XG300UT-1KD-Ⅱ型地面數字電視廣播發射機性能與維護

劉 宏

（營口新聞傳媒中心廣播電視發射臺，遼寧 營口 115000）

1 概 述

XG300UT-1KD-Ⅱ型地面數字電視廣播發射機，于2016 年在營口廣播電視發射臺安裝并投入運行，擔負起轉播、發射中央地面無線數字電視廣播節目任務，工作在47 頻道。該機自投入運行以來，運行平穩可靠，故障率低，沒有出現過大的故障問題，具備良好的工作性能。

XG300UT-1KD-Ⅱ型地面數字電視廣播發射機采用自主知識產權的AVS+視音頻編碼標準格式、COFDM 調制方式，是新一代分米波基于衛星傳輸的單頻網地面數字電視廣播發射機，具有高效節能、輸出功率穩定、輸出非線性失真小、帶肩比高、調制誤差率低、寄生輸出小、輸出載波精確度高、操作直觀方便以及整機維護簡捷的特點[1]。發射機采用性能優越的基于衛星傳輸的地面數字電視單頻網激勵器、高線性前置放大器，并有飛思卡爾和恩智浦公司生產的最新大功率LDMOSFET 構成的線性功率放大器組成的前級、末級功放單元，高精度工作參數檢測、處理電路，觸摸式彩色液晶顯示屏以及單板機整機控制技術等，其專有的“N+1”數字電視發射機系統遠程管理監控平臺，可以組成“N+1”數字電視發射系統，保證電視節目不間斷播出。

2 整機構成與工作原理

XG300UT-1KD-Ⅱ型地面數字電視廣播發射機整機采用19 英寸標準鋼架結構柜體，配有整機前門，觸摸式彩色液晶顯示屏置于其外側上部，柜體中部有4 個300 W 功放單元、風機冷卻單元、顯控單元、前置功放單元、激勵器單元以及雙模授時器單元，下部有電源單元和配電單元，柜體后部由前置功放輸出切換器、四功分器、四合成器及輸出濾波器等單元組成[2]。各單元結構設計全部采用標準化、模塊化、EMC 電磁兼容設計，實現了維護裝卸方便、防干擾、防塵、減少能耗的特性。整機原理如圖1 所示。

圖1 整機原理方框圖

整機為交流380 V 三相供電。供電進入機柜接入配電單元，由配電單元的分線器分配成多路交流220 V 輸出電源供給所需單元。電源單元輸出兩組直流電源50 V 主電源和12 V 輔助電源，供給前置功放單元和末級功放單元。由AVS+專業衛星接收綜合解碼器傳輸來的數字電視信號基帶TS 碼流送入本機激勵器。激勵器在多頻網工作時使用高穩定性、高精度的恒溫晶振本振源，工作在單頻網時采用外接北斗/GPS 雙模授時器提供的10 MHz 信號作為本振源。數字電視信號經過激勵器轉換，調制成額定頻率的射頻信號，經頻道濾波器輸出給前置功率線性放大器放大。其輸出經主備切換器和四功分器將前置線性功率放大器輸出的推動功率信號一分為四，輸出給4 個300 W 末級功放模塊放大；其輸出給四合成器，合四為一，總合成功率大于1 200 W，經過末級輸出濾波器后輸出標準的額定功率1 000 W 的射頻數字電視信號。

本機激勵器工作采用雙激勵器互為熱備份方式，整機的安全保護功能由總顯控單元通過各單元的數據采集檢控電路實施檢控，并通過彩色液晶顯示屏，實時顯示整機的激勵器、功率放大器及供電電源的運行參數和狀態[3]。當出現故障，顯控單元指示出故障單元并發出報警。各單元的信息聯網傳輸采用RS-485 通信方式。

3 整機各單元性能分析

3.1 前置線性功率放大器單元和末級高效功率放大器單元

發射機前置線性功放由三級功放鏈路組成。第一級采用性能優越的倍增放大器，增益大于15 dB，能夠減少對激勵器的功率放大要求。第二級是由MRF3090 功放管組成的功率放大器，具有高線性和功率冗余量，增益為21 dB，最大輸出高線性5 W 功率，實際工作輸出1.5 W，工作電流400 mA。第三極是XGPA100D 功放，是由BLF888B 功放管組成的功率放大器，采用多赫蒂功率放大器設計，具有高增益、高效率、高線性的特點[4]，增益高達20 dB，可輸出高線性功率50 W，實際工作25 W，工作電流大約1 A，并設計有采樣檢流保護電路，采集輸出功率和反射功率。功放的電壓、電流及功放溫度信號，提供給顯控單元和保護電路進行顯示和保護。

