數(shù)字電視發(fā)射機的原理及常見故障維修方法

張 鵬

（貴州省廣播電視局七六一臺，貴州 貴陽 550000）

0 引 言

隨著我國通信技術的高速發(fā)展，便捷的信息獲取方式成為廣大受眾追求的目標。模擬電視由于傳輸節(jié)目單一、清晰度差、覆蓋面窄、不能實現(xiàn)移動便攜收看，已經不能滿足受眾的收視需要。地面數(shù)字電視廣播的普及避免了傳統(tǒng)模擬電視帶來的問題，提升了用戶收視節(jié)目的質量。隨著數(shù)字和網絡技術的不斷創(chuàng)新，數(shù)字電視的普及助力廣播電視行業(yè)在市場上占據了一席之地[1]。為更好適應地面數(shù)字電視廣播技術的快速發(fā)展，提升技術人員對數(shù)字電視發(fā)射機的維護水平，確保發(fā)射機安全播出，對發(fā)射機的工作原理和維護進行探究十分必要。

1 數(shù)字電視發(fā)射機發(fā)展歷程

數(shù)字電視技術最早起源于歐洲國家。20世紀80年代初期，英國、德國、法國等已經開始對數(shù)字電視技術進行研究，并發(fā)明了MAC1、MAC2、MAC3（模擬分量時復用傳輸技術）等三代數(shù)字衛(wèi)星電視節(jié)目廣播[2]。

到1982年，美國數(shù)字電視公司率先研制成功新一代數(shù)字式電視機。1995年9月15日，美國正式審核通過了ATSC數(shù)字電視國家標準。ATSC調制方式采用格形編碼的八電平殘留邊帶，由美國高級電視系統(tǒng)委員會開發(fā)。1996年4月，法國率先在全國實施數(shù)字電視商業(yè)廣播技術，從此世界各地數(shù)字電視廣播技術得到了高速發(fā)展，其中以DVB-S廣播技術發(fā)展最廣泛。

2006年8月18日，我國頒布了地面數(shù)字電視廣播DTMB標準，它是由我國自主制定的有關數(shù)字電視和流動數(shù)字廣播制式，采用時域同步正交頻分復用調制方式。該標準優(yōu)勢明顯，具有頻譜利用率高、覆蓋范圍廣、移動性能強、多業(yè)務廣播等優(yōu)點。該標準于2007年8月1日起正式實施[3]。

2 數(shù)字電視發(fā)射機工作原理與構成

2.1 數(shù)字電視發(fā)射機的工作原理

數(shù)字電視發(fā)射機輸入的信號為TS流信號，其格式為MPEG-2或MPEG-4/AVS。該流信號經激勵器進行信道編碼與調制處理，形成符合一定制式標準的數(shù)字基帶信號，然后上變頻調制成所需射頻信號。輸出的射頻信號經逐級放大，達到設定功率后輸出。

發(fā)射機主要由激勵單元、功率放大單元、無源部件單元以及監(jiān)控單元這4個工作單元構成。激勵單元主要對來自數(shù)字播控中心的流信號進行信道編碼與調制，上變頻調制成所需的射頻信號，同時對該射頻信號進行前置放大，使其達到功率放大單元的輸入標準。功率放大單元對激勵器送來的射頻信號進行功率放大。無源部件單元由帶通濾波器、功率分配器及功率合成器等組成，其中帶通濾波器可以濾除帶外無用發(fā)射信號，使得發(fā)射機信號符合頻譜模板要求。監(jiān)控單元是數(shù)字發(fā)射機測控系統(tǒng)的核心，負責控制各個單元的工作[4]。

2.2 數(shù)字電視發(fā)射機的構成

2.2.1 數(shù)字激勵器

數(shù)字激勵器是發(fā)射機的重要組成部分，主要功能是將前端送來的TS流信號進行信道編碼、調制與變頻處理，形成符合一定制式標準的模擬射頻信號輸出。因此，數(shù)字電視激勵器的技術指標直接影響發(fā)射機播出性能好壞。

