GME1F53型5KW調(diào)頻發(fā)射機(jī)系統(tǒng)分析

【摘要】GME1F53型5KW全固態(tài)立體聲調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)是同方吉兆公司利用清華大學(xué)技術(shù)優(yōu)勢，在外形和結(jié)構(gòu)上既考慮了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，又考慮了美觀效果和實(shí)用性而開發(fā)的一款新產(chǎn)品。該發(fā)射機(jī)系統(tǒng)因具有技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、操作簡單、維護(hù)方便，性價比高、故障率低等優(yōu)點(diǎn)被全國各地廣播電視發(fā)射臺使用。結(jié)合從事廣電播出發(fā)射技術(shù)工作近20年的工作實(shí)踐，本文對該系統(tǒng)的特點(diǎn)、組成、各部分功能、原理及使用過程中的操作、維護(hù)維修、注意事項(xiàng)等方面進(jìn)行簡明扼要介紹，希望能為相關(guān)人員提供參考。

【關(guān)鍵詞】GME1F53型；調(diào)頻發(fā)射機(jī)；激勵器；控制系統(tǒng)；雙工器

中圖分類號：TN929? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2023.09.010

萊西市人民廣播電臺目前使用的GME1F53型5kW全固態(tài)立體聲調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)系統(tǒng)，由北京同方吉兆科技有限公司利用清華大學(xué)先進(jìn)技術(shù)設(shè)計(jì)制造，是一款在外形及結(jié)構(gòu)上既考慮標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，又考慮美觀效果和實(shí)用性而開發(fā)的新產(chǎn)品。該調(diào)頻發(fā)射機(jī)系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、性能穩(wěn)定、操作簡單、維護(hù)方便，性價比高、故障率低等特點(diǎn)。自2015年6月安裝啟用，一直作為調(diào)頻廣播發(fā)射主機(jī)使用至今，7年來使用效果相當(dāng)滿意，為我臺無線廣播電視安全播出可謂是立下了汗馬功勞。下面簡要介紹該系統(tǒng)。

1. 調(diào)頻發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

1.1 先進(jìn)的技術(shù)及設(shè)計(jì)理念

①采用LDMOS（橫向擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體）技術(shù)，整機(jī)全固態(tài)化。②采用獲得國家專利的分配、合成技術(shù)。③模塊化設(shè)計(jì)理念。

1.2 并聯(lián)冗余設(shè)計(jì)，降低停播率

①功率放大器采用并聯(lián)冗余設(shè)計(jì)：由3個完全相同的2000W功率放大器組成，可互為備份，任意替換。②電源的備份冗余設(shè)計(jì)：4個開關(guān)電源模塊并聯(lián)均流供電，主控中央處理器實(shí)時監(jiān)控電源工作狀態(tài)。③激勵器的備份冗余設(shè)計(jì)：主備激勵器互為備份且自動切換。

1.3 智能化、網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控系統(tǒng)

①采用ARM處理器控制技術(shù)，具有強(qiáng)大的自診斷功能。②觸摸屏設(shè)計(jì)，操作簡單實(shí)用。③完善的數(shù)據(jù)檢測技術(shù)、監(jiān)控系統(tǒng)和功能完善的計(jì)算機(jī)控制軟件。④CAN總線控制系統(tǒng)快速可靠，方便運(yùn)用計(jì)算機(jī)管理和監(jiān)控。

1.4 完善的保護(hù)措施，保障設(shè)備安全運(yùn)行

①采用抗駐波比40：1的高性能大功率管功放管。②功率放大器設(shè)計(jì)有VSWR、溫度、過激勵等保護(hù)。③開關(guān)電源模塊具有過壓、過流、欠壓、溫度等保護(hù)。④整機(jī)設(shè)計(jì)VSWR、防雷、缺相等保護(hù)。

1.5 熱插拔技術(shù)，方便維護(hù)與操作

①功放模塊支持熱插拔。②開關(guān)電源模塊支持熱插拔。

2. 調(diào)頻發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的組成、功能、原理介紹

GME1F53E型發(fā)射機(jī)系統(tǒng)主要由6大部分組成：激勵器、RF系統(tǒng)（包括功率放大器、分配器、合成器、定向耦合器、濾波器等）、控制系統(tǒng)、風(fēng)冷系統(tǒng)、電源和天饋系統(tǒng)。

