DM-50kW中波發(fā)射機(jī)功率合成器的原理分析與故障處理

李欣琰

內(nèi)蒙古自治區(qū)廣播電視傳輸發(fā)射中心610臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010080

概述

DM-50kW 中波發(fā)射機(jī)功率放大級(jí)由124 個(gè)插入式射頻放大板組成，其中包括119 個(gè)“大臺(tái)階”模塊和5 個(gè)“二進(jìn)制臺(tái)階”模塊。這些模塊分插到7塊主功率合成器母板，以及1塊二進(jìn)制功率合成器母板上。每個(gè)功率合成母板被組裝成一個(gè)單獨(dú)的整件。每塊母板上裝有16 個(gè)或14 個(gè)鐵氧體磁芯線圈變壓器，由一根銅棒穿過(guò)線圈變壓器中心，作為功率合成變壓器的次級(jí)（這根銅棒可看成124 只變壓器次級(jí)串聯(lián)）。銅棒的一端接地，另一端與帶通濾波器的輸入端相連，負(fù)載阻抗為8Ω。

1 功率合成器的射頻采樣

射頻功率合成器上有3 個(gè)射頻采樣電路，分配于發(fā)射機(jī)的不同地方。

1.1 帶通濾波器檢測(cè)

在功率合成器輸出端，由電感耦合產(chǎn)生的射頻電流采樣信號(hào)被送到輸出監(jiān)測(cè)板，與輸出網(wǎng)絡(luò)帶通濾波器中的電壓采樣相比，在濾波零位過(guò)高的情況下，將由相位檢測(cè)電路檢測(cè)到一個(gè)射頻電流和電壓采樣之間相移，轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)數(shù)值，在開(kāi)關(guān)電表板的多功能表盤上顯示。

1.2 頻率合成器的同步信號(hào)

在駐波比過(guò)高的情況下，所有的射頻放大板被快速關(guān)閉。功放關(guān)閉后，由于諧振電路的作用，“浪涌”電流將持續(xù)在輸出網(wǎng)絡(luò)和射頻功率合成器的副線圈中流動(dòng)，在此種條件下為了確保場(chǎng)效應(yīng)管不被損壞，頻率合成器的控制開(kāi)關(guān)將原來(lái)的載波信號(hào)切換為變壓器T101 上的電流采樣信號(hào)，使得射頻放大板的場(chǎng)效應(yīng)管V1 （V3）、 V6（V8） 和V2 （V4）、V5 （V7）的開(kāi)/關(guān)動(dòng)作與這些“浪涌”電流同相位，由此來(lái)保護(hù)場(chǎng)效應(yīng)管。

1.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器同步信號(hào)

網(wǎng)絡(luò)柜內(nèi)濾波器前端的射頻信號(hào)采集變壓器T101 給A/D變換采樣信號(hào)提供了射頻采樣，與來(lái)自射頻分配板的推動(dòng)激勵(lì)信號(hào)一同經(jīng)過(guò)處理及整形后，輸出的取樣脈沖供A/D 轉(zhuǎn)換器使用，輸出的時(shí)鐘脈沖供轉(zhuǎn)換檢測(cè)電壓使用，該過(guò)程在模數(shù)轉(zhuǎn)換板上完成。

2 功率合成母板

DM-50kW 中波發(fā)射機(jī)采用了一塊二進(jìn)制射頻功率合成母板（A1）和七塊射頻功率合成母板（A2-A8）。這八塊功率合成母板是裝在功放箱的兩個(gè)（中、左）機(jī)柜里，推動(dòng)合成器母板是裝在右機(jī)柜的中上部。三個(gè)功放機(jī)柜中，右機(jī)柜從上至下依次是推動(dòng)合成器母板、射頻分配板、低壓電源；中間機(jī)柜從上至下依次是二進(jìn)制功率合成母板（A1）和三塊主功率合成母板（A2-A4）；左側(cè)機(jī)箱從上至下依次是A5-A8 四塊主功率合成母板。主功率合成母板的正面是安裝功率放大板的卡槽，背面是效率線圈和功率合成器，初級(jí)是磁環(huán)線圈，次級(jí)是磁環(huán)中央的銅棒，此處就像一個(gè)升壓變壓器，完成發(fā)射機(jī)射頻信號(hào)的合成，合成后的射頻信號(hào)經(jīng)銅棒送至輸出網(wǎng)絡(luò)。

2.1 二進(jìn)制功率合成母板（A1）

DM-50kW 中波發(fā)射機(jī)的二進(jìn)制功率合成器母板上裝有一模一樣的14 個(gè)射頻放大器插座，前5 個(gè)是相似的二進(jìn)制功放板插座，區(qū)別主要在于背面磁環(huán)上繞著的銅線圈數(shù)，分別是1/2、 1/4、 1/8、 1/16、 1/32 臺(tái)階，通過(guò)母板送來(lái)的+60V 給高兩位二進(jìn)制功放板（1/2、1/4）供電，通過(guò)母板送來(lái)的+30V給低三位二進(jìn)制功放板（1/8、1/16、1/32）供電。區(qū)別于二進(jìn)制小臺(tái)階供電，大臺(tái)階功放全部由熔斷器組件板送來(lái)的+230V供電，并且兩個(gè)機(jī)箱內(nèi)大臺(tái)階合成變壓器上磁環(huán)的銅線圈數(shù)是相同的。從機(jī)箱后門可以看到，每個(gè)合成變壓器的初級(jí)都對(duì)應(yīng)一個(gè)效率電感器，不同頻率使用的圈數(shù)不同，可改變抽頭調(diào)整放大器的輸出相位，抽頭位置也由工作頻率決定。