按照DTMB標準的要求，數(shù)字電視激勵器需具備預校正功能。其作用是對整個發(fā)射機系統(tǒng)鏈路中的阻抗不匹配和非線性失真進行校正，從而提高發(fā)射機的技術指標，改善發(fā)射的信號質量。同時，激勵器還應具備監(jiān)控和監(jiān)測功能，以實現(xiàn)對發(fā)射機運行期間的遠程監(jiān)控、遠程監(jiān)測、及時報警等功能。

2.2.2 功率放大器

在內部控制質量方面，張淑惠等（2016）認為企業(yè)聘請的具有海外背景的人才擔任董事會的獨立董事能夠提高企業(yè)內部控制的質量，且其水平越高，企業(yè)內部控制的效果越好，刺激董事會為了滿足日常營運需求而持有更多現(xiàn)金。進一步研究認為企業(yè)在董事會成員中應當適當加入擁有海外背景的董事，這樣可以合理控制企業(yè)的風險，同時將有海外背景的董事和無海外背景的董事人數(shù)之比控制在合理范圍內。

功率放大器對功率分配器輸出的射頻信號進行功率放大，一般為UHF波段高增益寬帶線性功率放大器，由2～4級功放組成，最后利用功率合成技術輸出增益為30～60 dB的大功率高頻信號送到發(fā)射天線。數(shù)字電視發(fā)射機的末級功率放大器一般都采用型號相同的功率放大模塊，大功率數(shù)字電視發(fā)射機末級功率放大器由多個相同功率放大模塊組成，利用功率合成技術輸出滿足設定要求的大功率高頻信號。采用相同型號的功率放大模塊，為后期維護和備件購買提供了便利。

2.2.3 無源部件單元

無源部件單元主要包括功率分配器和功率合成器、帶通濾波器等部件。

（1）功率分配器和功率合成器。數(shù)字電視發(fā)射機中，功率分配器主要對前級放大單元輸出的射頻信號進行分配，并輸出信號到功放單元，其要求是：輸出功率要按照一定比例進行分配，每個輸出端之間要相互隔離，同時輸入、輸出端要做到匹配。功率合成器對末級功放單元輸出信號進行合成，并輸出信號送到帶通濾波器。

（2）帶通濾波器。帶通濾波器的主要作用是濾除無用的發(fā)射功率，避免發(fā)射機輸出信號的帶外雜散對空間信號造成干擾。

2.2.4 數(shù)字發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)

數(shù)字發(fā)射機監(jiān)控單元是發(fā)射機配套嵌入式計算機自動控制設備，主要功能是在嵌入式計算機系統(tǒng)控制下，負責收集發(fā)射機運行模擬參量和狀態(tài)參量[5]。計算機系統(tǒng)按照編程算法對采集到的參量進行運算，當某一參量超出規(guī)定值，就會及時報警并對該錯誤采取相應控制，從而起到保護發(fā)射機的作用。除計算機監(jiān)控系統(tǒng)外，其他各功能單元都具有本單元獨立測控模塊，主要負責采集本單元內部各種參量，同時將采集到的參量上傳至監(jiān)控單元。激勵器作為發(fā)射機的重要組成部分，其測控模塊不僅有控制功能，還可以接收監(jiān)控單元發(fā)出的指令，做出相應反應。而功率放大器主要通過單獨通信模塊將采集到的數(shù)據上傳至監(jiān)控單元，由監(jiān)控單元對上傳來的數(shù)據進行統(tǒng)一管理，并發(fā)出相應指令。

2.2.5 冷卻系統(tǒng)

數(shù)字電視發(fā)射機的冷卻系統(tǒng)主要有風冷系統(tǒng)和液冷系統(tǒng)兩種。目前，中小功率發(fā)射機的功率放大器大多采用強迫風冷的方式來降低發(fā)射機運行時所產生的熱量。而大功率發(fā)射機的功率放大器大多采用液冷系統(tǒng)。液冷系統(tǒng)有逐步替代風冷系統(tǒng)的趨勢。因為風冷方式容易受外界環(huán)境影響以及風機自身的磨損出現(xiàn)風冷效果差、噪音大等缺點，增大了平時的維護成本。而液冷系統(tǒng)有效克服了風冷方式的缺點，添加的冷卻劑為乙二醇加水或者防凍液，在平時使用中，液冷系統(tǒng)比風冷系統(tǒng)的散熱效果提升明顯，能夠保障數(shù)字發(fā)射機安全運行。

