廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)原理及維修研究

姬 茹

（山西省廣播電視局中波臺(tái)管理中心，山西 太原 030001）

0 引 言

實(shí)際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)在運(yùn)行中很容易出現(xiàn)多種故障，如輸出功率過(guò)低、信號(hào)程序異常、供電環(huán)節(jié)異常以及參數(shù)值不準(zhǔn)等。為有效處理這類故障，技術(shù)人員必須了解廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)的原理，準(zhǔn)確判斷故障源頭，這正是本文研究的關(guān)鍵所在。

1 廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)原理

1.1 整體結(jié)構(gòu)

作為信息調(diào)控設(shè)備，廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)擁有大量“串聯(lián)”固態(tài)發(fā)射模塊，本質(zhì)上屬于微波集成電路。特定時(shí)期，固態(tài)發(fā)射頻率的綜合調(diào)控可基于微波集成電路完成，多個(gè)微波功率器件或低噪聲接收器能夠?qū)崿F(xiàn)微波的接收和傳輸。

1.2 硬件組成

廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)主要硬件包括功率激勵(lì)器、功率放大器、供電控制系統(tǒng)、冷風(fēng)系統(tǒng)、無(wú)源部件以及計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等。無(wú)源部件和功率放大器負(fù)責(zé)功率調(diào)節(jié)，功率激勵(lì)器負(fù)責(zé)信號(hào)傳輸和接收，供電控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)冷風(fēng)系統(tǒng)承擔(dān)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控和頻率信號(hào)處理。在主控系統(tǒng)的控制下，三者可基于程序要求對(duì)單片機(jī)及功率調(diào)節(jié)進(jìn)行控制[1]。

1.3 程序調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)

廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)存在綜合性程序調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，這使得其能夠通過(guò)功率傳導(dǎo)體系對(duì)頻率信號(hào)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)控、合成，由此，傳導(dǎo)的信號(hào)多具備穩(wěn)定性的特征。對(duì)屬于應(yīng)用型功率管理結(jié)構(gòu)的固態(tài)發(fā)射機(jī)功率連接模式來(lái)說(shuō)，功率放大單元可實(shí)現(xiàn)接收信號(hào)的強(qiáng)化，更持續(xù)、穩(wěn)定地開(kāi)展信號(hào)傳導(dǎo)。通過(guò)功率二合成器、平衡放大器，固態(tài)發(fā)射機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)功率效率調(diào)節(jié)，同時(shí)具有線性高、增益高的特性，信號(hào)傳輸故障能夠得到有效預(yù)防[2]。

1.4 典型構(gòu)成

以某廣播電視發(fā)射塔設(shè)置的廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)為例，發(fā)射機(jī)型號(hào)為北廣TF520-10KW，具體由總控制箱、中間放大器（300 W）、激勵(lì)器（30 W）、五分配器、末級(jí)耦合器（3 dB）以及不平衡吸收負(fù)載組成，基于功放盤（1 kW）和五分配器組成左右機(jī)柜，4塊300 W功率模塊組成功率放大器，各模塊可實(shí)現(xiàn) 300 W功率獨(dú)立輸出，放大器在頻率改變時(shí)無(wú)需調(diào)整。

在正常運(yùn)行過(guò)程中，放大器（300 W）負(fù)責(zé)放大激勵(lì)器送來(lái)的射頻信號(hào)，需要將通過(guò)低通濾波器的300 W功率1分為2，該工作由耦合器（3 dB）負(fù)責(zé)分配，2路信號(hào)存在90°相位差，每路進(jìn)行 150 W輸出，送至五分配器（10 kW）實(shí)現(xiàn)對(duì)10個(gè)功放盤（1 kW）的激勵(lì)，各功放盤設(shè)置有4個(gè)放大模塊，放大模塊中設(shè)置有MRF151G場(chǎng)效應(yīng)管，能夠?qū)崿F(xiàn)300 W功率獨(dú)立輸出。放大器（1 kW）輸出功率回到五合成器，兩個(gè)5 kW功率輸出可由此分別合成，之后存在90°相位差的機(jī)箱頂部耦合器（3 dB）完成10 kW功率合成，最終向天線輸出[3]。

