調(diào)頻發(fā)射機(jī)2+1系統(tǒng)切換頻率誤入雙工器的故障分析及處理案例

劉國(guó)玲　覃靈開(kāi)（廣西廣播電視技術(shù)中心欽州分中心）

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調(diào)頻發(fā)射機(jī)2+1系統(tǒng)切換頻率誤入雙工器的故障分析及處理案例

劉國(guó)玲覃靈開(kāi)
（廣西廣播電視技術(shù)中心欽州分中心）

［摘 要］以本廣播電視發(fā)射臺(tái)出現(xiàn)過(guò)的一起因外電引起的設(shè)備技術(shù)事故為例，分析調(diào)頻2+1系統(tǒng)發(fā)射機(jī)天線同軸切換開(kāi)關(guān)同時(shí)倒換后，兩個(gè)發(fā)射頻率互換誤入雙工器而發(fā)射機(jī)未出現(xiàn)異常和告警的原因，實(shí)錄處理該故障的方式方法。

［關(guān)鍵詞］調(diào)頻發(fā)射機(jī)2+1系統(tǒng) 天線同軸切換開(kāi)關(guān) 雙工器 3dB定向耦合器 帶通濾波器

1　引言

廣西廣播電視欽州二四五臺(tái)有一套調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)2+1系統(tǒng)，播出頻率為103.4MHz和104.3MHz，主機(jī)均為意大利RVR公司生產(chǎn)的發(fā)射機(jī)（功率3kW），備機(jī)為國(guó)產(chǎn)凱騰KTF-Ⅲ-953發(fā)射機(jī)（功率5kW）。發(fā)射機(jī)通過(guò)雙工器（全橋式多工器/10kW/50Ω）連接共用一副發(fā)射線。如圖1所示。

2　故障現(xiàn)象

圖1　調(diào)頻2+1設(shè)備示意圖

2015年10月的一天晚上，外電不穩(wěn)定，反復(fù)停電又來(lái)電，造成103.4MHz發(fā)射機(jī)因保護(hù)而自動(dòng)倒換到備機(jī)，備機(jī)和104.3主機(jī)工作正常，客戶端監(jiān)控電腦顯示發(fā)射機(jī)工作正常，無(wú)任何告警。值班員用收音機(jī)監(jiān)聽(tīng)兩個(gè)頻率的聲音也都正常。收到監(jiān)測(cè)中心無(wú)載波故障短信告警后，值班人員仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)兩個(gè)頻率發(fā)射機(jī)的同軸開(kāi)關(guān)都已經(jīng)倒換，造成備機(jī)播出103.4MHz的頻率誤入雙工器104.3MHz輸入口，104.3MHz主機(jī)頻率輸入到雙工器103.4MHz輸入口。兩個(gè)同軸開(kāi)關(guān)倒換后連接情況如圖2所示。值班人員立即人工關(guān)掉發(fā)射機(jī)，并倒換104.3MHz發(fā)射機(jī)同軸開(kāi)關(guān)至主機(jī)上天線位置后重啟發(fā)射機(jī)，恢復(fù)正常播出。

3　故障原因分析

出現(xiàn)該故障，由于發(fā)射機(jī)無(wú)異常反應(yīng)，客戶端監(jiān)控系統(tǒng)也無(wú)告警，值班員開(kāi)路接收信號(hào)也能聽(tīng)到清晰的播音（由于監(jiān)控室離發(fā)射機(jī)比較近，即使發(fā)射機(jī)功率沒(méi)有通過(guò)天饋線發(fā)出去，只要激勵(lì)器能正常工作也能收聽(tīng)到播音）。如果沒(méi)有故障短信告警，值班員當(dāng)時(shí)根本無(wú)法發(fā)現(xiàn)故障。為什么這兩個(gè)頻率發(fā)射機(jī)的同軸開(kāi)關(guān)出現(xiàn)同時(shí)自動(dòng)倒換，而且對(duì)換輸入到對(duì)方的雙工器輸入口也沒(méi)有任何異常反應(yīng)（104.3MHz主機(jī)和播出103.4MHz的備機(jī)均沒(méi)有出現(xiàn)反射保護(hù)，同軸開(kāi)關(guān)和饋管也沒(méi)有發(fā)熱現(xiàn)象）？而且監(jiān)控系統(tǒng)顯示也正常？經(jīng)核實(shí)，監(jiān)測(cè)中心的無(wú)載波短信告警不屬于誤告警。既然無(wú)載波通過(guò)天饋線發(fā)出去，又沒(méi)有功率反射回來(lái)，那么發(fā)射機(jī)播出的功率去哪里了呢？沒(méi)有親眼目睹，簡(jiǎn)直不敢相信！通過(guò)認(rèn)真分析，并進(jìn)行試驗(yàn)、檢查和測(cè)試，尋找出了故障發(fā)生的原因。

