北廣ZF-50A中波發(fā)射機射頻電路工作原理與故障維修

【摘要】北廣ZF-50A中波發(fā)射機是在引進HARRIS公司DX系列基礎(chǔ)上改進型產(chǎn)品。該機型具有性能穩(wěn)定、調(diào)制線性好、工作效率高、非線性失真小、保護功能完善的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)各大、中功率發(fā)射臺。目前，該機型普遍到了故障高發(fā)期，維修實踐表明，該機型射頻部分的故障為多發(fā)故障，也是維修的難點。本文對此機型射頻部分的工作原理進行了剖析，并對射頻部分的故障檢修要點進行了論述，希望能為中波發(fā)射臺的技術(shù)同行提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】中波發(fā)射機；射頻電路；工作原理；故障維修

中圖分類號：TN92 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.18.011

北廣ZF型系列中波發(fā)射機包括10 kW、50 kW及100 kW幾種功率等級，雖然功率等級不同，但整機電路大致相同，不同之處在于功放部分。該機型2010年前后開始投放市場，目前已進入故障高發(fā)期和維修期。故障原因多數(shù)是因為元件參數(shù)變化、功能板塊性能變差引起的。由于射頻部分各級之間存在很大的關(guān)聯(lián)性，故障維修時需要對電路組成及工作原理進行邏輯分析，因此，掌握射頻部分的電路組成和工作原理，有助于提高技術(shù)人員的維修技能。本文以北廣ZF-50A中波發(fā)射機為例，對典型的DAM 10 kW中波發(fā)射機射頻部分的電路組成、工作原理、常見故障原因及故障檢修要點進行了詳細(xì)的剖析論述。

1. 射頻部分工作原理

ZF-50A中波發(fā)射機射頻部分的作用是對射頻功率進行放大，在數(shù)字調(diào)制信號的作用下，產(chǎn)生調(diào)制包絡(luò)信號。射頻電路包括：振蕩板、緩沖放大器、前置放大器、射頻驅(qū)動器、驅(qū)動電源調(diào)整器、射頻分配器、功率放大板和帶通濾波器、輸出調(diào)配網(wǎng)絡(luò)。ZF-50A中波發(fā)射機射頻部分電路組成如圖1所示。

1.1 振蕩器

振蕩器的作用有三個：一是產(chǎn)生發(fā)射機所需的載頻信號；二是實現(xiàn)內(nèi)外激勵信號的切換；三是為駐波故障提供保護，避免駐波故障損壞更多的器件。

載頻信號產(chǎn)生電路由單頻溫補振蕩器、分頻器組成，通過分頻調(diào)整，可產(chǎn)生525～1605 kHz范圍內(nèi)所有中波頻率信號。內(nèi)外激勵切換電路具備手動切換和自動切換功能。為了實現(xiàn)同步廣播，一般情況下，將外部激勵信號作為主用信號，當(dāng)外部激勵出現(xiàn)故障時，才使用本機激勵信號。當(dāng)發(fā)射機偶爾出現(xiàn)駐波故障時，振蕩器封鎖激勵信號輸出，后級所需的激勵信號由射頻功率合成器取樣并衰減后的激勵信號替代，這樣做可以在一定程度上保證功放部分不被駐波故障損壞[1]。

振蕩器電路電源為+22 V，由低壓電源分配板提供。振蕩器電路板上的單頻溫補振蕩器工作電壓為+12 V，此電源由獨立的電源供電，只要發(fā)射機低壓電源開關(guān)合上，單頻溫補振蕩器就會有+12 V電源供電，目的是確保振蕩頻率的穩(wěn)定性。

1.2 緩沖放大器

ZF-50A中波發(fā)射機緩沖放大器安裝在推動合成母板上。其作用是將振蕩器送來的4～4.5VP-PTTF信號進行放大。內(nèi)部包含三級放大電路，第一級由集成電路DS0026的一半組成，可以將4～4.5VP-P信號放大到15VP-P；第二級與第三級放大電路由V1、V2、V3、V4及外圍元件組成，輸出0～30VP-P的近似正弦波信號，經(jīng)輸出調(diào)諧電路到前置驅(qū)動板的輸入端。

