地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)原理及故障處理分析

摘要：地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)通過調(diào)制和解調(diào)實(shí)現(xiàn)信號傳輸，但在實(shí)際運(yùn)行中可能會(huì)遇到各種問題。本文介紹了地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的基本原理，并針對地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)常見故障及產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，最后提出了相應(yīng)的處理措施，旨在為維護(hù)人員故障排查工作的有效開展提供參考。

關(guān)鍵詞：地面數(shù)字電視；發(fā)射機(jī)；維護(hù)檢修；故障處理

一、地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)整機(jī)工作原理

地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)通過數(shù)字化激勵(lì)器將電視視頻和語音節(jié)目碼流進(jìn)行調(diào)制、輸出，調(diào)制信號經(jīng)預(yù)放單元送入功放單元并逐級放大，通過濾波器裝置進(jìn)行諧波處理，從天饋系統(tǒng)發(fā)射出去。地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)具有智能化、新型化和模塊化等特點(diǎn)，可全頻段覆蓋數(shù)字電視工作頻道，工作于單頻網(wǎng)和多頻網(wǎng)模式。在700M頻率遷移項(xiàng)目中積極貫徹模塊化、組合化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則開展設(shè)計(jì)工作。設(shè)備主要由主備激勵(lì)器、授時(shí)器、顯控單元、預(yù)放單元、功放單元、電橋合成器、濾波器、電控單元等組成。設(shè)備設(shè)計(jì)原理框如圖1所示。

二、地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)技術(shù)優(yōu)勢

（一）采用全固態(tài)技術(shù)

預(yù)放單元采用兩級放大電路，第一級選用AMPLEON公司LDMOS管BLF881S，放大電路工作在470MHz～702MHz寬頻段，數(shù)字調(diào)制輸出功率為30W，實(shí)際使用要求最大輸出小于2W，功放管BLF881S工作在線性區(qū)，保證了輸出線性指標(biāo)。第二級選用AMPLEON公司LDMOS管BLF989并聯(lián)使用，采用AB類電路形式，BLF989單管在DVB-T制式下平均輸出功率為150W，并聯(lián)降額使用，可靠性高，線性指標(biāo)好。功放單元是一個(gè)獨(dú)立的全熱插拔插件，功放管采用AMPLEON公司新推出的LDMOS管BLF989E，采用DOHERTY電路形式，由 2個(gè)180W功放模塊并聯(lián)，合成后滿功率輸出達(dá)350W。發(fā)射機(jī)整機(jī)采用AMPLEON公司的新型LDMOS管完成整機(jī)射頻信號放大。新型LDMOS管穩(wěn)定性好，增益大，抗駐波比能力強(qiáng)，峰值功率高，偏置電路簡單，線性度好，效率高。整機(jī)采用全固態(tài)技術(shù)，性能穩(wěn)定、可靠性高、故障率低、方便維護(hù)。

（二）寬帶合成技術(shù)

寬帶合成電橋駐波比小于1.1，模塊合成插損小于0.3dB，整機(jī)合成插損小于0.5dB，整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)合成損耗小，整機(jī)效率提升，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)槟骋粋€(gè)模塊故障而造成整機(jī)停播，提高了整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

（三）高效寬帶功放設(shè)計(jì)及保護(hù)措施

末級功放管采用AMPLEON公司新推出的目前該頻段單管性能最好的功放管LDMOS管BLF989E，電路采用DOHERTY電路形式，在470～702M頻率范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)平坦度為±0.5dB，單板效率超過45%。與數(shù)字預(yù)失真（DPD）配合使用提供極高的線性度，從而滿足以極低的誤碼率傳輸數(shù)字電視信號的需求，可顯著降低大功率電視發(fā)射機(jī)的能耗，從而節(jié)省電力運(yùn)行成本。

寬帶功放設(shè)計(jì)中，功率放大管射頻輸入、輸出均有耦合電路采集輸入功率的大小以及輸出功率及反射功率的大小，完成駐波比報(bào)警、過激勵(lì)報(bào)警相關(guān)電壓信號采集；功放內(nèi)采用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻實(shí)時(shí)采集功率放大器溫度的變化，實(shí)現(xiàn)功放溫度報(bào)警信息采集；通過采樣電阻轉(zhuǎn)換電壓，采集單功放模塊的靜態(tài)電流、發(fā)射工作電流，實(shí)現(xiàn)操作界面的電流報(bào)警控制；同時(shí)，實(shí)時(shí)采集合成電路平衡電阻的溫度，為不平衡報(bào)警作出相應(yīng)的決策。當(dāng)出現(xiàn)駐波報(bào)警、不平衡報(bào)警、溫度報(bào)警、過激勵(lì)報(bào)警時(shí)，功率放大器內(nèi)的控制處理板，自動(dòng)切斷功放的柵極電壓，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)，同時(shí)將該功率放大器的報(bào)警信息送至整機(jī)主控制板。功率放大器模塊的自動(dòng)保護(hù)功能，很好地保證了因外部原因或者重要故障造成模塊各電路單元的進(jìn)一步損害，同時(shí)為功放模塊的熱插拔提供重要保證。

