哈里斯Flexiva FAX 調(diào)頻發(fā)射機(jī)原理及維護(hù)

周 錕

(山西省廣播電視局228 臺(tái)，山西 太原 030001)

2013 年11 月我臺(tái)安裝了5 部哈里斯Flexiva FAX 系列10 kW 調(diào)頻發(fā)射機(jī)，運(yùn)行一年多來，該型發(fā)射機(jī)工作穩(wěn)定、效率高、音質(zhì)出色、用戶收聽滿意度高。其采用了新型數(shù)字激勵(lì)器和開關(guān)電源以及功率放大技術(shù)，在整個(gè)調(diào)頻發(fā)射機(jī)領(lǐng)域中處于領(lǐng)先地位。本文對(duì)發(fā)射機(jī)的幾大組成部分:功放模塊、開關(guān)電源、控制和顯示面板、系統(tǒng)控制接口板做了敘述，并對(duì)工作原理進(jìn)行了剖析，希望對(duì)FAX 發(fā)射機(jī)的用戶和維護(hù)工作者有所幫助。

1 系統(tǒng)原理

1.1 10 kW 射頻方框圖(10 kW RF Block Diagram Description)

和大多數(shù)發(fā)射機(jī)一樣，音頻信號(hào)在激勵(lì)器經(jīng)過數(shù)字處理和調(diào)制進(jìn)入中功放模塊(也叫IPA)，然后分配到各功放模塊進(jìn)行功率放大，最后經(jīng)合成器合成輸出。

圖1 FAX 10 kW 方框圖

圖1 顯示了射頻方框圖，射頻從激勵(lì)輸出后進(jìn)入到激勵(lì)器繼電器，在雙激勵(lì)器系統(tǒng)中，當(dāng)激勵(lì)器的射頻功率低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)控制自動(dòng)切換到備用激勵(lì)器，繼電器位于系統(tǒng)接口控制模塊中。

激勵(lì)器輸出的功率不足以推動(dòng)功放模塊工作，所以需要中功放(IPA)的再次放大，然后分配到各功放模塊(PA)。激勵(lì)器和IPA 中間有個(gè)切換控制板，具有3 dB 的隔離度，當(dāng)檢測器到IPA 輸出值低于0.5 V 時(shí)，IPA 負(fù)責(zé)選擇內(nèi)部另一個(gè)功放管工作。IPA 的切換時(shí)有兩個(gè)繼電器電路，一個(gè)位于IPA 的輸入，另一個(gè)位于IPA 的輸出，是前后串聯(lián)方式，當(dāng)切換時(shí)發(fā)射機(jī)會(huì)進(jìn)入短暫的保護(hù)狀態(tài)，類似于“緩沖”而不會(huì)損害內(nèi)部電路。

整個(gè)發(fā)射機(jī)有7 個(gè)PA 和1 個(gè)IPA，它們結(jié)構(gòu)完全相同，出現(xiàn)故障后可以互換，但在使用上有兩點(diǎn)區(qū)別:一個(gè)是IPA只有一個(gè)場效應(yīng)管工作，另一個(gè)處于備份狀態(tài)。第二個(gè)是對(duì)于使用沒有外部自動(dòng)功率控制(APC)輸入的激勵(lì)器而言IPA可以接受APC 的控制。

參看圖1，IPA 射頻開關(guān)板的輸出進(jìn)入一個(gè)兩路威金遜分配器，二分配的輸出進(jìn)入到兩個(gè)7 路威金遜分配器，這樣IPA的輸出被平均分成14 等份，然后分別進(jìn)入7 個(gè)模塊中的14個(gè)場效應(yīng)管。每個(gè)場效應(yīng)管的輸出又進(jìn)入到一個(gè)14 路威金遜合成器，合成器裝有低通濾波器可以去除來自放大器的有害成分。

威金遜分配器可以提供更好的隔離度，零度相位提升以及更低的插入損耗，相位對(duì)于20 kW 以上發(fā)射機(jī)是十分重要的。

1.2 功放模塊(PA Module)

功放模塊由2 對(duì)封裝在一起的射頻功率放大管組成，分別用“A”和“B”表示，功放內(nèi)有控制電路提供簡單的控制如:模塊的開/關(guān)，設(shè)置模塊的工作模式，以及故障檢測和報(bào)告。

功放電路板安裝在一塊實(shí)心銅板上，散熱銅板外有鋁合金散熱片，銅鋁之間有一層薄薄的導(dǎo)熱硅脂。功放模塊在插槽中是倒置的，這樣安裝電路板不容易積聚灰塵。