圖2　調(diào)頻2+1發(fā)射機(jī)示意圖（兩個(gè)同銷開(kāi)關(guān)倒換行）

（1）外電不穩(wěn)定，兩部RVR主用發(fā)射機(jī)都出現(xiàn)保護(hù)而自動(dòng)試圖倒換到同一部備機(jī)，這是發(fā)生故障的前提原因。

由于這兩個(gè)頻率發(fā)射機(jī)是2+1系統(tǒng)，只有一個(gè)備機(jī)，當(dāng)兩部主機(jī)都同時(shí)發(fā)生故障而倒換用備機(jī)時(shí)，只能滿足一部主機(jī)的倒機(jī)要求。一般情況下，哪部主機(jī)搶先倒換到備機(jī)后，另一部主機(jī)需要倒換到備機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的。但是在極端情況下，外電不穩(wěn)定且反復(fù)停電來(lái)電，停電來(lái)電的時(shí)間剛好干擾了兩部主機(jī)設(shè)備倒換到備機(jī)的檢測(cè)時(shí)間，造成控制系統(tǒng)發(fā)出錯(cuò)誤指令，變成兩部同軸開(kāi)關(guān)都發(fā)生倒換（如圖2所示）。從圖2中可以看出，103.4MHz主機(jī)首先倒換到備機(jī)，控制系統(tǒng)對(duì)備機(jī)發(fā)出指令播出頻率為103.4MHz并且正常上功率。如果104.3MHz發(fā)射機(jī)同軸開(kāi)關(guān)沒(méi)有倒換，那么103.4MHz發(fā)射機(jī)同軸開(kāi)關(guān)倒換后，103.4MHz主機(jī)接到假負(fù)載，播出103.4MHz的備機(jī)功率接本雙工器正確從f1輸入。但是，另一部主機(jī)（104.3MHz）同軸開(kāi)關(guān)因接受錯(cuò)亂指令也跟著倒換后，就造成這樣的后果：播出103.4MHz的備機(jī)功率接另一個(gè)雙工器接口錯(cuò)誤從f2輸入，同時(shí)104.3MHz主機(jī)功率改從另一接口經(jīng)過(guò)103.4MHz同軸開(kāi)關(guān)接雙工器接口錯(cuò)誤從f1輸入。也就是造成了調(diào)頻2+1系統(tǒng)發(fā)射機(jī)頻率對(duì)換誤入雙工器輸入口的情況。

（2）調(diào)頻雙工器參數(shù)變動(dòng)，發(fā)射機(jī)輸出功率能夠從非本頻率功率輸入口進(jìn)入雙工器，發(fā)射機(jī)反射功率不大而沒(méi)有保護(hù)關(guān)機(jī)。這是值班人員不容易發(fā)現(xiàn)故障的原因。在此，筆者先從多工器的結(jié)構(gòu)和原理入手，分析多工器參數(shù)變動(dòng)以及變動(dòng)后發(fā)射機(jī)沒(méi)有出現(xiàn)異常的原因。

a 雙工器的結(jié)構(gòu)和原理。

由于我臺(tái)調(diào)頻廣播節(jié)目不斷增多（至2014年增加104.3MHz廣播節(jié)目為止，我臺(tái)一共有7套調(diào)頻廣播節(jié)目），為了節(jié)省發(fā)射天饋系統(tǒng)的投資，采用的辦法是使用多工器（將多個(gè)不同頻率合成后使用一副天線的設(shè)備，稱為多工器）。橋式雙工器是利用兩個(gè)3dB定向耦合器和兩個(gè)帶通濾波器構(gòu)成的，也叫恒定阻抗橋式雙工器。我臺(tái)利用兩組橋式單元把103.4MHz和104.3MHz兩個(gè)調(diào)頻合成使用一副天線（附雙工器實(shí)物圖3）。

