵(lì)器。具有同步調(diào)幅零電路，增強(qiáng)型的立體聲信噪比電路，數(shù)字處理的立體聲發(fā)生器電路以及32位數(shù)控晶振調(diào)制電路。

1.2 功放和中放電路

哈里斯的每一個(gè)功放模塊均有兩個(gè)相同的獨(dú)立MOSFET功率放大器構(gòu)成，每個(gè)放大電路均可實(shí)現(xiàn)熱插拔，而且中放和末級(jí)放大模塊極端條件下可以對(duì)調(diào)使用。常溫下可是實(shí)現(xiàn)660W的穩(wěn)定功率，駐波不高于1.5。

1.3 射頻合成

設(shè)備的八個(gè)模塊為一組。在Z軸彼此絕緣的合成器內(nèi)合成，模塊之間阻抗保持50。合成諧波在混合型合成器內(nèi)合成，有效的避免了射頻互調(diào)。

1.4 控制電路

哈里斯調(diào)頻發(fā)射機(jī)的運(yùn)行參數(shù)存儲(chǔ)在微電腦控制器內(nèi)，操作人員通過(guò)RS-232通信串口即可實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行參數(shù)的查詢和設(shè)備的遙控。并且可以對(duì)設(shè)備自身的故障進(jìn)行判斷并通過(guò)代碼形式反映在設(shè)備的LCD顯示面板上，方便查閱和處理。

2 常見(jiàn)電源故障及電源結(jié)構(gòu)綜述

2.1 實(shí)際運(yùn)行中電源典型故障

Z10調(diào)頻發(fā)射機(jī)故障在嚴(yán)重程度上可以分為重要故障和次要故障。重要故障發(fā)生將會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)保護(hù)性停機(jī)，如果是電源模塊的非重要故障，發(fā)設(shè)計(jì)的自動(dòng)優(yōu)化功能可以使發(fā)射機(jī)仍然保持設(shè)定的功率正常運(yùn)行，其系統(tǒng)自檢功能可以判斷出故障點(diǎn)，并通過(guò)故障提示燈和故障代碼顯示在發(fā)射機(jī)操控面板上面詳細(xì)的提示。在針對(duì)電源部分故障而言，三相電缺相是重要的故障，外電的瞬時(shí)缺相將直接導(dǎo)致發(fā)射機(jī)保護(hù)性關(guān)機(jī)20S。整流板的30A保險(xiǎn)絲和可控管故障為次要和較為常見(jiàn)的電源故障。在實(shí)際操作中，整流板30A保險(xiǎn)絲因開(kāi)機(jī)瞬時(shí)電流過(guò)大損壞是較為常見(jiàn)的。一旦出現(xiàn)故障，電源控制器會(huì)自動(dòng)調(diào)整輸出電壓，并在面板提示故障PS#_tap#。電源故障將不可避免地對(duì)發(fā)射機(jī)輸出功率產(chǎn)生影響。如果有一個(gè)電源變壓器故障，輸出功率只保持正常輸出的30%。如果電源控制器故障，輸出功率僅為正常的16%。

2.2 電源結(jié)構(gòu)綜述

HARRIS Z10CD調(diào)頻發(fā)射機(jī)由四個(gè)獨(dú)立變壓器構(gòu)成供電電源表示為PS1、PS2，PS3、PS4。四個(gè)電源變壓器被分兩組工作。各變壓器初級(jí)可接成三相三線或三相四線和單相等三種常見(jiàn)工作方式。三相四線制在我國(guó)較為常使用。每個(gè)變壓器次級(jí)線圈均有兩個(gè)星形接法的繞組，每個(gè)繞組均輸出48V、50V、52V、54V四種直流電壓。每端設(shè)置可控硅來(lái)控制次級(jí)線圈以決定不同的電壓輸出。四個(gè)變壓器為32個(gè)功放模塊提供電源，其中PS1、PS2為功放組Z-Plane A、Z-Plane B以及IPA_AB提供工作電壓。PS3、PS4為功放組Z-Plane C、Z-Plane D以及 IPA_CD提供工作電壓。低壓電源部分設(shè)置在發(fā)射機(jī)主接觸器旁。由三個(gè)繼電器和相應(yīng)的整流濾波電路組成， 目的是提供發(fā)射機(jī)開(kāi)機(jī)控制電源和各控制器板卡的直流電源供電。輸出直流有+20V，-20V，+10V等三種電壓。

2.3 電源故障代碼分析

發(fā)射機(jī)電源控制主要是通過(guò)電源控制器進(jìn)行。發(fā)射機(jī)的電源控制器由兩塊電源板構(gòu)成，每個(gè)作用于兩個(gè)功率放大器電源。PS controller1控制PS1，PScontroller2對(duì)PS2進(jìn)行控制，設(shè)備運(yùn)行時(shí)候電源控制器和對(duì)應(yīng)的兩個(gè)功放電源運(yùn)行狀態(tài)都是相對(duì)獨(dú)立的。即便出現(xiàn)一個(gè)功放電源故障不工作的情況，另外一個(gè)仍可以正常運(yùn)行。電源控制器設(shè)置的目的是檢測(cè)電源輸出電壓維持在期望值，保證電源的限流啟動(dòng)和關(guān)機(jī)放電，監(jiān)控電源條件和提供電源故障保護(hù)。涉及發(fā)射機(jī)功率控制的代碼有：ps_disable，ps_discharge，ps_standby，Reset。當(dāng)設(shè)備未能正常運(yùn)行時(shí)候我們應(yīng)根據(jù)不同的代碼判斷設(shè)備的故障點(diǎn)。