（四）多方位冗余設(shè)計(jì)

激勵(lì)器使用雙配置，單激勵(lì)器雙碼流備份且無縫切換、內(nèi)外頻率源自動(dòng)選擇，保證了從基帶TS輸入數(shù)據(jù)碼流到符合標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的RF信號的可靠轉(zhuǎn)換，降低了整機(jī)射頻輸入故障發(fā)生的概率。

功放并聯(lián)冗余設(shè)計(jì)，1kW整機(jī)4個(gè)功放單元，每個(gè)功放單元采用2只BLF989E并聯(lián)使用，實(shí)際整機(jī)功率容量超過1300W，冗余量超過30%，整個(gè)發(fā)射系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定。整機(jī)采用2臺(tái)開關(guān)電源向功放均流供電，支持熱插拔，方便維護(hù)，功率容量達(dá)到6kW，冗余量超過100%，任一電源模塊出現(xiàn)故障，不影響整機(jī)滿功率播出使用。數(shù)字式帶通濾波器，功率容量不小于1500W，功率冗余50%，可靠性高，能適應(yīng)西藏高海拔地區(qū)的應(yīng)用，不會(huì)出現(xiàn)工作溫度過高的情況。

（五）發(fā)射機(jī)采用全新設(shè)計(jì)的數(shù)字預(yù)失真技術(shù)（DPD）

利用高度快速的采樣技術(shù)對濾波器后的射頻反饋信號進(jìn)行精細(xì)捕捉，結(jié)合數(shù)字信號處理能力，該系統(tǒng)能夠智能化地預(yù)處理基帶信號，有效修正射頻功率放大器輸出級的線性與非線性失真問題。這項(xiàng)技術(shù)不僅能夠校正射頻功率放大鏈路的線性或非線性失真，還能對由輸出級無源元件（如合成器、濾波器）引起的線性失真進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而形成特定的預(yù)失真數(shù)據(jù)模型，這種雙重修復(fù)功能可以顯著提高發(fā)射系統(tǒng)的性能和信號質(zhì)量。

（六）發(fā)射機(jī)采用雙模授時(shí)

發(fā)射機(jī)配置了一個(gè)GPS/北斗雙模授時(shí)器，可同時(shí)接收GPS系統(tǒng)和北斗系統(tǒng)的衛(wèi)星信號，當(dāng)其中一套系統(tǒng)失效時(shí)能自動(dòng)切換到另一套系統(tǒng)繼續(xù)穩(wěn)定工作，從而為激勵(lì)器提供精準(zhǔn)的外部時(shí)鐘源，保障單頻網(wǎng)時(shí)間同步，避免交疊區(qū)域信號干擾。

三、地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)常見故障及產(chǎn)生原因

（一）硬件故障

數(shù)字電視發(fā)射機(jī)-BLF989E的硬件故障通常表現(xiàn)為設(shè)備無法正常啟動(dòng)、輸出功率下降或無輸出。這類故障可能是由于設(shè)備內(nèi)部元件老化、損壞或連接不良所引起。例如，電源故障可能導(dǎo)致設(shè)備無法正常啟動(dòng)，功放管損壞可能導(dǎo)致輸出功率下降或無輸出。

（二）發(fā)射機(jī)電源故障

電源線路是數(shù)字電視發(fā)射機(jī)正常工作的基礎(chǔ)。如果電源線路出現(xiàn)故障，如斷路、短路等，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)無法正常工作。數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的電源模塊是核心部件之一，如果電源模塊出現(xiàn)故障，如損壞、性能下降等，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)無法正常工作。數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的電源通常具有過流、過壓、欠壓等保護(hù)功能，如果這些保護(hù)功能失效，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)無法正常工作。

（三）功放單元故障

在功放單元中，采用LDMOS功率晶體管作為放大元件。這些元件能夠?qū)⑤斎氲奈⑷跣盘柗糯蟪奢^強(qiáng)的輸出信號，從而滿足發(fā)射機(jī)的需求。因此，需要利用放大器對信號進(jìn)行放大處理，以獲取充足的射頻功率。經(jīng)過放大處理后的信號，能夠提供足夠的能量，確保信號能夠有效地傳輸至天線，并由天線將信號輻射至目標(biāo)區(qū)域。

