頻譜分析儀在數字電視發射機檢修中的運用

熊金超 凌翠蓮 楊 睿 農天煥 林舒豪

一、引言

隨著數字電視的不斷普及，推廣應用數字發射系統已是大勢所趨。數字發射系統從數字信號處理到射頻信號的發射不僅有一個完整的處理轉換流程，還擁有一套復雜的數字化檢測方式。以廣西廣播電視臺的德芯1kW DUT-8313數字電視發射機（下文簡稱“我臺發射機”）為例，因其檢測方式只在內部開展檢測，如遇發射機的功率放大器故障問題或發射機某個環節節點的射頻輸入信號故障問題，系統會檢測到發射機存在的問題，保護機制立即啟動，關斷發射機整機的運行（發射機整機電源全部關斷，主控停止工作）。此時，檢測系統未能提供給技術人員相關問題故障點或機器參數變化值，導致開展故障排查工作和檢修工作變得尤為困難。同樣的檢測機制和保護機制在國內數字電視發射機領域中屬于常見機制。基于此，本文通過介紹運用頻譜分析儀（以下簡稱“頻譜儀”）對數字電視發射機進行檢測、維修、排查的方法，為缺少維修方法和維修經驗的技術人員提供一種有效的檢測方法，供同行參考。

二、德芯1kW DUT-8313數字電視發射機工作原理

輸入的傳輸碼流（TS流）經激勵器進行編碼與調制處理成數字信號IQ，IQ進行D/A轉換并將其送入上變頻處理成射頻RF信號。將RF信號輸送到前級推動進行推動放大，再經過增益放大、AGC的控制后輸出到功率放大器。三個功率放大器進一步對射頻信號進行功率放大，并將放大后的射頻信號整合成一個符合發射機所播出的1kW發射功率信號，再通過濾波器對雜波進行濾除后輸送到天線進行信號發射。如圖1所示。

圖1 地面數字電視廣播發射機1kW原理框圖

三、故障現象及常規處理方式

以下為廣西廣播電視臺發射機的故障現象及常規處理方式。

故障現象一：播出狀態下發射機突然掉功率，觸摸顯示屏及各單元指示燈均不亮，發射機無法自啟恢復工作。處理方式：手動關斷電源，重啟發射機，但故障現象依舊，未能解決問題。由于我臺發射機的各系統數據參數及開關機操作均需要通過觸摸顯示屏進行讀取和設置，當顯示屏不能正常工作時，無任何應急啟動的方法。既無法操作也不能判斷故障部位，只能利用萬用表通過“排除法”的維修經驗，對發射機各系統進行逐一排查，且在維修過程中部分節點供電參數還需廠家提供技術指導，費時又費力。

故障現象二：發射機開機輸出功率正常，發射機各系統顯示正常，但播出無視頻畫面。處理方式：初步懷疑是信號源問題，通過拔插激勵器輸入信號查看是否恢復播出。當故障依舊時，查看激勵器各參數設置是否正常，若不正常，需斷電重啟激勵器電源開關，發射機播出才恢復視頻畫面。該檢查過程步驟繁瑣且費時。

故障現象三：發射機因工作需要進行搬遷挪動或重新改動發射機的接線情況，觸摸顯示屏一直顯示正在運行中，長時間無法進入發射機系統界面。處理方式：只能斷電重啟。當故障依舊時，需逐一排查各個系統部件及線路。

通過對上述三起故障現象及處理方式可見，廣西廣播電視臺發射機的維修及故障檢測在常規的處理方式中，大部分是利用萬用表“排除法”，對各系統進行逐一排查。

四、對頻譜儀的功能需求

如今，頻譜儀的精度越來越高，分析功能越來越多，價格也越來越高，頻譜儀的投入使用往往是一件大事。在以頻譜儀作為輔助設備檢測工具使用時，對頻譜儀僅有以下幾點要求：一是屏幕尺寸盡可能大，便于檢測時觀察波形；二是應符合有8MHz的測量帶寬，以便滿足檢測需求；三是可快速截獲和讀取RF載波信號。