圖3　雙工器實(shí)物連接圖

如圖1所示。輸入f1（103.4MHz）的橋式單元A由兩個(gè)3dB定向耦合器（D1、D2）、兩個(gè)帶通濾波器（B1、B2）、吸收負(fù)載R以及相互連接的同軸饋管構(gòu)成。射頻信號(hào)f1由D1的1端輸入，在3端和4端形成功率各一半的輸出信號(hào)，其中3端與1端同相，4端的相位比1端滯后90°，兩路信號(hào)通過(guò)帶通濾波器B1、B2到達(dá)3dB定向耦合器D2的5端和6端，由于6端和8端同相，5端經(jīng)過(guò)90°延時(shí)到達(dá)8端，對(duì)于f1的兩路信號(hào)在8端正好同相合成。

輸入f2（104.3MHz）的橋式單元B由兩個(gè)3dB定向耦合器（D1’、D2’）、兩個(gè)帶通濾波器（B1’、B2’）、吸收負(fù)載R以及相互連接的同軸饋管構(gòu)成。射頻信號(hào)f2 由D1’的1’端輸入，同理，f2的信號(hào)經(jīng)過(guò)D1’、B1’、B2’、D2’在8’端正好同相合成。

從8’端輸出的信號(hào)到達(dá)7端。而在7端，已經(jīng)延時(shí)90°的6端信號(hào)經(jīng)過(guò)3dB定向耦合器D2后再延時(shí)90°，共計(jì)180°，與由5端過(guò)來(lái)的未延時(shí)的f1信號(hào)正好反相抵消，因此f1在7端沒(méi)有輸出。

信號(hào)f2從8’端輸出到達(dá)7端輸入D2，在5和6端輸出兩路各一半功率的f2信號(hào)，在B1、B2的輸入端被全反射回D2，由于相位的關(guān)系，在8端兩路信號(hào)被合成為f2，于是，在D2的8端，f1與f2被合成。

b 雙工器參數(shù)變動(dòng)以及變動(dòng)后發(fā)射機(jī)沒(méi)有出現(xiàn)異常的原因。

從雙工器的結(jié)構(gòu)上尋找變動(dòng)的原因，主要從兩個(gè)方面入手：一是3dB定向耦合器各接觸面及緊固件是否接觸、緊固良好；二是檢查帶通濾波器濾波腔口鋼螺桿和鍍銀銅帶的位置是否變動(dòng)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查，3dB定向耦合器的連接緊固沒(méi)有問(wèn)題，而帶通濾波器濾波腔口鋼螺桿有松動(dòng)現(xiàn)象。技術(shù)人員用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀接入橋式單元A的1端口（103.4MHz功率輸入口）進(jìn)行測(cè)試，駐波比（曲線）如圖4所示。

從曲線中看出， 103.4MHz頻率（4號(hào)標(biāo)位）的駐波比為1.13，而104.3MHz頻率（1號(hào)標(biāo)位）的駐波比為1.06。104.3MHz發(fā)射機(jī)功率誤入1端口能夠更好地通過(guò)橋式單元A而沒(méi)有反射。

接入橋式單元B的1’端口（104.3MHz功率輸入口）進(jìn)行測(cè)試（曲線圖略），103.4MHz的駐波比稍大，但是由于國(guó)產(chǎn)備機(jī)對(duì)功率反射保護(hù)沒(méi)有RVR發(fā)射機(jī)靈敏，所以播出103.4MHz的備機(jī)沒(méi)有出現(xiàn)反射保護(hù)。103.4MHz功率能夠從f2輸入口誤入，通過(guò)橋式單元B的8’端口輸入到7端口后，輸入D2，在5和6端輸出兩路各一半功率，大部分進(jìn)入帶通濾波器B1、B2 （因?yàn)锽1、B2允許103.4MHz頻率通過(guò)），進(jìn)入3、4端口，在2端相加而被吸收電阻R吸收。這就是為什么103.4MHz的備機(jī)功率能夠正常工作卻出現(xiàn)無(wú)載波短信告警的原因。

