廣播電視固態(tài)發(fā)射機原理及維修研究

姬 茹

（山西省廣播電視局中波臺管理中心，山西 太原 030001）

0 引 言

實際調(diào)研發(fā)現(xiàn)，廣播電視固態(tài)發(fā)射機在運行中很容易出現(xiàn)多種故障，如輸出功率過低、信號程序異常、供電環(huán)節(jié)異常以及參數(shù)值不準等。為有效處理這類故障，技術人員必須了解廣播電視固態(tài)發(fā)射機的原理，準確判斷故障源頭，這正是本文研究的關鍵所在。

1 廣播電視固態(tài)發(fā)射機原理

1.1 整體結構

作為信息調(diào)控設備，廣播電視固態(tài)發(fā)射機擁有大量“串聯(lián)”固態(tài)發(fā)射模塊，本質(zhì)上屬于微波集成電路。特定時期，固態(tài)發(fā)射頻率的綜合調(diào)控可基于微波集成電路完成，多個微波功率器件或低噪聲接收器能夠?qū)崿F(xiàn)微波的接收和傳輸。

1.2 硬件組成

廣播電視固態(tài)發(fā)射機主要硬件包括功率激勵器、功率放大器、供電控制系統(tǒng)、冷風系統(tǒng)、無源部件以及計算機監(jiān)控系統(tǒng)等。無源部件和功率放大器負責功率調(diào)節(jié)，功率激勵器負責信號傳輸和接收，供電控制系統(tǒng)、計算機監(jiān)控系統(tǒng)冷風系統(tǒng)承擔運行狀態(tài)監(jiān)控和頻率信號處理。在主控系統(tǒng)的控制下，三者可基于程序要求對單片機及功率調(diào)節(jié)進行控制[1]。

1.3 程序調(diào)節(jié)結構

廣播電視固態(tài)發(fā)射機存在綜合性程序調(diào)節(jié)結構，這使得其能夠通過功率傳導體系對頻率信號結構進行調(diào)控、合成，由此，傳導的信號多具備穩(wěn)定性的特征。對屬于應用型功率管理結構的固態(tài)發(fā)射機功率連接模式來說，功率放大單元可實現(xiàn)接收信號的強化，更持續(xù)、穩(wěn)定地開展信號傳導。通過功率二合成器、平衡放大器，固態(tài)發(fā)射機能夠?qū)崿F(xiàn)功率效率調(diào)節(jié)，同時具有線性高、增益高的特性，信號傳輸故障能夠得到有效預防[2]。

1.4 典型構成

以某廣播電視發(fā)射塔設置的廣播電視固態(tài)發(fā)射機為例，發(fā)射機型號為北廣TF520-10KW，具體由總控制箱、中間放大器（300 W）、激勵器（30 W）、五分配器、末級耦合器（3 dB）以及不平衡吸收負載組成，基于功放盤（1 kW）和五分配器組成左右機柜，4塊300 W功率模塊組成功率放大器，各模塊可實現(xiàn) 300 W功率獨立輸出，放大器在頻率改變時無需調(diào)整。

在正常運行過程中，放大器（300 W）負責放大激勵器送來的射頻信號，需要將通過低通濾波器的300 W功率1分為2，該工作由耦合器（3 dB）負責分配，2路信號存在90°相位差，每路進行 150 W輸出，送至五分配器（10 kW）實現(xiàn)對10個功放盤（1 kW）的激勵，各功放盤設置有4個放大模塊，放大模塊中設置有MRF151G場效應管，能夠?qū)崿F(xiàn)300 W功率獨立輸出。放大器（1 kW）輸出功率回到五合成器，兩個5 kW功率輸出可由此分別合成，之后存在90°相位差的機箱頂部耦合器（3 dB）完成10 kW功率合成，最終向天線輸出[3]。

2 廣播電視固態(tài)發(fā)射機維修方法

2.1 輸出功率過低問題

在固態(tài)發(fā)射機與外部結構發(fā)生信號傳輸變化時，激勵器存在同時發(fā)生變化的輸出功率，如調(diào)控方未能基于固態(tài)發(fā)射機輸出功率變化而變化，則說明存在輸出功率過低問題。處理輸出功率過低故障時，需結合整體結構，綜合檢驗功率傳輸情況，如發(fā)現(xiàn)傳輸功率和輸出結構正常，可確定傳輸結構的故障并不嚴重，僅需要對發(fā)射功率進行調(diào)節(jié)。具體維修過程中，需要檢測各個信號轉(zhuǎn)換裝置的功率，對比標準值，有效分析輸出線路的故障問題。進行局部電阻檢驗也能夠發(fā)現(xiàn)相關異常，檢驗需圍繞功率傳輸線路的測試部分展開，更換功率異常元件，完成程序連接后重新啟動程序，即可解決故障。