2 廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)維修方法

2.1 輸出功率過(guò)低問(wèn)題

在固態(tài)發(fā)射機(jī)與外部結(jié)構(gòu)發(fā)生信號(hào)傳輸變化時(shí)，激勵(lì)器存在同時(shí)發(fā)生變化的輸出功率，如調(diào)控方未能基于固態(tài)發(fā)射機(jī)輸出功率變化而變化，則說(shuō)明存在輸出功率過(guò)低問(wèn)題。處理輸出功率過(guò)低故障時(shí)，需結(jié)合整體結(jié)構(gòu)，綜合檢驗(yàn)功率傳輸情況，如發(fā)現(xiàn)傳輸功率和輸出結(jié)構(gòu)正常，可確定傳輸結(jié)構(gòu)的故障并不嚴(yán)重，僅需要對(duì)發(fā)射功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。具體維修過(guò)程中，需要檢測(cè)各個(gè)信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置的功率，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)值，有效分析輸出線路的故障問(wèn)題。進(jìn)行局部電阻檢驗(yàn)也能夠發(fā)現(xiàn)相關(guān)異常，檢驗(yàn)需圍繞功率傳輸線路的測(cè)試部分展開(kāi)，更換功率異常元件，完成程序連接后重新啟動(dòng)程序，即可解決故障。

2.2 信號(hào)程序異常問(wèn)題

信號(hào)傳輸問(wèn)題在廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)運(yùn)行中也較為常見(jiàn)，如發(fā)射機(jī)發(fā)出的信號(hào)可識(shí)別度較低，或信號(hào)斷斷續(xù)續(xù)、階段性傳輸。針對(duì)這類故障的維修，需要從外部元件檢測(cè)入手，如發(fā)現(xiàn)發(fā)送部分強(qiáng)度不夠、外部故障受損等情況，即可確定信號(hào)程序存在問(wèn)題?？赏ㄟ^(guò)信號(hào)調(diào)節(jié)方式處理故障，如對(duì)硬件問(wèn)題處理采用局域性調(diào)節(jié)方法，可對(duì)初始信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，將“較大”強(qiáng)度向“居中”調(diào)節(jié)，同時(shí)一周期30 min的信號(hào)傳輸時(shí)長(zhǎng)可以調(diào)整為45 min，通過(guò)減弱信號(hào)傳輸強(qiáng)度并延長(zhǎng)信號(hào)傳輸時(shí)長(zhǎng)，可有效解決外部元件異常故障[4]。針對(duì)信號(hào)放大程序異常的處理，需分析階段性信號(hào)傳輸穩(wěn)定性，充分應(yīng)用內(nèi)部信號(hào)操控模式。對(duì)于信號(hào)傳輸不完整、信號(hào)傳輸強(qiáng)度不足問(wèn)題，可應(yīng)用信號(hào)模擬處理模型檢測(cè)信號(hào)的完整度，檢測(cè)對(duì)象為信號(hào)的各部分傳輸渠道。對(duì)于接收到外部信號(hào)的內(nèi)部程序，如存在較低的信號(hào)穩(wěn)定性，可開(kāi)展“部分性彌補(bǔ)”，具體需要在多次信號(hào)轉(zhuǎn)換期間進(jìn)行。

2.3 供電環(huán)節(jié)異常問(wèn)題

信號(hào)傳輸期間，廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)的供電環(huán)節(jié)異常故障也較為常見(jiàn)，這會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行功率不穩(wěn)定，也可能出現(xiàn)損壞電纜傳輸體系的情況。對(duì)供電環(huán)節(jié)異常進(jìn)行處理，需要檢測(cè)電源連接情況，檢查是否有電源插頭接觸不良、局部電源插頭裸露、電源插頭連接不當(dāng)?shù)葐?wèn)題。針對(duì)斷電的固態(tài)發(fā)射機(jī)，還需要對(duì)供電線路暢通性進(jìn)行檢查，這能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)線路交叉干擾、混路等問(wèn)題。