緩沖放大器板上有三路供電保險，其中F3為30VDC供電保險，為緩沖放大板工作電壓。F1、F2分別是預(yù)推動放大器上A、B兩半橋的供電保險。當(dāng)緩沖放大器板損壞時，會造成無射頻信號輸出或波形失真故障，如果無射頻信號或射頻信號減小，故障檢測電路會給出“緩沖放大器故障”報警顯示；如果輸出的波形失真，會造成欠激勵故障或A/D轉(zhuǎn)換錯誤故障[2]。

1.3 前置放大器

前置放大器也稱預(yù)推動放大器，使用了整機143個可以互換放大板中的其中一個。前置放大板的作用是對緩沖放大板輸出的信號進行放大，確保輸出的信號能推動14個驅(qū)動放大板。輸出的信號經(jīng)串聯(lián)調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)送到驅(qū)動級，調(diào)節(jié)調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)中的L1級配套電容可使輸出幅度達到最大。前置放大器的電源為60 V，60 V電壓經(jīng)可調(diào)電阻R1后為前置放大提供電壓，適當(dāng)調(diào)整R1，可調(diào)整輸出信號幅度大小。

1.4 射頻驅(qū)動器

射頻驅(qū)動器由D1～D7、D8～D14十四塊功放板組成，其作用是對前置放大器輸出的信號進行放大，放大后的信號經(jīng)射頻推動分配器送往末級功放。為了方便輸出幅度的人工調(diào)整和自動增益調(diào)整，驅(qū)動級的D8電源由驅(qū)動電源調(diào)整器提供，根據(jù)驅(qū)動級輸出信號變化情況，D8的電壓在0～115 V之間變化，可以保證功放級激勵信號的穩(wěn)定，確保證發(fā)射機不會出現(xiàn)過推動或欠推動故障發(fā)生。其他13塊驅(qū)動放大器電源為固定的+115 V。

1.5 自動電源調(diào)整器

推動電源調(diào)整單元包括一個印制板和一塊散熱器。印制板通過絕緣襯墊固定在散熱器上。電路中的功率MOSFET管固定在散熱器上。推動電源調(diào)整固定在右壁上，并且被一透明的安全罩覆蓋，防止工作人員誤碰而引發(fā)安全事故。

推動電源調(diào)整器雖然只是射頻部分的供電電路，但其與射頻部分能否穩(wěn)定的工作關(guān)系很大。上述已經(jīng)提到過，射頻驅(qū)動器里面的一塊放大板的電源是由推動電源調(diào)整器提供的。當(dāng)發(fā)射機供電電壓變化時，為了保證末級功放輸出幅度的穩(wěn)定，從射頻推動分配器上取出一部分射頻信號到推動電源調(diào)整器的閉環(huán)調(diào)整端，射頻取樣信號經(jīng)V1-V4濾波再經(jīng)R8分壓后送到由N2A組成的差分放大器，在閉環(huán)狀態(tài)下，當(dāng)射頻取樣信號分量變大時，N2A輸出越小，迫使場效應(yīng)調(diào)整管V19導(dǎo)通能力減小，1 A端為驅(qū)動放大器提供的電壓也隨之減小，由于驅(qū)動放大器電源減小，輸出的幅度相應(yīng)減小，反之則增大，從而實現(xiàn)自動增益控制的目的。閉環(huán)狀態(tài)下調(diào)整R12可以調(diào)整驅(qū)動器電源大?。婚_路狀態(tài)下調(diào)整R2可以調(diào)整驅(qū)動器電源大小[3]。

1.6 射頻推動分配器

射頻驅(qū)動器輸出的信號經(jīng)激勵合成母板送到射頻推動分配器上耦合器的初級，耦合器次級為功放級提供256路激勵信號，256根等長度信號線到功率合成母板，每一束線為4塊末級功放提供激勵信號。除此之外，還有三路激勵信號，一路到驅(qū)動電源調(diào)整器，為調(diào)整器提供自動增益控制信號；第二路到模/數(shù)轉(zhuǎn)換板，為模/數(shù)轉(zhuǎn)換提供同步信號；第三路到射頻激勵故障監(jiān)測電路，實時監(jiān)測激勵信號是否正常，當(dāng)出現(xiàn)驅(qū)動不足或欠驅(qū)動故障時，發(fā)射機采取相應(yīng)的保護措施[4]。