2.2 主功率合成母板（A2-A8）

主功率合成母板用于大臺(tái)階功放的合成，背面的磁環(huán)合成變壓器和效率線圈相同，其外型尺寸、電路板結(jié)構(gòu)分布都與合成母板（A1） 基本相同，磁環(huán)合成變壓器豎直排成一列，一根銅棒貫穿其中，所有功放模塊都由母板接入的+230V電源電壓供電。

2.3 射頻功率合成器

每個(gè)射頻放大板的輸出電壓都是固定的，想要達(dá)到需要的輸出功率，必須依靠射頻功率合成器。每一塊射頻放大板的輸出端都連接著一個(gè)磁環(huán)繞組，一根直徑28mm 的銅桿貫穿于所有的合成變壓器中央，相互間不能接觸或者離得太近，銅桿就是合成變壓器的公共次級(jí)，其下端與通地的銅帶連接，通過(guò)上端的銅桿與左側(cè)機(jī)箱銅桿的上端在機(jī)箱的頂部用一根直徑28mm 的銅桿水平連接，左側(cè)機(jī)箱銅桿下端穿過(guò)電流取樣變壓器與匹配網(wǎng)絡(luò)連接。一旦發(fā)射機(jī)運(yùn)行，所有開(kāi)通模塊的輸出功率就會(huì)經(jīng)銅桿合成后輸出。50kW 發(fā)射機(jī)銅桿與輸出網(wǎng)絡(luò)連接處的阻抗約為8Ω，且不會(huì)受輸出功率的影響，功放電源的電流約為235A。

3 故障處理

3.1 故障現(xiàn)象

正常運(yùn)行的發(fā)射機(jī)，隔幾天就會(huì)有幾塊射頻放大板損壞。經(jīng)測(cè)量，均是由場(chǎng)效應(yīng)管被擊穿引起的，需更換相同型號(hào)的場(chǎng)效應(yīng)管進(jìn)行修復(fù)，插入備用射頻放大板，一段時(shí)間后，又會(huì)有射頻放大板損壞，且損壞的放大板位置不固定。

3.2 故障分析

通常射頻放大板的損壞是由場(chǎng)效應(yīng)管性能下降或反射過(guò)大造成的，射頻放大板長(zhǎng)年累月運(yùn)行，會(huì)影響場(chǎng)效應(yīng)管的性能，但更換新射頻放大板同樣會(huì)出現(xiàn)損壞的情況，所以需要在天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)或發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)上推斷故障點(diǎn)，在沒(méi)有播出任務(wù)時(shí)，可用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試阻抗，并進(jìn)行調(diào)整。

3.3 故障處理

夜間停機(jī)后，先檢查天線調(diào)配網(wǎng)絡(luò)中電感線圈的抽頭、電容的固定螺絲是否松動(dòng)，電容有無(wú)裂痕，然后使用網(wǎng)絡(luò)分析儀測(cè)試調(diào)配網(wǎng)絡(luò)的阻抗，并調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)值。之后測(cè)試發(fā)射機(jī)輸出網(wǎng)絡(luò)的50Ω和8Ω阻抗，調(diào)整至合適位置，發(fā)射機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，又出現(xiàn)相同的故障現(xiàn)象。關(guān)閉發(fā)射機(jī)低壓后，對(duì)功率合成部分以及接地部分進(jìn)行詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)功率合成變壓器的次級(jí)銅棒與射頻分配板中心固定的螺絲松動(dòng)，其它部分未發(fā)現(xiàn)故障，則需將螺絲重新固定。發(fā)射機(jī)運(yùn)行正常，再無(wú)類似故障。

3.4 故障總結(jié)

發(fā)射機(jī)常年運(yùn)行，散熱風(fēng)機(jī)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生振動(dòng)，會(huì)使發(fā)射機(jī)內(nèi)部的螺絲、插頭、焊點(diǎn)逐漸松動(dòng)，此類故障不常見(jiàn)，但故障點(diǎn)比較隱蔽，給安全播出帶來(lái)隱患。日常維護(hù)檢修時(shí)，應(yīng)定期進(jìn)行針對(duì)性檢查，緊固螺絲和插頭，對(duì)疑似有松動(dòng)的焊點(diǎn)進(jìn)行重新焊接，將隱患排除在“萌芽”狀態(tài)，確保發(fā)射機(jī)在“滿時(shí)間、滿功率、滿調(diào)幅”的三滿要求下正常運(yùn)行。