2.4 參數(shù)值不準(zhǔn)確問(wèn)題

實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)的信號(hào)穩(wěn)定性需要得到冷風(fēng)系統(tǒng)、供電控制結(jié)構(gòu)、射頻結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)、信號(hào)單元性放大程序等環(huán)節(jié)的支撐。但在具體傳輸過(guò)程中，某些信號(hào)與局部線路間存在排斥，因此會(huì)產(chǎn)生參數(shù)值混亂的情況，進(jìn)而影響正常運(yùn)行。對(duì)于參數(shù)值不準(zhǔn)確問(wèn)題，需聚焦傳輸環(huán)節(jié)對(duì)固態(tài)發(fā)射機(jī)開(kāi)展綜合調(diào)控，日常調(diào)頻處理過(guò)程中要嚴(yán)格完成各部分參數(shù)標(biāo)記。如果日常傳輸信號(hào)過(guò)程出現(xiàn)參數(shù)值不準(zhǔn)確問(wèn)題，這類故障可應(yīng)用間斷性信號(hào)波測(cè)定調(diào)整法進(jìn)行處理。

2.5 輸出功率為零問(wèn)題

一般廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)可發(fā)射10 kW的正常信號(hào)傳輸功率，且傳輸功率可基于自動(dòng)化控制單元進(jìn)行自主調(diào)節(jié)，因此信號(hào)傳輸期間需要保持 10 kW的單元結(jié)構(gòu)整體信號(hào)強(qiáng)度。但如果發(fā)送信號(hào)過(guò)程存在異常的射頻數(shù)據(jù)輸出輸入，或存在信號(hào)狀態(tài)不好的局部電路元件，10 kW的數(shù)據(jù)功率狀態(tài)保持將無(wú)法實(shí)現(xiàn)，甚至可能出現(xiàn)信號(hào)輸入、輸出功率為零的現(xiàn)象。為解決輸出功率為零故障，需要關(guān)注阻抗變換器，如輸入端的阻抗變換器電阻較大，單元內(nèi)傳輸?shù)碾娏髦岛碗妷褐禃?huì)隨之減少，由于固態(tài)發(fā)射機(jī)采用階段性信號(hào)傳輸方式，信號(hào)傳輸過(guò)程會(huì)出現(xiàn)為變?yōu)榱愕墓β?，因此可以直接調(diào)節(jié)阻抗變換器電阻，恢復(fù)其傳輸功率。處理射頻問(wèn)題時(shí)，射頻調(diào)控線路連接不當(dāng)也可能導(dǎo)致輸出功率為零，因此需要對(duì)相關(guān)線路展開(kāi)檢查，必要時(shí)還需要逐一檢查固態(tài)發(fā)射機(jī)線路，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理斷路、短路等問(wèn)題[5]。此外，還需要做好線路部分阻抗模塊的測(cè)試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理“排異”問(wèn)題。

3 實(shí)例分析

3.1 案例概況

以某廣播電視發(fā)射塔為例，該廣播電視發(fā)射塔設(shè)置的廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)存在較高集成度，型號(hào)為TF520-10kW，存在48～50 V的漏極工作電壓，且全頻段內(nèi)擁有17 dB以上增益。

3.2 故障現(xiàn)象分析

在例行維護(hù)時(shí)，廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)（備機(jī)播出）5號(hào)功放盤在一段時(shí)間開(kāi)機(jī)加功率后出現(xiàn)功率突然減小的情況，此時(shí)外部供電源正常，為明確具體的功率數(shù)值變化，對(duì)比中央控制單元顯示的功率數(shù)值發(fā)現(xiàn)，相較于其他9個(gè)功放盤，5號(hào)功放盤的功率數(shù)值僅有正常情況下的一半。左右機(jī)柜相位因5號(hào)功放盤故障出現(xiàn)不平衡，廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)隨之出現(xiàn)不平衡的輸出功率，整機(jī)功率輸出值大幅降低。

3.3 故障原因分析

廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)曾出現(xiàn)過(guò)類似的功放盤故障，3個(gè)功放模塊設(shè)置于功放盤內(nèi)部，負(fù)責(zé)提供48 V直流電壓，由于存在分壓供電，雙面電路板PS導(dǎo)孔（4個(gè)）虛焊，功放模塊中個(gè)別放大管無(wú)法正常加電，導(dǎo)致功放盤出現(xiàn)內(nèi)部輸出功率不平衡問(wèn)題，功放盤整體功率因此下降。對(duì)于上文提及的故障現(xiàn)象，技術(shù)人員認(rèn)為可能存在同樣的故障原因。但在無(wú)功率加電靜態(tài)測(cè)量5號(hào)功放盤四個(gè)模塊的漏極電流、漏極電壓、功率后，輸出功率基本相同，且4個(gè)模塊的漏極靜態(tài)工作電流、漏極電壓相同，分別為50 mA、 48 V，4個(gè)模塊的放大管同時(shí)存在處于2.3～2.6 V區(qū)間的靜態(tài)直流工作電壓。結(jié)合動(dòng)態(tài)加功率測(cè)試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，僅有5號(hào)功放盤電流不正常，因此可將電源供電問(wèn)題大致排除，放大管故障的可能也可同時(shí)排除，這是由于放大管存在故障會(huì)導(dǎo)致輸出功率出現(xiàn)較大變化，也可能出現(xiàn)無(wú)功率輸出情況。