2.2 信號程序異常問題

信號傳輸問題在廣播電視固態(tài)發(fā)射機運行中也較為常見，如發(fā)射機發(fā)出的信號可識別度較低，或信號斷斷續(xù)續(xù)、階段性傳輸。針對這類故障的維修，需要從外部元件檢測入手，如發(fā)現(xiàn)發(fā)送部分強度不夠、外部故障受損等情況，即可確定信號程序存在問題。可通過信號調(diào)節(jié)方式處理故障，如對硬件問題處理采用局域性調(diào)節(jié)方法，可對初始信號強度進行調(diào)節(jié)，將“較大”強度向“居中”調(diào)節(jié)，同時一周期30 min的信號傳輸時長可以調(diào)整為45 min，通過減弱信號傳輸強度并延長信號傳輸時長，可有效解決外部元件異常故障[4]。針對信號放大程序異常的處理，需分析階段性信號傳輸穩(wěn)定性，充分應用內(nèi)部信號操控模式。對于信號傳輸不完整、信號傳輸強度不足問題，可應用信號模擬處理模型檢測信號的完整度，檢測對象為信號的各部分傳輸渠道。對于接收到外部信號的內(nèi)部程序，如存在較低的信號穩(wěn)定性，可開展“部分性彌補”，具體需要在多次信號轉(zhuǎn)換期間進行。

2.3 供電環(huán)節(jié)異常問題

信號傳輸期間，廣播電視固態(tài)發(fā)射機的供電環(huán)節(jié)異常故障也較為常見，這會導致運行功率不穩(wěn)定，也可能出現(xiàn)損壞電纜傳輸體系的情況。對供電環(huán)節(jié)異常進行處理，需要檢測電源連接情況，檢查是否有電源插頭接觸不良、局部電源插頭裸露、電源插頭連接不當?shù)葐栴}。針對斷電的固態(tài)發(fā)射機，還需要對供電線路暢通性進行檢查，這能夠及時發(fā)現(xiàn)線路交叉干擾、混路等問題。

2.4 參數(shù)值不準確問題

實際運行過程中，廣播電視固態(tài)發(fā)射機的信號穩(wěn)定性需要得到冷風系統(tǒng)、供電控制結構、射頻結構、計算機監(jiān)控系統(tǒng)、信號單元性放大程序等環(huán)節(jié)的支撐。但在具體傳輸過程中，某些信號與局部線路間存在排斥，因此會產(chǎn)生參數(shù)值混亂的情況，進而影響正常運行。對于參數(shù)值不準確問題，需聚焦傳輸環(huán)節(jié)對固態(tài)發(fā)射機開展綜合調(diào)控，日常調(diào)頻處理過程中要嚴格完成各部分參數(shù)標記。如果日常傳輸信號過程出現(xiàn)參數(shù)值不準確問題，這類故障可應用間斷性信號波測定調(diào)整法進行處理。

2.5 輸出功率為零問題

一般廣播電視固態(tài)發(fā)射機可發(fā)射10 kW的正常信號傳輸功率，且傳輸功率可基于自動化控制單元進行自主調(diào)節(jié)，因此信號傳輸期間需要保持 10 kW的單元結構整體信號強度。但如果發(fā)送信號過程存在異常的射頻數(shù)據(jù)輸出輸入，或存在信號狀態(tài)不好的局部電路元件，10 kW的數(shù)據(jù)功率狀態(tài)保持將無法實現(xiàn)，甚至可能出現(xiàn)信號輸入、輸出功率為零的現(xiàn)象。為解決輸出功率為零故障，需要關注阻抗變換器，如輸入端的阻抗變換器電阻較大，單元內(nèi)傳輸?shù)碾娏髦岛碗妷褐禃S之減少，由于固態(tài)發(fā)射機采用階段性信號傳輸方式，信號傳輸過程會出現(xiàn)為變?yōu)榱愕墓β剩虼丝梢灾苯诱{(diào)節(jié)阻抗變換器電阻，恢復其傳輸功率。處理射頻問題時，射頻調(diào)控線路連接不當也可能導致輸出功率為零，因此需要對相關線路展開檢查，必要時還需要逐一檢查固態(tài)發(fā)射機線路，及時發(fā)現(xiàn)和處理斷路、短路等問題[5]。此外，還需要做好線路部分阻抗模塊的測試，及時發(fā)現(xiàn)和處理“排異”問題。

3 實例分析

3.1 案例概況

以某廣播電視發(fā)射塔為例，該廣播電視發(fā)射塔設置的廣播電視固態(tài)發(fā)射機存在較高集成度，型號為TF520-10kW，存在48～50 V的漏極工作電壓，且全頻段內(nèi)擁有17 dB以上增益。