末級功放單元功放模塊XGPA300D 由3 個XGPA120D 功率放大器、三功分器、三分配器、數據采集控制電路以及檢流和顯控電路組成。XGPA120D 功率放大器由BLF888B 功放管和外圍器件組成，采用多赫蒂電路設計，具有高增益、高線性、高效率的特點，增益大于20 dB，輸出功率110 W，工作電流4.5 A，與前級功放電路數字預失真技術配合使用，可提升功放的線性和效率。3 個XGPA120D 功率放大器通過三合成器合成XGPA300D 功放模塊，為提高本單元模塊的匹配性、安全性和隔離度，在XGPA120D 功率放大器輸出端安裝了高品質的500 W 隔離器，避免因電路失配而損壞放大器。合成后單元功放模塊功率輸出300 W，工作電流約13.5 A，4 個XGPA300D 功放模塊合成末級功放單元。

末級功放電路工作在高頻、大電流、大功率狀態，整個功率放大是一條逐級放大、多級合成的鏈路。功放管比較貴重，一旦失配、失諧或者電壓波動、激勵過大，都會造成電路燒毀、器件損壞，導致機器停播事故。為了監控和保護末級功放單元模塊的工作，整機設置了檢流電路、數據采集控制電路及顯控電路，通過采集功放供電電壓、供電電流和功放模塊的功率、溫度、電壓電流、駐波、激勵等工作參數進行監控。一旦出現異常，發射機發出指令關斷XGPA120D 功率放大器的供電電源，保護電路不受到進一步的損壞，并驅動LED 燈顯示，通過RS-485 通信總線將信息上傳至總顯控單元進行屏顯和控制。本機末級功放具有三級控制保護功能，第一級是功放本級保護，第二級是總顯控單元監控保護，第三級是總顯控單元檢測到其他單元出現嚴重故障，也會發出指令關斷供電，從而更好地保護末級功放。末級功放采用了高效鏟片式散熱器，熱導率高達230 W/（m·K），設計了導熱性能優良的熱承，功放管輸出120 W 時管結溫低于95 ℃，具備很高的熱穩定性。

3.2 激勵器單元

本機激勵器使用的是XG913G01-S 型地面數字單頻網激勵器，采用雙激勵模式，具有主備激勵器快速切換的功能。整機設計的是激勵器與前置線性功放一體的方式，有兩路主備激勵，通過總顯控單元通信監控實時獲知雙激勵器和雙前置功放的工作參數和狀態，一旦有故障發生，立即切換到備用激勵器，保證播出安全，故障排除后即可恢復。主備激勵的切換可自動切換，也可設定人工切換，從總顯控單元顯示屏上進行快速人工切換。主備激勵互為熱備份，備份切換開關采用單刀雙擲的RF 切換開關，響應時間小于20 ms，可保證整機在任何狀態下不出現失配和射頻沖突，保證了系統的可靠性和快速性。

本機激勵器由基帶處理、數模轉換、頻率合成、射頻放大輸出以及系統監控等單元組成，具有自適應全數字預校正多維度非線性預失真和精密解調技術，直接數字射頻寬帶全自動平衡技術可實現精準的調制和頻率變換，自適應輸出阻抗匹配技術和精準的系統級AGC 自動增益控制功能[5]，保證系統功率穩定輸出。操作系統采用全中文界面，可通過RS-485、RJ-45 接口和按鍵進行檢測和控制。激勵器具有技術先進、電路簡潔、性能穩定的特點，可連續、長時間運行。

3.3 功分器與合成器

本機功放鏈路在XGPA120D 功放模塊輸入輸出端使用了三功分器和三合成器，在末級功放單元輸入輸出端分別使用了四分配器和四合成器。三功分器和三合成器采用經典的威爾金森電路設計，選用高介質、低損耗、高導熱的印制板制作，具有插入損耗低、匹配性好和高度一致性的特點。四分配器采用威爾金森原理，混合介質設計，工作在10 W 級功率等級，具有插入損耗低、匹配度高、頻帶寬、體積小的特點。四合成器采用典型的吉賽爾電路原理、空氣帶狀線設計，加工工藝精細，具有性能優良、一致性強、工作合成功率高、隔離度高、匹配好、插損小的特點，是一款大功率、高品質的合成器，可以保證在末級功放單元某個模塊出現故障時降低功率工作，并有熱插拔設計，可在不停機狀態下更換故障模塊，減少維護時間，保證安全播出。