要確保功放設(shè)備的正常運(yùn)行，首先要密切關(guān)注模塊的故障類型，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理問題。一旦發(fā)現(xiàn)功放電源出現(xiàn)故障，比如柵壓工作異?；螂妷和蝗粩嚯姷惹闆r，需要迅速檢查電源的連接情況。有時(shí)候，可能只是簡單的插拔問題，而有時(shí)候則可能需要更換晶體管電源芯片或?yàn)V波電容。

其次，功率放大模塊可能會(huì)遇到各種問題，比如過溫、過載、過激勵(lì)等。其中，過溫告警的出現(xiàn)往往與風(fēng)冷系統(tǒng)的故障緊密相關(guān)。因此，在處理此類問題時(shí)，必須重點(diǎn)關(guān)注風(fēng)機(jī)的工作狀態(tài)和風(fēng)道的通暢，確保其正常運(yùn)行。

最后，要關(guān)注射頻鏈路信號問題。如果遇到激勵(lì)告警的問題，往往是由于激勵(lì)器的信號輸入出現(xiàn)了故障。這時(shí)需要對激勵(lì)器的功率以及分配器的工作狀態(tài)進(jìn)行仔細(xì)地檢查。為了解決這個(gè)問題，可以降低激勵(lì)器的功率，同時(shí)更換分配器與連接線，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行。如設(shè)備過載警告，需要對吸收負(fù)載進(jìn)行細(xì)致的檢查，確保其性能良好且與系統(tǒng)相匹配。同時(shí)，硬饋連接的穩(wěn)定性也是關(guān)鍵因素之一，需要進(jìn)行嚴(yán)格的測試和調(diào)整。此外，對天線駐波比的檢查同樣不容忽視，因?yàn)樗臄?shù)值大小直接關(guān)系到信號的傳輸質(zhì)量和通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性[3]。

（四）發(fā)射機(jī)激勵(lì)器故障

數(shù)字激勵(lì)器由于其高度的精密性，使得維護(hù)工作相當(dāng)困難。為了保證電視信號的穩(wěn)定傳輸，數(shù)字電視發(fā)射機(jī)普遍采用雙激勵(lì)器的工作模式。工作激勵(lì)器發(fā)生故障的典型的表現(xiàn)是輸出功率的不穩(wěn)定或完全喪失，可能導(dǎo)致電視播出畫面出現(xiàn)信號丟失或畫面模糊等狀況，嚴(yán)重影響觀眾的觀看體驗(yàn)。在檢修維護(hù)環(huán)節(jié)中，需要借助頻譜分析儀，對信號的調(diào)度和失真情況進(jìn)行對標(biāo)檢查。此外，還需對激勵(lì)器的臺(tái)站配置參數(shù)進(jìn)行核查，以便更精確地定位故障原因，及時(shí)進(jìn)行修復(fù)。

四、數(shù)字電視發(fā)射機(jī)故障檢修與處理

（一）硬件故障及處理方法

散熱故障：長時(shí)間運(yùn)行可能會(huì)導(dǎo)致散熱不良，引起設(shè)備過熱。應(yīng)定期清理散熱器，確保設(shè)備散熱性能良好。如發(fā)現(xiàn)散熱風(fēng)扇停轉(zhuǎn)或散熱器嚴(yán)重積灰，需立即更換風(fēng)扇或清理散熱器。

傳輸故障：信號傳輸過程中出現(xiàn)中斷或不穩(wěn)定現(xiàn)象，可能是傳輸鏈路存在問題。檢查信號線連接是否牢固，傳輸設(shè)備是否正常工作，如有問題需修復(fù)傳輸鏈路或更換故障設(shè)備。

激勵(lì)器故障：激勵(lì)器無法正常工作，會(huì)導(dǎo)致信號調(diào)制出現(xiàn)問題。故障處理方法是，檢查激勵(lì)器是否正常連接，調(diào)整相關(guān)參數(shù)設(shè)置，如有問題需更換激勵(lì)器或修復(fù)相關(guān)參數(shù)配置。

（二）電源故障的處理方法

檢查電源線路：首先要做的就是檢查數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的電源線路，這是確保設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。電源線路的連通性對發(fā)射機(jī)的運(yùn)行至關(guān)重要，一旦發(fā)現(xiàn)有斷路或短路的情況，必須立即采取行動(dòng)。對于斷路的線路，需要進(jìn)行修復(fù)；對于短路的線路，如果無法修復(fù)，可能需要更換新的線路。這樣的處理方式能夠確保電源的穩(wěn)定供應(yīng)，為數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的正常運(yùn)行提供保障。