結(jié)合廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)原理分析可以確定，如放大器（300 W）或激勵(lì)器出現(xiàn)故障，所有功放盤的功率輸出均會(huì)受到較大影響，這與上述故障現(xiàn)象差異較大，因此可將二者故障的可能性排除。五分配電路設(shè)置有調(diào)相電路，該電路由微帶線、電容、電感組成，負(fù)責(zé)對(duì)存在離散性的五路放大電路不平衡進(jìn)行補(bǔ)償，帶感電路在出廠時(shí)的調(diào)整較為細(xì)致，基本不可能出現(xiàn)故障。為排除射頻電纜和5分配器故障，采用對(duì)調(diào)正常功放盤和故障功放盤的方式進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)5號(hào)功放盤故障仍存在，因此可排除射頻電纜和5分配器故障。值得注意的是，為實(shí)現(xiàn)類似故障排除，單純調(diào)換射頻電纜的故障查找也是常用方法，但該方法可能因射頻電纜接地不良、虛焊導(dǎo)致故障誤判，這會(huì)導(dǎo)致維修時(shí)間大幅延長(zhǎng)，停播隱患也會(huì)隨之加大，因此需謹(jǐn)慎應(yīng)用調(diào)換射頻電纜的故障查找方式。

在排除信號(hào)放大流程和供電電源出現(xiàn)故障的可能性后，為明確故障原因，需要對(duì)功放盤內(nèi)部進(jìn)行檢查。功放模塊（300 W）電路由放大管、輸入匹配電路、柵極偏置電路、輸出匹配電路組成。結(jié)合故障表現(xiàn)和電路組成，可將盤內(nèi)放大管故障可能性排除，由于工作電壓降為正常情況下的1/2，因此可確定存在過(guò)小的功放盤信號(hào)輸入端電壓，需要對(duì)由不平衡電阻和微帶線組成的功放盤信號(hào)輸入端電壓不平衡匹配分配回路進(jìn)行檢查[6]。

3.4 故障處理

結(jié)合上述故障原因分析可以發(fā)現(xiàn)，如果二分配器中的100 Ω/250 W不平衡吸收電阻在合成電路中出現(xiàn)故障，這種不平衡吸收電阻會(huì)導(dǎo)致二分配器對(duì)應(yīng)功放模塊射頻功率降低，進(jìn)而導(dǎo)致射頻功率輸出出現(xiàn)顯著差異，而通過(guò)測(cè)量獲取的四路模塊輸出功率基本相同，可以確定，對(duì)應(yīng)的不平衡吸收電阻未出現(xiàn)故障。如二分配器中的100 Ω/50 W不平衡吸收電阻出現(xiàn)異常，功放模塊同樣會(huì)受到該不平衡吸收電阻影響，引發(fā)故障問(wèn)題，通過(guò)對(duì)電阻進(jìn)行更換，重新測(cè)試，可以確定，換下的電阻存在故障，導(dǎo)致電平產(chǎn)生波動(dòng)。對(duì)該不平衡吸收電阻進(jìn)行更換后，故障順利排除。

4 結(jié) 語(yǔ)

廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)很容易在運(yùn)行中出現(xiàn)故障。本文涉及的輸出功率過(guò)低、信號(hào)程序異常、供電環(huán)節(jié)異常、參數(shù)值不準(zhǔn)確、故障實(shí)例處理等內(nèi)容，直觀地展示了可行性較高的故障處理方法。為更好地保證廣播電視固態(tài)發(fā)射機(jī)地穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)信號(hào)放大流程的深入研究、發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)調(diào)控，同樣需要得到重視。