1.7 功率放大器

北廣ZF-10A中波發(fā)射機功放電路是由128個獨立的放大模塊組成。每一個功放模塊都是一個丁類放大器，全部工作在開關(guān)狀態(tài)，從射頻推動分配器來的256個激勵信號分別輸入到128塊功放板場效應(yīng)管的正、負(fù)激勵端，在調(diào)制信號的作用下，對激勵信號進行放大，由于調(diào)制信號是受音頻信號大小控制的，所以在功放的輸出端，輸出隨音頻大小變化而變化的包絡(luò)信號，包絡(luò)信號經(jīng)功率合成器合成后送往濾波調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)。功放電源為+230 VDC，由保險板組件A24提供。

1.8 射頻功率合成模板

射頻功率合成母板的作用是裝配功放板，與合成器一起完成對功率信號的合成。合成器實際上是一根串有128個磁環(huán)的銅桿，銅桿相當(dāng)于次級，算作一匝。每一個射頻放大器的輸出均連接到鐵氧磁環(huán)變壓器的初級。所有功放模塊的輸出在次級（銅棒）中相加，合成器末端阻抗大約為8 Ω。當(dāng)發(fā)射機滿功率50 kW工作時，合成器次級總電流大約為40 A。

1.9 帶通濾波器及輸出匹配網(wǎng)絡(luò)

帶通濾波器和輸出匹配網(wǎng)絡(luò)一起安裝在射頻輸出槽路上。濾波電路的作用是濾除發(fā)射機在調(diào)制過程中產(chǎn)生的雜波信號，確保發(fā)射機的信噪比；匹配網(wǎng)絡(luò)的作用是將功率合成器輸出的低阻抗（約8 Ω）轉(zhuǎn)變成高阻抗（約50 Ω），實現(xiàn)與輸出饋線的匹配。另外，輸出網(wǎng)絡(luò)還包括射頻采樣電路和VSWR過高保護電路。

1.10 輸出檢測電路

由于天饋線系統(tǒng)在室外，有很多不確定因素造成駐波比變化，較大的駐波反射會造成發(fā)射機工作不穩(wěn)定甚至損壞功放器件，為了避免這個問題，從輸出槽路上采集射頻信號，利用射頻信號電壓和電流變化情況來判斷射頻信號輸出是否正常，如果反射過大，發(fā)射機自動采取降功率或關(guān)機操作處理，避免損壞功放器件。駐波故障監(jiān)測與處理由輸出監(jiān)測板A27完成。

2. 射頻部分故障檢修

2.1 射頻故障成因分析

DAM中波發(fā)射機屬于外引進型產(chǎn)品，發(fā)射機無論是外觀、電路和性能可以說都是比較先進的，原裝的Harris DX系列發(fā)射機故障率很小，有些原裝發(fā)射機已連續(xù)工作20年不出任何故障。產(chǎn)生故障的主要原因是裝配工藝問題和元器件質(zhì)量問題，國內(nèi)生產(chǎn)DAM發(fā)射機的廠家很多，為了節(jié)約成本，裝配工序不夠嚴(yán)謹(jǐn)，采用的元器件質(zhì)量良莠不齊，特別是一些插接件、可調(diào)器件和電容器件，質(zhì)量不過關(guān)，在使用幾年后，元件接觸不良、參數(shù)變化，引起各種故障出現(xiàn)。射頻部分故障多數(shù)是軟故障，表現(xiàn)為時好時壞，還沒來得及檢修，故障又會消失，或者是出現(xiàn)熱故障、冷故障等不確定性故障，給故障的排查帶來麻煩。