圖4　雙工器參數(shù)變動(dòng)后的電壓駐波比

根據(jù)上述的檢查情況得出結(jié)論，雙工器的參數(shù)已經(jīng)發(fā)生變動(dòng)，影響雙工器參數(shù)變動(dòng)的原因，主要是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間使用，加上機(jī)房的震動(dòng)，造成帶通濾波器濾波腔口鋼螺桿和鍍銀銅帶的位置已經(jīng)偏移。濾波腔口鋼螺桿上下移動(dòng)會(huì)改變諧振腔的諧振頻率，鍍銀銅帶的上下移動(dòng)會(huì)改變耦合環(huán)的位置，從而改變諧振腔的帶通特性。

c同軸開(kāi)關(guān)與發(fā)射機(jī)沒(méi)有聯(lián)鎖功能（屬于系統(tǒng)設(shè)計(jì)缺陷），兩個(gè)同軸開(kāi)關(guān)同時(shí)倒換后，發(fā)射機(jī)不在同軸開(kāi)關(guān)天線狀態(tài)的位置也能輸出功率，這是發(fā)射機(jī)頻率對(duì)換誤入雙工器的原因。

d 共用一套調(diào)頻橋式雙工器的兩個(gè)頻率相距太近（103.4MHz和104.3MHz兩個(gè)頻率相差只有0.9MHz），這也是發(fā)生故障的原因之一。對(duì)于這種橋式雙工器，由于有3dB定向耦合器和帶通濾波器的共同作用，從理論上說(shuō)，兩個(gè)頻率間隔可以做得比較小而仍可以獲得較高的隔離度。但是，由于外界因素的影響，雙工器的隔離度容易變差，因此就容易發(fā)生此類故障。

4　處理辦法

經(jīng)過(guò)以上故障分析，找出故障原因后，做出以下處理辦法：

（1）重新調(diào)試雙工器參數(shù)。根據(jù)上述雙工器參數(shù)變動(dòng)的原因，對(duì)濾波腔口鋼螺桿和鍍銀銅帶的位置進(jìn)行調(diào)整。使用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，將分析儀的中心頻率設(shè)定為帶通濾波器腔體的工作頻率（以104.3MHz為例），在顯示器上觀察反射特性和傳輸特性兩條曲線，調(diào)整濾波腔口鋼螺桿的長(zhǎng)度，改變諧振腔的諧振頻率，使濾波器諧振在所要求的工作頻率上；抽送鍍銀銅帶改變耦合環(huán)的位置，改變諧振腔的帶通特性。通過(guò)調(diào)整后，得到反射特性和傳輸特性曲線如圖6所示。104.3MHz頻率的反射損耗為-29.66dB，達(dá)到指標(biāo)要求（一般要求優(yōu)于-26dB）。

圖5　反射特性曲線和傳輸特性曲線

（2）在兩部主機(jī)RVR發(fā)射機(jī)上都增加同軸開(kāi)關(guān)與發(fā)射機(jī)互鎖功能。如圖7所示，將同軸切換開(kāi)關(guān)控制器背面的6端口（發(fā)射機(jī)聯(lián)鎖）接到RVR激勵(lì)器背面的4端口（INTERLOCK）。正常情況下，發(fā)射機(jī)主機(jī)連接同軸開(kāi)關(guān)的天線狀態(tài)，功率正常輸入雙工器上天線播出。如果同軸開(kāi)關(guān)不在天線狀態(tài)（不到位或倒轉(zhuǎn)），該控制器背面的6端口接地，通過(guò)連接線激勵(lì)器4端口也接地，禁止激勵(lì)器功率輸出。增加該互鎖功能后，在103.4MHz發(fā)射機(jī)同軸開(kāi)關(guān)倒換用國(guó)產(chǎn)備機(jī)播出的情況下，能防止104.3MHz發(fā)射機(jī)同軸開(kāi)關(guān)倒換后仍然上功率播出并誤入雙工器輸入口的情況發(fā)生。

5　結(jié)束語(yǔ)

以上是對(duì)本廣播電視發(fā)射臺(tái)發(fā)生的一例播出事故進(jìn)行的分析討論，能從中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，通過(guò)完善天線切換開(kāi)關(guān)互鎖功能和重調(diào)多工器參數(shù)并鎖牢可調(diào)器件，能有效地防止類似事故再次發(fā)生，保證廣播電視安全播出。

圖6　同軸開(kāi)關(guān)與發(fā)射機(jī)互鎖連接圖