淺談地面數字電視發射機功放部分的原理及故障維護

文/楊永才

引言

功放版塊屬于電視裝置中發射機部分的重要組成部分，相關技術人員應認真分析該版塊出現故障的原因，結合文獻資料與常年實際工作經驗，制定有效的維護措施，提高該板塊的運行效率與運行時間。本文對此進行研究分析，以期為同行提供參考借鑒。

1.地面數字電視發射機演變過程

與傳統模擬電視發射機相比，地面數字電視發射機運行情況更加穩定和可靠。當今時代，科學技術迅猛發展，傳統的模擬電視發射機逐漸被地面數字電視發射機所取代，國家對于數字電視發射機的相關研究也更加重視，使其迎來良好的發展機遇。我國疆域遼闊、地勢復雜多樣的地理特點，導致近年來仍有許多偏遠地區和山區的地面數字電視發射臺的技術相對落后，也有許多地面數字電視發射臺利用遠監控技術實現地面數字電視發射機的自動化。這些狀況提示如今的地面數字電視發射機的整體工作效率仍有待提高。

2.發射機及功放版塊的器件組成結構與運行原理

地面數字電視發射機的組成部分主要包括調制器、激勵放大單元、主控單元、開關與電源、無源部件、冷卻系統、自動切換單元、末級功放單元。其中，主控單元還包括主控板、整機檢測板和觸摸屏。地面數字電視發射機主控單元里面的液晶屏能夠顯示出所有地面數字發射機自身運行時的狀態和輸出發射的功率。激勵器能夠自動識別信號并進行切換。地面數字電視發射機常具有兩個激勵器，因而可以接收并識別兩路信號。激勵器會將接收到的信號進行編碼，以使數字電視發射機接受到的信號不容易受到干擾而能夠正確地接收信號。激勵器常會對接受到的信號進行調制并加強，從而高質量地傳輸信號。當溫度較高和駐波比較大時，地面數字電視發射機會關機，并向主控單元傳送主機狀態。為了隔離輸入電源，會將隔離變壓器接入在低壓配電盤的輸入端上。當風機在工作過程中發生異常時，風機傳感器能夠生成模擬的電壓信號來控制系統控制器發出信號，切斷電源。

目前較為常用的功放版塊為400W，結構主要包括前端擴大結構、信號調配結構、雙末端功率增強結構以及信號處理結構，功率增強結構屬于功放版塊的核心結構。完整的功放版塊在此基礎上常外加熱能耗散結構以及包裝殼。在實際的運行過程中，激勵器首先對碼流進行頻率調節并以RF信號的形式進行傳輸。之后，由切換器對其進行模式轉換，其中的一路信號經過分配器傳輸至400W功放版塊。前置功放單元會將經過的高頻信號進行接收，從而使末級功率放大器正常運行，再將信號發送到天線。其中合成器可以隔離射頻信號，功放散熱系統可以增加導熱的速度，提高散熱的效果。在功放版塊中，RF信號的功率得以增強，并通過版塊內的信號處理結構傳輸至天線裝置，由此完成信號的傳輸工作[1]。

3.發射機功放版塊的常見故障以及維護措施

功率晶體管被損壞或合成器出現輸出短路故障常會導致發射機的輸出功率出現明顯的下降。可以通過檢測面板顯示的數據來確定功率晶體管是否被損壞。若功放部分的輸出功率出現異常時，功放部分的開關電源的電流和晶體管的工作電流均處于正常狀態，則提示輸出合成器存在短路故障，應及時調整電流功率，并對問題部位進行檢查。

故障的發現排除首先要構建良好的維修平臺。該平臺應主要包括數據傳輸裝置、功放版塊連接端口以及備用電源。通過連接端口給電源連接空氣開關，并接入380伏特的電源。在配置的計算機上安裝調試界面，使用數據傳輸線與其進行連接，以保證運轉參數與計算機顯示數據間的一致性。此類維修平臺雖然較為簡便，但也可以起到很好的運轉狀態分析以及故障的排除作用。

3.1 功率晶體管損耗

功率晶體管出現損耗時，版塊整體的功率會出現異常，具體表現為輸出功率降低同時反射功率維持平穩狀態。單一功放版塊的電流強度會隨著功率晶體管損耗導致的輸出功率減弱而下降，具體常會降至25A左右，因而此類故障常可以通過數字信號監測平臺來發現。

功率晶體管雖然在早期通常為封裝部分的損耗，但損耗的器件長期運轉后會出現整體性能的下降，因此，應及時排查并進行器件整體的更換。以雙柵LDMOS形功率晶體管為例，在打開蓋板以后可以通過萬用表的電阻模塊來測量LDMOS的電阻值。常規晶體管的阻值多在3000歐姆附近，阻值異常升高常表明晶體管受到損耗。晶體管的輸出部位常會伴發SMD器件的燒毀與脫落現象，當整體的基板燒毀并損壞銅面時，為滿足電路的高頻需求，需要進行電路板的更替。當功率晶體管出現嚴重損耗而又無法及時更換時，為減輕損害結構對其余正常組件的損壞，可以將整體的功率調低。當裝置的功率維持在3dBm以上時，可以保證被覆區域面積維持大體穩定[2]。