在檢查電源線路的過程中，還需要關(guān)注其他可能影響發(fā)射機(jī)正常工作的因素。例如，應(yīng)檢查電源插頭是否緊固，避免因插頭松動(dòng)導(dǎo)致斷電或接觸不良的情況發(fā)生。此外，工作人員還需檢查電源線的絕緣層是否完好，以防因絕緣層破損而引發(fā)安全問題。這些細(xì)節(jié)的處理對于保障發(fā)射機(jī)的正常工作和人員安全都是至關(guān)重要的。

檢查電源模塊：電源模塊正常是電子設(shè)備正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，一旦確認(rèn)電線沒有問題，下一步就是檢查電源模塊。電源模塊的重要性不言而喻，一旦出現(xiàn)故障或性能下降，必須及時(shí)處理。輕微問題可以通過專業(yè)維修解決，如果無法修復(fù)，則需要更換新的電源模塊。

檢查電源保護(hù)功能：在確認(rèn)電源線路和模塊均無異常后，應(yīng)進(jìn)一步探查電源的保護(hù)功能是否如常運(yùn)作。針對可能出現(xiàn)的電流過大、電壓過高或過低等問題，必須迅速做出反應(yīng)，調(diào)整或更換相應(yīng)的保護(hù)元件，以防電源設(shè)備受到損害或引發(fā)故障。

（三）功放單元檢修

在地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)中，為了確保信號的穩(wěn)定傳輸，通常會(huì)采用多級功率晶體管。這些晶體管的作用在于將信號進(jìn)行逐級放大，使得信號的能量水平得到顯著提升。在發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的初步測試階段，功率放大裝置表現(xiàn)正常，沒有發(fā)生任何異常狀況，將會(huì)降低系統(tǒng)后續(xù)運(yùn)行過程中發(fā)生故障的可能性。

在遭遇嚴(yán)重故障時(shí)，技術(shù)人員需要采用科學(xué)的方法對功率放大裝置進(jìn)行全面的檢修。首先，需要在斷電情況下測量功率管對地阻抗是否正常這一關(guān)鍵問題。其次，技術(shù)人員應(yīng)注意功放管的工作信號參數(shù)，如靜態(tài)電流、工作電流等，察覺到參數(shù)不在正常范圍內(nèi)，應(yīng)立即檢查驅(qū)動(dòng)電路，或者電源電路的狀態(tài)，并處理不良的問題。其次，控制電路檢查是維修的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一定要對功放單元的環(huán)境參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行仔細(xì)檢查，并且要結(jié)合CAN總線傳輸檢測的結(jié)果進(jìn)行故障的診斷和修復(fù) [4]。

（四）冷卻裝置檢修

冷卻方式：發(fā)射機(jī)所有大功率器件都集中在發(fā)射末級功放單元，功放單元的冷卻散熱系統(tǒng)是保證整機(jī)功放可靠性的關(guān)鍵。通過采用優(yōu)質(zhì)鋁擠壓型材散熱器、軸流風(fēng)機(jī)并聯(lián)使用、使用紫銅焊裝功放單板、使用獨(dú)特的回流焊技術(shù)將功放管焊接在紫銅板上、使用石墨烯實(shí)現(xiàn)功放模塊快速散熱、設(shè)計(jì)合理的風(fēng)道等，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的高效散熱，提高設(shè)備的可靠性。

散熱器設(shè)計(jì)：根據(jù)傳熱學(xué)原理，由對流換熱方程和能量平衡方程，根據(jù)散熱器的相關(guān)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，對散熱器齒厚、齒的形狀、齒間距、基板厚度進(jìn)行優(yōu)化。大功率器件與安裝表面之間的接觸熱阻應(yīng)當(dāng)控制在最小范圍內(nèi)。影響接觸熱阻的因素主要有表面粗糙度、平面度、接觸面積及接觸面之間的壓力等，因此在設(shè)計(jì)散熱器時(shí)，可采用鋁擠壓型材散熱器，在安裝發(fā)熱元器件處的表面經(jīng)高速銑削，精加工及研磨拋光。

五、結(jié)束語

地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的高效穩(wěn)定運(yùn)行直接關(guān)系到地面數(shù)字電視的播出質(zhì)量和效率。因此，臺(tái)站維護(hù)人員必須深入理解地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的各項(xiàng)功能、核心組件及其特性，以提升自身的檢修技能和標(biāo)準(zhǔn)。需要建立健全的發(fā)射機(jī)維護(hù)管理機(jī)制和巡檢計(jì)劃，確保在發(fā)射機(jī)使用和維護(hù)過程中遇到相關(guān)問題均能夠得到及時(shí)有效的處理，從而保障發(fā)射機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

作者單位：王海平 海華電子企業(yè)（中國）有限公司

參考文獻(xiàn)

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