3.2 故障現(xiàn)象分析

在例行維護時，廣播電視固態(tài)發(fā)射機（備機播出）5號功放盤在一段時間開機加功率后出現(xiàn)功率突然減小的情況，此時外部供電源正常，為明確具體的功率數(shù)值變化，對比中央控制單元顯示的功率數(shù)值發(fā)現(xiàn)，相較于其他9個功放盤，5號功放盤的功率數(shù)值僅有正常情況下的一半。左右機柜相位因5號功放盤故障出現(xiàn)不平衡，廣播電視固態(tài)發(fā)射機隨之出現(xiàn)不平衡的輸出功率，整機功率輸出值大幅降低。

3.3 故障原因分析

廣播電視固態(tài)發(fā)射機曾出現(xiàn)過類似的功放盤故障，3個功放模塊設置于功放盤內(nèi)部，負責提供48 V直流電壓，由于存在分壓供電，雙面電路板PS導孔（4個）虛焊，功放模塊中個別放大管無法正常加電，導致功放盤出現(xiàn)內(nèi)部輸出功率不平衡問題，功放盤整體功率因此下降。對于上文提及的故障現(xiàn)象，技術人員認為可能存在同樣的故障原因。但在無功率加電靜態(tài)測量5號功放盤四個模塊的漏極電流、漏極電壓、功率后，輸出功率基本相同，且4個模塊的漏極靜態(tài)工作電流、漏極電壓相同，分別為50 mA、 48 V，4個模塊的放大管同時存在處于2.3～2.6 V區(qū)間的靜態(tài)直流工作電壓。結合動態(tài)加功率測試結果可以發(fā)現(xiàn)，僅有5號功放盤電流不正常，因此可將電源供電問題大致排除，放大管故障的可能也可同時排除，這是由于放大管存在故障會導致輸出功率出現(xiàn)較大變化，也可能出現(xiàn)無功率輸出情況。

結合廣播電視固態(tài)發(fā)射機原理分析可以確定，如放大器（300 W）或激勵器出現(xiàn)故障，所有功放盤的功率輸出均會受到較大影響，這與上述故障現(xiàn)象差異較大，因此可將二者故障的可能性排除。五分配電路設置有調(diào)相電路，該電路由微帶線、電容、電感組成，負責對存在離散性的五路放大電路不平衡進行補償，帶感電路在出廠時的調(diào)整較為細致，基本不可能出現(xiàn)故障。為排除射頻電纜和5分配器故障，采用對調(diào)正常功放盤和故障功放盤的方式進行對比，發(fā)現(xiàn)5號功放盤故障仍存在，因此可排除射頻電纜和5分配器故障。值得注意的是，為實現(xiàn)類似故障排除，單純調(diào)換射頻電纜的故障查找也是常用方法，但該方法可能因射頻電纜接地不良、虛焊導致故障誤判，這會導致維修時間大幅延長，停播隱患也會隨之加大，因此需謹慎應用調(diào)換射頻電纜的故障查找方式。

在排除信號放大流程和供電電源出現(xiàn)故障的可能性后，為明確故障原因，需要對功放盤內(nèi)部進行檢查。功放模塊（300 W）電路由放大管、輸入匹配電路、柵極偏置電路、輸出匹配電路組成。結合故障表現(xiàn)和電路組成，可將盤內(nèi)放大管故障可能性排除，由于工作電壓降為正常情況下的1/2，因此可確定存在過小的功放盤信號輸入端電壓，需要對由不平衡電阻和微帶線組成的功放盤信號輸入端電壓不平衡匹配分配回路進行檢查[6]。

3.4 故障處理

結合上述故障原因分析可以發(fā)現(xiàn)，如果二分配器中的100 Ω/250 W不平衡吸收電阻在合成電路中出現(xiàn)故障，這種不平衡吸收電阻會導致二分配器對應功放模塊射頻功率降低，進而導致射頻功率輸出出現(xiàn)顯著差異，而通過測量獲取的四路模塊輸出功率基本相同，可以確定，對應的不平衡吸收電阻未出現(xiàn)故障。如二分配器中的100 Ω/50 W不平衡吸收電阻出現(xiàn)異常，功放模塊同樣會受到該不平衡吸收電阻影響，引發(fā)故障問題，通過對電阻進行更換，重新測試，可以確定，換下的電阻存在故障，導致電平產(chǎn)生波動。對該不平衡吸收電阻進行更換后，故障順利排除。

4 結 語

廣播電視固態(tài)發(fā)射機很容易在運行中出現(xiàn)故障。本文涉及的輸出功率過低、信號程序異常、供電環(huán)節(jié)異常、參數(shù)值不準確、故障實例處理等內(nèi)容，直觀地展示了可行性較高的故障處理方法。為更好地保證廣播電視固態(tài)發(fā)射機地穩(wěn)定運行，對信號放大流程的深入研究、發(fā)射機運行狀態(tài)的實時調(diào)控，同樣需要得到重視。