頻譜儀只要滿足以上三點要求，即可作為輔助設備檢測工具，能夠簡單地分析檢測數字電視發射機系統射頻信號的頻譜情況。不對頻譜儀的設備型號、款式、機器磨損程度等作要求。

五、頻譜儀做檢測輔助工具的方法

在數字電視發射機系統中，要準確地定位到故障的位置，最根本的辦法就是能夠找到關鍵部位輸出的射頻信號在各個節點的反應情況，只要找到那個問題點就可以很快判斷出故障位置，由此運用到頻譜儀查看數字發射機各個節點的射頻信號曲線。通過對比正常信號曲線，可以快速找到信號不正常的位置，迅速判斷故障原因，同時，使用頻譜儀也能檢測出激勵器是否輸出正確的射頻信號，排除射頻信號不正確導致的故障。

以某一頻率為例，當數字電視發射機發生故障時，使用頻譜儀檢測的方法如下。

首先，用射頻信號電纜線（以下簡稱“射頻線”）將激勵器的射頻輸出端口（RF OUT）接入頻譜儀的射頻信號輸入端口（RF Input）。發射機在關機狀態下，激勵器無射頻載波輸出，通過設置頻譜儀中心頻率和掃描寬度即可得出激勵器無載波輸出時，頻譜儀上顯示的波形，如圖2（左）所示。發射機在開機狀態下，激勵器正常工作，激勵器處有射頻載波輸出，頻譜儀即可測量出激勵器的輸出射頻載波信號波形圖，如圖2（右）所示。通過對比參考激勵器有無載波輸出的波形圖，可以很快地判斷出激勵器工作是否正常，激勵器輸出的射頻載波是否是正確的頻率和幅值。

圖2 激勵器無射頻載波輸出（左）有射頻載波輸出（右）

其次，用同樣的方式將射頻線接入前級推動單元射頻（RF OUT）和頻譜儀的射頻信號（RF Input）。此時需要注意的操作是，由于前級推動的射頻信號比激勵器強很多，必須在接入頻譜儀的射頻信號輸入（RF Input）前接一個5W 40dB的信號衰減器，以防止過強的射頻信號接入頻譜儀致其損壞。再通過發射機在開、關機狀態下，前級推動有、無射頻信號輸入、輸出狀態來查看射頻載波信號的波形，以此來判斷前級推動工作是否正常，是否對射頻載波信號進行預放大，信號是否偏移失真，如圖3左、右所示。

圖3 前級推動單元無射頻信號（左）有射頻信號（右）

再次，用射頻線通過轉接頭將任一末級功放的射頻輸入（RF IN）接到頻譜儀的射頻信號（RF Input）。同理，因射頻信號過強，所在的射頻信號輸入（RF Input）前接一個5W 40dB的衰減器。發射機在關機狀態下，設備不工作，功率分配器沒有信號輸入末級功放，得到功率分配器無射頻信號輸入到末級功放時信號的波形。當發射機工作正常時，其末級功放的輸入端信號正常。通過對比波形就能判斷進入末級功放前的射頻信號是否正常，方便排除前級推動到末級功放之間的射頻切換器和功分器的故障問題，信號波形如圖4。

圖4 末級功放無射頻信號輸入（左）有射頻信號輸入（右）

最后，需要檢測的是末級功放的輸出端監測端口。該監測口是發射機預留的懸空端口，可在發射機正常開機狀態時接入頻譜儀，實時查看數字發射機對應的功放輸出情況，直觀判斷發射機射頻信號的運行情況。用射頻線通過轉接頭將其中一個末級功放的輸出端監測端口接到頻譜儀的射頻信號輸入端口（RF Input）處（無需信號衰減器）。當發射機工作正常時，得出其輸出監測的信號波形圖，具體操作和波形圖如圖5所示。

圖5 末級功放的監測端口接線（左）輸出監測波形（右）

六、總結

通過頻譜儀分別對激勵器、前級推動、功率分配器、功放的射頻信號進行測量得出相應波形圖，可快速直觀分析整體流程中各單元模塊是否正常，輸入輸出射頻信號是否正常，并以此為無線發射臺站數字發射機的維修提供參考依據，降低了發射機故障排查處理時間，更好地保障臺站數字發射機的安全播出。