射頻信號(hào)在特殊設(shè)計(jì)的橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管(LDMOS)被放大，該效應(yīng)管根據(jù)工作模式有14～22 dB 的增益。推動(dòng)功率通過J1 接口進(jìn)入模塊，射頻首先通過一個(gè)過激勵(lì)檢測定向耦合器，然后到達(dá)Q1 匹配網(wǎng)絡(luò)。場效管工作在推挽方式，產(chǎn)生大約800 W 的調(diào)頻功率，再進(jìn)入一個(gè)50 Ω 的負(fù)載，經(jīng)過50 Ω 網(wǎng)絡(luò)變換和反射功率耦合器實(shí)現(xiàn)低阻輸出。

為了安全地?zé)岵灏危敵龊洼斎胍约爸绷鞴╇娊鹗种妇哂胁煌拈L度，輸出金手指最長，模塊插入時(shí)可以保證負(fù)載首先被接觸，取出模塊時(shí)最后斷開，長度居中的是供電金手指，輸入金手指最短，插入時(shí)最后被接觸，取出時(shí)最先被斷開。

1.3 電源系統(tǒng)(Power Supply System)

電源系統(tǒng)由7 個(gè)開關(guān)電源模塊和電源接口板組成，提供以下幾種功能:

·為功放模塊提供直流電源

·為IPA 和風(fēng)機(jī)提供總線電源

·監(jiān)測交流欠壓

·監(jiān)測新風(fēng)量和排出風(fēng)量溫度

·提供系統(tǒng)復(fù)位所需的+5 V 電壓

交流電輸入線連接到發(fā)射機(jī)配電板，通過配電板進(jìn)入到每個(gè)開關(guān)電源模塊，配電板位于發(fā)射機(jī)后門中部的金屬小倉內(nèi)。開關(guān)電源使用單向電，工作電壓從190 到300 V，頻率50或60 Hz。

交流電在配電板上可以有三種接法;單相、三相三角形、三相星形。交流電監(jiān)測電路監(jiān)測到電壓低于190 V 時(shí)報(bào)告一個(gè)故障，但不會(huì)產(chǎn)生下一步的動(dòng)作，發(fā)射機(jī)仍然運(yùn)行。失去一相或兩相電時(shí)，發(fā)射機(jī)大幅降低功率后仍可運(yùn)行。10 kW 發(fā)射機(jī)有7 個(gè)開關(guān)電源模塊，A 相給開關(guān)電源1、2、3供電，B 相給開關(guān)電源4、5 供電，C 相給開關(guān)電源6、7 供電。

控制功放開/關(guān)的信號(hào)來自系統(tǒng)接口板，在電源接口板上命名為PS_ON，進(jìn)入到每個(gè)開關(guān)電源，并控制直流輸出的開或關(guān)，開關(guān)電源電壓輸出范圍從+44 V 到+52 V。每個(gè)功放模塊都有一個(gè)專用的開關(guān)電源，如果電源模塊故障，對(duì)應(yīng)的功放模塊將被關(guān)閉，此設(shè)計(jì)允許多個(gè)電源模塊失效，發(fā)射機(jī)降低功率后仍能運(yùn)行。IPA 的供電來自一個(gè)二極管控制分享電路，由7 個(gè)開關(guān)電源共同分擔(dān)，多個(gè)電源故障IPA 也能繼續(xù)工作，IPA 在電路板上有個(gè)在線保險(xiǎn)F10(15A)。

1.4 控制和顯示面板(Front Panel Control/Display Board)

控制盒顯示面板提供下列功能:

·微處理器單元界面

·前面板用戶界面

·以太網(wǎng)接口

·硬件控制備份模式

·正常模式下普通APC 參考

·存儲(chǔ)設(shè)置

控制和顯示單元包括控制和顯示電路板以及微處理單元。控制和顯示板有簡單的硬件控制電路，有基本的功能如發(fā)射機(jī)開/關(guān)，遠(yuǎn)程控制，IPA 切換等。微處理器單元提供關(guān)鍵控制功能，如WEB 界面，也提供用戶LCD 界面和前面板狀態(tài)按鈕。