2.1 激勵器

激勵器是調(diào)頻發(fā)射機(jī)最重要的組成部分，激勵器的性能好壞決定發(fā)射機(jī)整體指標(biāo)的優(yōu)劣，被喻為調(diào)頻發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)的心臟。主要功能是將輸入的音頻信號（單聲道或者立體聲）以及其他業(yè)務(wù)信號進(jìn)行電路處理、合并、編碼、限幅生成基帶信號，再經(jīng)過調(diào)頻調(diào)制器調(diào)制到FM頻段（87.5MHZ～108MHZ）載波上，最后由激勵器功放放大RF輸出，通過天饋系統(tǒng)完成電臺信號發(fā)射。調(diào)頻激勵器依據(jù)信號處理方式的不同，分為模擬激勵器和數(shù)字激勵器。GME1F53E 5kW發(fā)射機(jī)配置為雙模擬RVR PTX-LCD型激勵器，互為備份，工作時不分絕對的主機(jī)或備機(jī)。當(dāng)發(fā)射機(jī)上電開始工作，射頻功率輸出速度快的那臺激勵器為主機(jī)先工作，另一臺自動被鎖定為備用。只有當(dāng)主機(jī)出現(xiàn)故障或者檢測到指標(biāo)失常時才由控制系統(tǒng)自動切換到備機(jī)工作。

2.2 控制系統(tǒng)

FM 5kW發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)是發(fā)射機(jī)運(yùn)行的指揮控制中心，主控采用ARM9核心處理器，是基于CAN總線和RS485協(xié)議的分級式監(jiān)控系統(tǒng)。負(fù)責(zé)對外聯(lián)絡(luò)和對內(nèi)部其他子單元的數(shù)據(jù)采集與控制。結(jié)構(gòu)上采用主板加核心小板的方式，方便系統(tǒng)維護(hù)。其功能包括：①發(fā)射機(jī)的邏輯控制：包括開、關(guān)機(jī)操作等。②設(shè)備故障保護(hù)與告警：比如VSWR、溫度等。③運(yùn)行狀態(tài)指示。④主要工作參數(shù)測量指示：比如設(shè)備輸出功率、電壓、電流等。⑤設(shè)備工作參數(shù)設(shè)置。? ⑥與遙控設(shè)備（PC）通訊：接收遙控PC指令，上報設(shè)備工作狀態(tài)、參數(shù)等。

2.3 RF系統(tǒng)

GME1F53E型發(fā)射機(jī)RF系統(tǒng)可以分為兩部分：有源部分和無源部分。有源部分主要是功率放大器和放大器接口單元；無源部分包括功率分配器、合成器、輸出濾波器、定向耦合器。在全固態(tài)發(fā)射機(jī)中，功率合成與分配技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。由于單晶體管輸出能力有限，因此大功率設(shè)備常采用多個放大器“并聯(lián)”工作方式。在這些放大器前面需要使用功率分配器，而在放大器的輸出端就需要使用功率合成器將所有功放的輸出“相加”。5KW調(diào)頻發(fā)射機(jī)末級共有3個2000W功放模塊，使用了1個三功分器和1個三合成器。輸出濾波器在設(shè)備中的作用是抑制高次諧波，消除設(shè)備中無用發(fā)射對其他設(shè)備的干擾。定向耦合器為設(shè)備提供RF取樣信號，包括入射取樣和反射取樣，被用于設(shè)備的檢測和保護(hù)等。

2.4 電源

發(fā)射機(jī)交流供電系統(tǒng)采用3相4線380V供電，包括配電單元、開關(guān)控制面板和設(shè)備地板上的避雷器。實(shí)現(xiàn)整機(jī)交流電源分配、控制、保護(hù)、報警和連鎖功能。

發(fā)射機(jī)直流供電采用4個48V開關(guān)電源模塊并聯(lián)供電，輸入AC380V，額定輸出電流40A。每個模塊具備溫度、電壓、電流等保護(hù)，可以熱插拔。

2.5 風(fēng)冷系統(tǒng)