3.2 輸出合成器的線路阻斷

該類故障與功率晶體管損害的具體表現類似，二者在數字信號監測平臺上都會出現輸出功率下降的現象，但晶體管的電流強度會維持在正常水平。此外，發生故障區域的功放版塊輸出功率下降會伴隨其余功放版塊功率的升高，且常會升高至600W附近。功放版塊的電流強度也整體維持在平穩、正常水平。

發射機傳輸版塊的損壞常引起此類故障，故而應著重檢查該版塊的器件結構，并逐一檢查，具體檢查可以用手接觸器件部位判斷其有無過熱現象。發射機的高功率傳輸需要功率增強器的合成作用，其端口的電阻值需在50歐姆以上，并維持隔離在20dB上，以此來實現功率的增強以及分隔。在對其進行更換之后，工作人員應借助矢量分析儀對功放相位進行調控，直至其功率回升至正常水平[3]。

3.3 功放版塊平衡功率升高

平衡功率是判斷功放版塊功能情況的重要參考數據，其數值的高低取決于各功放版塊之間的相位匹配程度與功率高低。常用的固態發射器型號為10kW分米波，該類發射器由32個功放版塊構成，其正常平衡功率應維持在2W附近。

功放版塊輸出部位以及線路節點部位的變質常會導致部分電路的電流強度異常浮動，進而引發平衡功率的異常升高。盡管在早期階段不會出現嚴重的脫焊問題，但卻會造成非常嚴重的安全威脅，因此，應在將連接部位的灰塵清理之后再次焊接。

3.4 微動開關的損耗

該裝置一般被安裝在功放版塊外部的保護殼上，因此很容易受到外界的力學干擾而出現接觸位置的靈敏度下降以及斷裂等問題。微動開關主要控制前端的增強器柵極電壓，該裝置的損壞很容易引起與之相連的電容的破壞，造成柵極電壓強度的異常變化，從而干擾功放版塊的正常運轉。

針對此類問題，維修人員應該增大巡查力度，及時發現損耗的開關并進行更換。此外，還要在保護殼上附加開關保護裝置，減少外界因素對開關的損壞，從而延長開關使用壽命。

3.5 功放管損壞

功放管工作狀態的評價可以根據靜息狀態下的電流強度以及柵、漏極電壓強度的綜合分析來進行。功放管出現損壞多會影響PC部位的功放情況，功放版塊的電源在其內部經過并聯的4個電阻（0.05歐姆）與漏極相連，因此，功放管靜息狀態下的電流強度可以通過對電阻部位電壓強度的測試推理得出。當兩極的電壓強度維持在正常數值范圍，而電流強度確顯著高出正常范圍時，提示功放管存在損壞可能。

功放管部位的損壞通常通過替換的方式來維護。為保護功放管周圍的電元組件與電流通路，一般先對兩極附近的組件進行拆離。在確保周圍沒有重要組件之后，使用螺絲刀把用來固定的螺絲拆卸下來。拆卸過程中產生的碎錫屑片要使用專業的錫片粘附器或者電烙鐵來清理。為了保證人身安全，工作人員在用手觸碰功放管前要確認身體正確觸地，以此來消除身上自帶的靜電。事先使用蘸有乙醇的棉團將管座清理干凈，并在其表面覆蓋散熱硅脂，要注意硅脂層的厚度不宜過大。在上述工作完成后將用來替換的器件放在相應位置上，并對其進行按壓以保證其與電極有良好的接觸。最后，使用螺絲來進行固定，并以此焊接柵、漏極。焊接時要嚴格把握好焊接時間，過短難以確保功放管的穩定，過長則很有可能會破壞線路板。功放管常常成組使用，因而對其進行單一替換可能會造成功率失衡，因此優先選擇功放管的整體替換。若受條件限制只能進行部分替換，則需要通過在預先通電加熱的基礎上調節柵段的電壓強度，以此來保持功放管之間相同靜息狀態的電流強度與均衡的輸出功率。

3.6 散熱與灰塵堆積

發射機的功放版塊由于涉及功率的轉換，在常規的運轉過程中會產生大量的熱能。如果不能及時對這些熱能進行耗散，熱能區域累積導致的溫度升高會加快各種電元組件的氧化反應，嚴重影響版塊正常運行的同時還會縮短電元器件的使用壽命。發射機常常通過施加冷風的方式來耗散熱能。為進一步提高散熱效能，可以在制冷風機的基礎上外加制冷空調。空調通常設置在發射機工作機房的兩側，以此來提高空氣流動的均勻程度。為促進熱能的及時耗散，可以使用鐵作為風道材料制成的通風口，并安置在發射機的出風部位，并將冷風發生機安裝在通風管道的出口處。