FAX 發(fā)射機(jī)有三種控制模式:正常模式，基本硬件控制模式，生命支持模式。

正常模式:發(fā)射機(jī)具有全部功能。

基本硬件控制模式:此模式下，微處理器假設(shè)失效或故障。

生命支持模式:此模式下整個(gè)控制和顯示板不再運(yùn)行，發(fā)射機(jī)通過系統(tǒng)接口板的生命支持硬件運(yùn)行。與硬件控制模式相比，失去的主要功能有，前面板遙控和功率升降，但發(fā)射機(jī)開/關(guān)仍然有效。

發(fā)射機(jī)的設(shè)置也保存在這個(gè)電路板中，這些設(shè)置包括用戶設(shè)置、雙激勵(lì)器、頻率、激勵(lì)器型號(hào)、校準(zhǔn)等，配置文件可以下載到計(jì)算機(jī)中，更換控顯板也可以上傳替換。發(fā)射機(jī)初次安裝、改變?cè)O(shè)置或校準(zhǔn)完成后，備份配置文件是個(gè)不錯(cuò)方法。

1.5 系統(tǒng)接口控制板(System Interface Control Board)

10 kW 發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)接口板位于開關(guān)電源的右側(cè)，該電路板有以下幾種功能:

·生命支持模式中的硬件控制

·激勵(lì)器接口和激勵(lì)器射頻切換

·自動(dòng)功率控制(APC)電路

·通過光耦合器的并行I/O 遠(yuǎn)程控制

·入射和反射功率的檢測和取樣

·駐波比保護(hù)和功率限制

·系統(tǒng)狀態(tài)LED 燈

激勵(lì)器接口可以設(shè)置使用任意型號(hào)激勵(lì)器，使用非哈里斯激勵(lì)器必須正確設(shè)置撥碼開關(guān)。使用雙激勵(lì)器時(shí)，射頻切換也在該電路板完成，為了到達(dá)自動(dòng)切換的目的，激勵(lì)器射頻功率電壓受到監(jiān)控，小于設(shè)定值時(shí)，激勵(lì)器自動(dòng)切換。

發(fā)射機(jī)有外部和設(shè)備兩個(gè)閉鎖可以使用，外部閉鎖必須接地否則發(fā)射機(jī)不工作，如果外部閉鎖開路，運(yùn)行中的發(fā)射機(jī)被關(guān)閉，需要開機(jī)命令才能恢復(fù)。設(shè)備閉鎖接地后將關(guān)閉發(fā)射機(jī)，按下高開按鈕發(fā)射機(jī)才能正常工作。

駐波比達(dá)到兩個(gè)臨界值:功率返送(foldback)和故障后可以觸發(fā)保護(hù)，功率返送值可由用戶在圖形界面(GUI)設(shè)置保護(hù)點(diǎn)，范圍從1.3 到1.5∶1。故障值是當(dāng)駐波比超出1.5∶1時(shí)，可調(diào)鎖存器給微處理發(fā)出一個(gè)系統(tǒng)故障關(guān)機(jī)命令，微處理器將關(guān)閉發(fā)射機(jī)然后再試圖恢復(fù)發(fā)射機(jī)到開機(jī)狀態(tài)，如果故障還存在，則執(zhí)行三次這樣的流程。三次故障流程只在正常模式中有效。

2 維護(hù)

控制器面板上有7 個(gè)故障指示燈，綠色表示工作正常，變成紅色或者橙色說明故障或告警，下面給出對(duì)照表及解決方法。

表1 故障指示燈對(duì)照表及解決方法

通過一年多的使用我們總結(jié)了以下幾條維護(hù)經(jīng)驗(yàn):保持機(jī)房環(huán)境溫度在25 度上下，過高和過低的溫度都可能引起發(fā)射機(jī)故障;每周清洗更換濾網(wǎng)可減少發(fā)射機(jī)的內(nèi)部灰塵;全臺(tái)的供電系統(tǒng)切換時(shí)最好關(guān)閉發(fā)射機(jī)或降低輸出功率，因?yàn)榛謴?fù)供電的瞬間大電流對(duì)發(fā)射機(jī)的沖擊損害非常大。

3 結(jié)束語

Flexiva 系列調(diào)頻發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)簡單便于維護(hù)，進(jìn)一步了解其工作原理，掌握其結(jié)構(gòu)特征對(duì)于日后的維護(hù)與故障處理都是大有裨益的。

［1］TECHNICAL MANUAL.Flexiva FAX 5/10/20/30/40K Transmitter Series［S］.2013.

［2］周志靈.哈里斯Z10CD 調(diào)頻發(fā)射機(jī)原理及維護(hù)［J］.西部廣播電視，2005(3):39－40.