發(fā)射機(jī)采用強(qiáng)迫風(fēng)冷方式散熱，需要冷卻的部位包括激勵器、功放模塊、48V開關(guān)電源。激勵器、開關(guān)電源直接內(nèi)置風(fēng)扇，功放模塊冷卻系統(tǒng)位于機(jī)柜中部，采用下面進(jìn)風(fēng)，上蓋板出風(fēng)方式。主風(fēng)機(jī)采用離心風(fēng)機(jī)，具有風(fēng)量大、風(fēng)壓高、噪音小等優(yōu)點(diǎn)?？紤]到發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定性以及冗余度，5kW整機(jī)采用兩臺離心風(fēng)機(jī)，互為備份。

2.6 天饋系統(tǒng)

5kW發(fā)射機(jī)天饋系統(tǒng)包括雙工器、同軸開關(guān)、天線饋管和四層四面垂直極化雙偶天線。雙工器又稱天線共用器，用于主備發(fā)射機(jī)共用天線之間的連接。同軸開關(guān)用于主備發(fā)射機(jī)之間的天線切換。使用時值班機(jī)務(wù)員必須牢記：啟用備用發(fā)射機(jī)之前，首先需要通過同軸開關(guān)將天線切換到對應(yīng)的發(fā)射機(jī)上才能加電開機(jī)。我臺5kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)使用的天線為四層四面雙偶垂直極化天線，具有結(jié)構(gòu)簡單，增益高，功率容量大，安裝方便等特點(diǎn)。它既可作為定向又可作為全向發(fā)射天線使用，用戶可根據(jù)實(shí)際需要靈活地組成不同的輻射場型使用。

3. 調(diào)頻發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的操作、維護(hù)及故障處理

GME1F53型發(fā)射機(jī)提供兩種開關(guān)機(jī)方式，即“手動”和“自動”?！笆謩印狈绞街饕糜诎l(fā)射機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試和應(yīng)急播出使用，通過設(shè)備總電源開關(guān)、前面板手動/自動開關(guān)、激勵器開關(guān)進(jìn)行發(fā)射機(jī)的開關(guān)操作。注意：“手動”方式只是發(fā)射機(jī)“自動”方式的一種備份措施，僅維修調(diào)試設(shè)備或監(jiān)控系統(tǒng)出現(xiàn)故障時應(yīng)急時使用，設(shè)備正常工作時不建議采用“手動”方式開關(guān)機(jī)。采用“自動”方式時，首先必須將前面板“手動/自動”開關(guān)置于“自動”位置，分為本地、遙控、定時三種自動開關(guān)機(jī)類型，用戶可根據(jù)自己的實(shí)際情況靈活選用。

GME1F53型發(fā)射機(jī)使用時需要定期清除灰塵，以免風(fēng)道灰塵積聚過多，受阻影響散熱，造成功放溫度過高報警。發(fā)射機(jī)房要常年保持室溫在5～40度，環(huán)境溫度過高過低，都將影響設(shè)備的安全運(yùn)行，最好安裝空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行自動溫度調(diào)節(jié)。為了保證發(fā)射機(jī)長期安全工作，需要定期檢查測試天饋系統(tǒng)運(yùn)行指標(biāo)，尤其在雷雨大風(fēng)天氣之后，要保持天線系統(tǒng)駐波比VSWR≤1.10。

GME1F53型發(fā)射機(jī)相當(dāng)智能，當(dāng)控制系統(tǒng)監(jiān)控到設(shè)備出現(xiàn)故障時，主控單元或故障單元自動會發(fā)出聲、光報警信息，部分故障能在主控單元LCD上顯示。連接PC監(jiān)控系統(tǒng)的，監(jiān)視畫面會自動跳出故障告警提醒，還會自動提示是否執(zhí)行關(guān)機(jī)、關(guān)閉故障單元或者降低功率輸出等信息，等待值班機(jī)務(wù)員或者維修人員進(jìn)一步選擇確認(rèn)，使用起來非常方便、直觀、快捷。尤其進(jìn)行設(shè)備維修維護(hù)時，通過PC監(jiān)控系統(tǒng)可隨時查詢實(shí)時自動記錄的各單元準(zhǔn)確工作參數(shù)，根據(jù)提示能快速判斷故障部位查找原因，可大大縮短設(shè)備維修維護(hù)時間，降低無線廣播電視信號停播率。

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作者簡介：趙禮海，山東青島萊西市人，發(fā)射傳輸部主任，研究方向：廣播電視設(shè)備維修維護(hù).