3 數(shù)字電視發(fā)射機的維護

3.1 發(fā)射機的日常維護

數(shù)字電視發(fā)射機是一部精密復雜的設備，經過長時間運行，設備表面和內部容易受到空氣中灰塵、濕氣的影響。因此，在發(fā)射機日常維護中，維護人員要注意機房的溫度和濕度，定期檢查設備內部灰塵，特別是風機和功放單元，對安裝有濾塵網的地方，發(fā)現(xiàn)有灰塵應及時進行清理。進行除塵工作時，不要用壓縮空氣泵來吹掃灰塵，容易把灰塵吹入看不見的地方，給設備正常運行帶來安全隱患，應采用真空吸塵器來除塵。

3.2 激勵器檢修方法

激勵器作為發(fā)射機系統(tǒng)的重要組成部分，其性能好壞直接影響整個發(fā)射機性能的高低。一般情況下，激勵器出現(xiàn)故障時，激勵器面板上的故障指示燈會亮起，發(fā)射機輸出功率會降低甚至降為零。在維修過程中，首先要檢查硬件方面是否因為環(huán)境溫度過高而造成器件損壞，應著重檢查射頻鎖相環(huán)是否工作、電源模塊損壞、10 MHz晶振失效或者嵌入式系統(tǒng)癱瘓等原因。其次，檢查激勵器的系統(tǒng)是否進入了保護機制，如碼流丟失、1PPS基準丟失以及時鐘丟失等情況。最后，檢查是否因為人為操作不當造成射頻信號被關閉或者在切換主備激勵器時操作失誤的原因。

3.3 功率放大器的檢修

數(shù)字電視發(fā)射機末級功率放大器一般采用型號相同的放大模塊，在每一個功放單元里存在多個LDMOS放大管，當其中一個功放單元出現(xiàn)問題，會導致發(fā)射機功率降低，影響播出質量。當功率放大器發(fā)生故障，主要為LDMOS放大管損壞、電流電壓波動造成過流過壓保護等問題。在維修時，首先檢查功放盒內4～8個LDMOS放大管是否存在虛焊、損壞等情況。其次在功放單元上電的情況下，通過萬用表來測量LDMOS放大管各極電壓是否正常，數(shù)字發(fā)射機柵極直流電壓一般為1.5～1.7 V，漏極直流電壓為45～48 V。在更換LDMOS放大管時要注意選用相同型號進行替換，更換過程中要注意靜電防護。在實際使用過程中，末級功放單元出現(xiàn)故障的幾率較大，因此對末級功放單元的日常維護尤為重要。

3.4 冷卻系統(tǒng)的檢修

數(shù)字發(fā)射機冷卻系統(tǒng)故障大多出現(xiàn)在風冷方式設備上，主要是由灰塵、風機長時間運轉造成的自身磨損等原因，導致發(fā)射機溫度升高，出現(xiàn)功率下降甚至過熱保護情況的發(fā)生。因此，在日常維護中要加強風冷系統(tǒng)的除塵工作、對磨損風機要及時更換。液冷系統(tǒng)如果出現(xiàn)問題，主要查看流量值、壓力值、水含量等指標是否在正常范圍內，重點檢查法蘭盤、管道連接處、主備泵是否存在漏液 問題。

4 結 語

數(shù)字電視廣播克服了模擬電視畫質差、易受到干擾、覆蓋范圍窄等缺點，還能在一個頻道內傳輸8套高畫質節(jié)目，使得傳輸容量得到提升，同時也提高了頻譜資源利用率。當前，只有加大對數(shù)字電視發(fā)射機工作原理的學習和維修經驗的探討，才能充分發(fā)揮數(shù)字電視廣播的優(yōu)勢，從而促進數(shù)字電視技術的進步和發(fā)展。