但這樣的散熱方式很有可能會將空氣環境中的微塵顆粒一并帶入版塊內部。若相關清理工作不到位則會造成灰塵的積累，再加上天氣環境帶來的空氣濕度因素，很有可能導致電路板的短路。維護工作人員除了應定期進行塵土的清理工作外，還要對散熱冷風的進風模式進行優化。首先，對散熱冷風進行清濾處理。維護人員要保證發射機工作環境中的封口密閉性，除了散熱冷風進風外，其余的縫隙應嚴格封閉以防止塵風的進入，從源頭減少塵土顆粒。

除溫度與塵土問題以外，維護人員還應重視工作機房中空氣濕度的控制。空氣中的水分含量較高時，會對功放版塊的高頻率性能造成損耗，從而造成電元組件的損耗，因此，通常要保持機房干燥清潔。

4.地面數字電視發射機的常規維護措施

功放單元只是地面數字電視發射機的一部分，而發射機整體容易出現的問題還有以下幾個方面:發射機開機后電源指示燈處于熄滅狀態，控制開關機的電路不受控制；手動開啟地面數字電視發射機后發射機自動關機；顯示器處于黑屏狀態，頻道接收機無法正常工作；地面數字電視發射機的激勵器發出警告；電視屏幕沒有圖像信號且處于黑屏狀態等。這些故障出現時需要對其整體進行維護來提高發射機整體的工作效率。根據維護施行的時間間隔可以進一步細分為日度維護、月度維護、季度維護、年度維護以及整體維護。

4.1 日常維護

在日常維護工作中，首先要檢查地面數字電視發射機的天線連接狀態，無論發射機處于運行狀態還是休息狀態都不要輕易改變天線的狀態。要將地面數字電視發射機在處于工作狀態時顯示器屏幕所顯示的內容記錄下來，作為與出廠數據對比的依據，需要特別管制激勵器的顯示信息，當與廠家提供的數據存在較大區別時應對其適當進行調整。排除天饋系統出現的故障，特別是當氣候條件發生如雷雨天氣、風雪天氣、沙暴天氣等比較惡劣的天氣變化時需要特別重視饋線的運行狀態，查看其有無發生變形或松動斷裂，維持其穩定的工作狀態。雷雨季節要著重檢查天饋系統饋線的接地狀態，排除接觸不良問題。地面數字電視發射機的相關技術人員需要定時、定期地對各項指標進行檢查，對發射機上的灰塵要及時清理。地面數字電視發射機工作的穩定性的提高需要使發射機在一個良好的環境中運行，維持適宜的溫度、濕度。

4.2 月度維護

月度維護需要分析發射機相關工作人員的工作記錄，對相關的數據進行分析，排除質量問題。對電源保護器的工作狀態進行檢查，當指示燈變紅時提示需進行及時更換。對地面數字電視發射機的功率進行檢查，要經常用手觸摸檢查地面數字電視發射機同軸設備的表面溫度是否異常。定期對進風口進行清理，保持地面數字電視發射機電源進風口的空氣流暢，每月至少清理進風口過濾網一次。同時還需清理風機的風罩、葉片和散熱器，并檢查風機運行狀態是否正常。

4.3 年度維護

年度維護時要檢查地面數字電視發射機的所有風機的風力是否減弱，若處于不正常的工作狀態就需要及時更換確保發射機的正常運行。地面數字電視發射機濾波器的工作有周期性，因此應檢查濾波器是否能正常工作，若不能就需要進行調試。檢查觸摸屏的連接狀態，若接觸不良就需要重新連接或者更換連接線。檢查地面數字電視發射機的電壓，更換開關的電源或者電解電容更換配電盤上面的交流接觸器。對發射機上接觸不良或者不能夠正常顯示的觸摸屏要及時進行更換。

結語

功放版塊故障的分析以及排除是電視裝置維護的重要部分，對相關故障的分析總結有助于為行業相關人員提供很好的參考。本文首先對發射機功放版塊的器件組成結構以及工作原理進行了簡要的概述，然后針對實際使用中常出現的功率晶體管損耗、輸出合成器線路阻斷、平衡功率升高、微動開關損耗、功放管損耗以及散熱與灰塵堆積等問題進行了深入分析，對故障發生時的表現以及原因進行論述，并提出了對應的維護手段。除及時維護以外，相關人員還應借助專業的設備對功放版塊尤其是更換過器件的部分，對工作時的參數進行統一調整，以確保設備正常穩定運行。

現階段，地面數字電視發射機的質量已經有了很大的提高，運行狀態更加穩定，但仍存在各種類型的故障問題。這就需要相關的工作人員能夠了解并熟悉地面數字電視發射機的工作原理，及時發現并排除地面數字電視發射機的故障，定期對地面數字電視發射機進行維護。地面數字電視發射機的相關人員要認真、負責地對設備進行檢修和維護，要特別注意發射機功放部分的維護，不斷進行相關理論知識的深入學習，全面提升自身素質，以適應新時期提出的各種需求。