2.2 射頻故障檢測方法

射頻部分出現(xiàn)故障時，一般情況下發(fā)射機面板都會有相應(yīng)的故障指示，可以根據(jù)故障顯示情況有針對性地進行排查。故障排查的主要方法是檢測各個功能電路上的波形和電壓，這也是DAM中波發(fā)射機最有效的檢修方法。一般情況下，某一級電路出現(xiàn)問題時，輸出波形一定會變大、變小或者失真，變大變小的原因一般是電路工作狀態(tài)發(fā)生了變化或供電電壓發(fā)生了變化，其次是調(diào)整不當(dāng)問題。如果波形發(fā)生了失真，可能是元件參數(shù)發(fā)生了變化或者有元器件損壞。

2.3 單元電路故障檢修

射頻部分單元電路常見故障有振蕩器故障、緩沖放大器故障、前置放大器和驅(qū)動放大器故障。故障的常見原因是功能板上元件損壞、參數(shù)調(diào)整不當(dāng)造成的，可以逐級測量功能電路的工作電壓和輸出波形，查找異常的原因。射頻部分功能電路常見的故障原因有：振蕩器工作電源故障；緩沖放大器板上元件損壞，保險絲熔斷；前置放大器元件損壞、供電不正?；蜉敵稣{(diào)諧不合適。

2.4 綜合激理故障檢修

綜合激勵故障包括欠激勵故障和過激勵故障。欠激勵、過激勵故障成因比較復(fù)雜，也可以說，在射頻分配板之前的所有射頻電路異常都可能造成激勵故障。常見的欠激勵故障原因有：前置放大級輸出的射頻激勵電平（23VP-P正弦波）不足或中斷；推動電源調(diào)整器故障；推動級輸出調(diào)諧網(wǎng)絡(luò)失諧；推母板上的模塊插座插接不良；激勵分配板到顯示板的射頻檢測連線插接不良；欠激勵檢測門限電平設(shè)置不正常[6]。

值得注意的是，當(dāng)欠激勵或過激勵故障時，由于發(fā)射機無法開機，無法對電路的工作波形進行測量，這個時候，只能憑借維修經(jīng)驗對可疑部位進行檢查，也就是盲修，雖然有時候也能發(fā)現(xiàn)問題，但難度太大。那么如何對故障電路進行定性檢查呢？方法也是有的，既然激勵過高或過低會損壞器件，就要想辦法解除損壞功放管的幾個條件——去掉功放管電源、關(guān)閉功放、解除欠激勵或過激勵保護電路，強行開啟發(fā)射機，開機的同時觀察發(fā)射機有無異常反應(yīng)，有的話立馬關(guān)機，如果正常開機，再對可疑電路進行定性測量，有針對性地去確定發(fā)射機的故障部位。

3. 結(jié)束語

射頻部分電路比較復(fù)雜，故障的維修有一定的邏輯關(guān)聯(lián)性，當(dāng)故障出現(xiàn)時，應(yīng)根據(jù)各部分的工作原理通盤考慮，不能拘泥傳統(tǒng)的檢修思維模式，否則容易陷入維修困境。另外，在帶電情況下進行檢修時，一定要保持清醒的頭腦，避免出現(xiàn)安全事故，如需對電路進行調(diào)整，一定要記下調(diào)整前的位置，如調(diào)整無效，應(yīng)恢復(fù)原始狀態(tài)，防止老故障沒修理好，又產(chǎn)生新故障。

參考文獻：

[1]宋章賀，劉紋君.DX系列中波發(fā)射機合成器故障應(yīng)急保障系統(tǒng)的思考與實踐[J].廣播電視信息，2024，31（04）：86-90.

[2]王雷.基于Multisim的DX系列中波發(fā)射機連鎖系統(tǒng)的仿真設(shè)計[J].廣播電視信息，2024，31（01）：87-91.

[3]張?zhí)鞓I(yè).GZ-G3K-Ⅸ型中波發(fā)射機工作原理與故障分類維修[J].電視技術(shù)，2023，47（11）：136-139.

[4]黃莉.50kw中波發(fā)射機欠激、過激故障分析與處理[J].東南傳播，2023（08）：149-151.

[5]彭志平.DAM10kW中波發(fā)射機功放故障檢修與維護[J].電聲技術(shù)，2023，47（08）：94-96.

[6]王紹強，林心平.哈廣1kW全固態(tài)PDM中波發(fā)射機改頻案例及主要原理分析[J].中國新通信，2023，25（14）：45-47.