3 隔離板故障

3.1 故障現(xiàn)象

在運(yùn)行過(guò)程中的發(fā)射機(jī)，出現(xiàn)自動(dòng)關(guān)機(jī)的現(xiàn)象，在故障診斷系統(tǒng)的代碼如下：iso_cz（R9隔離板C平面）故障，查詢得知故障CZ-代碼釋義為隔離負(fù)載溫度過(guò)高，設(shè)備熱保護(hù)，當(dāng)隔離負(fù)荷溫度超過(guò)145度，主控制器開(kāi)始報(bào)警并且使得發(fā)射機(jī)熱保護(hù)停機(jī)。調(diào)閱發(fā)射機(jī)參數(shù)指示系統(tǒng)查看每一個(gè)Z平面系統(tǒng)的溫度，發(fā)現(xiàn)CZ平面隔離板溫度為160℃。而此時(shí)AZ、BZ、DZ平面隔離板的溫度顯示僅為50℃。查閱哈里斯廠家提供的設(shè)備說(shuō)明，提示隔離板正常的工作溫度均應(yīng)在50℃的左右浮動(dòng)，判斷此次停機(jī)極有可能是因?yàn)镃平面隔離板的吸收負(fù)載故障造成。

3.2 故障分析

此款發(fā)射機(jī)有四個(gè)Z平面對(duì)應(yīng)相關(guān)隔離板四個(gè)。每塊隔離板有隔離電阻RT1-RT8，兩個(gè)四路Wilkinson合成器的射頻斷開(kāi)開(kāi)關(guān)以及1個(gè)二路Wilkinson合成器的隔離電阻RT9構(gòu)成。四個(gè)隔離板上面不同位置的ID跳線JP1和JP2決定了隔離板的工作平面。設(shè)備運(yùn)行正常隔離電阻RT1-RT8基本不損耗功率。一旦一個(gè)PA發(fā)生故障時(shí)，該模塊的約一半功率會(huì)損耗在隔離電阻上，直接導(dǎo)致隔離電阻將被加熱，升高的熱量被熱敏電阻測(cè)得當(dāng)溫度過(guò)高，PA控制器通過(guò)PA的柵極電壓將模塊的射頻輸出關(guān)閉，并啟動(dòng)相關(guān)聯(lián)的射頻開(kāi)關(guān)。射頻開(kāi)關(guān)斷開(kāi)隔離電阻并將合成器接地，此時(shí)四路合成器變成三路合成器。影響被之后的二路合成器及其隔離電阻減至最小。2個(gè)四元組的輸出由二路合成器合成。2個(gè)四元組的不平衡導(dǎo)致二路合成器的隔離負(fù)載RT9的溫度上升。由此可見(jiàn)隔離板上面隔離電阻和射頻開(kāi)關(guān)對(duì)合成器運(yùn)行的決定性作用。設(shè)置隔離負(fù)載目的是吸收不平衡而在合成器隔離端產(chǎn)生的功率信號(hào)。通過(guò)以上分析可知，隔離負(fù)載的溫度升高，說(shuō)明系統(tǒng)存在不平衡，不平衡程度和負(fù)載溫度上升成正比。

3.3 隔離板維護(hù)更換

更換隔離板的第一步是要把連接到RFI濾波器板面上的兩條電纜小心取下。接著拔掉隔離板拐角處的四個(gè)六腳插座。值得注意的是，隔離板拐角的4個(gè)定位插座不用處理。這個(gè)時(shí)候隔離板就可以直接從Z平面板垂直拔出。注意觀察可以看到隔離板上面的吸收電阻都用環(huán)氧樹(shù)脂和熱敏電阻連接，要確保所有的熱敏電阻密切接觸。并且確保環(huán)氧樹(shù)脂無(wú)裂縫，因?yàn)榱芽p會(huì)導(dǎo)致溫度測(cè)量誤差。檢查隔離板ID跳線JP1、JP2，不同的跳線位置對(duì)應(yīng)此隔離板工作在不同位置的Z平面。隔離板緊固前要確保ID跳線和JP1、JP2在相應(yīng)的位置。

安裝新的隔離板必須注意上面4個(gè)6角插座和2條電纜電纜，首先確保插座針腳不被撞彎，電纜不打折還要保證各歸原位。安裝諧波濾波器時(shí)應(yīng)小心要確保接頭完全插入10千瓦的合成器并且連接絲扣旋轉(zhuǎn)到位，避免因松動(dòng)產(chǎn)生射頻泄漏。

4 結(jié)束語(yǔ)

就目前電子設(shè)備更新程度而言HARRIS全固態(tài)調(diào)頻發(fā)射機(jī)已不算是哈里斯廠家的最新產(chǎn)品，但通過(guò)幾年的運(yùn)行，該款機(jī)型穩(wěn)定性和可靠性都值得贊揚(yáng)。雖然調(diào)頻不斷推陳出新，但無(wú)論從設(shè)備維護(hù)角度還是經(jīng)濟(jì)角度考慮，哈里斯Z系列產(chǎn)品都是不錯(cuò)的選擇。從我們廣電部門(mén)的技術(shù)人員角度看，熟悉相關(guān)設(shè)備工作原理和故障現(xiàn)象將是廣播電視設(shè)施安全運(yùn)行的保障，更可以對(duì)日后臺(tái)內(nèi)相關(guān)設(shè)備的改造提供了頗有價(jià)值技術(shù)參考。

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