3.4 風機冷卻單元

冷卻系統是發射機正常運行的保障。本機采用獨立的插箱式軸流風機冷卻，設計冗余一倍的風機熱備份。當有風機損壞，不會影響整機正常工作，不會因溫度升高燒壞功放模塊。系統獨立的設計方便維護和檢修，并設計有溫度檢測和保護電路，保證了整機的穩定性和可靠性。

3.5 輸出濾波單元

末級功放功率經耦合器和帶通濾波器輸出。耦合器輸出低量級耦合RF 信號送到總顯控單元，檢測出入射功率和反射功率用于顯示和控制。帶通濾波器是性能優良的大功率六腔橢圓函數帶通濾波器，采用交叉耦合技術和溫度補償技術，可在-40 ～+60 ℃很寬的溫度范圍內工作，具有插入損耗小、選擇性高的特點，適合鄰頻多工合成和單天線系統工作。

3.6 供配電單元和電源單元

本機的供配電單元將接入的三相交流380 V 供電變成單相交流220 V 電壓，輸出給電源單元、激勵器單元、風機單元、總顯控單元以及前置功放單元。

電源單元通過開關電源將交流220 V 變成直流50 V 和12 V 兩路直流電源，供給前置功放單元和末級功放單元作為供電電源。激勵器和總顯控單元是直接供電，不受邏輯控制，其他單元受總顯控單元的邏輯控制供電，從而可以實現遠程開關機和整機監控功能。

整機防雷設置是兩級防雷模式。第一級是在供電接入處安裝避雷器。該避雷器具有避雷、相序識別、缺相斷電告警功能，只有在供電正常情況下才能啟動發射機。第二級是電源單元的開關電源具備的防雷功能，雙重保護末級功放單元免受雷電破壞。電源單元由3 臺GE 公司生產的開關電源CP2725并聯均流構成，單臺功率2 700 W，輸出兩組直流電源50 V 和12 V 供給末級和前置功放，采用2+1 備份方式，有很大的冗余量。任何一臺電源出現故障，都能保證末級功放供電正常，支持熱插拔，方便維護。電源單元設有RS-485 接口和總顯控單元通信連接，可對每臺電源的運行狀態和參數進行監控顯示。

3.7 整機總控顯控單元

總控顯控單元由顯控系統和觸摸式LCD 彩色顯示屏組成，應用自動控制技術、計算機技術及數字化圖形顯示技術，展現整機的人機界面。進入主顯示屏界面，即可對整機和各單元的工作狀態、運行參數進行瀏覽監查。它是整機數據處理和管理控制的中心，采用本機特有的發射機綜合顯控平臺，對整機各單元發出人工指令，實時進行工作數據采集，通過RS-485 通信總線傳輸到中央處理中心進行數據分析，判斷各單元的運行狀態，給出相應的指令進行控制，并可組成“N+1”數字電視發射管理平臺系統。

4 日常維護與常見故障處理

4.1 日常維護

數字發射機的日常維護工作中有其自身的特點。數字發射機應用數字計算機技術和自動控制技術，使整機操作和監控更簡捷直觀方便，但也需要維護人員掌握更多的先進技術，對機器有更多的了解和掌握。維護人員要定時通過人機界面對機器進行巡查，查看各單元的運行狀態和參數的變化，如果發現問題要及時處理。維護人員要嚴格執行檢機制度，進行周檢、月檢和季檢，堅持使用聽、看、摸、聞的方法進行巡機檢查，認真記好巡機記錄，定期對機器進行清理除塵，每周一次小清潔，每月一次大清潔，保持各單元內部清潔，保持冷卻風道暢通；對連接電纜接頭時常檢查防止松動，對冷卻風機要定期檢查，發現問題及時更換；控制好機房溫度，最高不能超過35 ℃，最好保持在22 ℃恒溫狀態下，否則會增加機器的故障率，尤其是末級功放單元和電源單元。維護人員要定期檢查天饋線系統，尤其是雨季和惡劣天氣情況下，要經常查看饋線接頭有無滲水現象、饋線有無變形、松動和機械損傷；應每月測試天饋線駐波，保持天線駐波在1.1 以下，要對饋管充干燥空氣，保持饋管0.04 個大氣壓；每年雨季前要檢查測試天饋系統接地電阻，檢查機房接地線排安全接地情況，防止危害設備，保護人身安全。

4.2 常見故障處理

數字電視發射機由工作硬件和整機控制軟件兩大部分組成，一般情況下功放單元和控制軟件系統容易出現故障，其他單元很少出現問題。該機自投入運行以來出現過幾次故障，但總體運行平穩。

故障一：末級一路功放單元沒有輸出，整機功率下降，Po 指示燈變紅，查看監控單元顯示屏發現該路功放沒有輸出，工作電流為零。逐一將功放模塊拆卸下來放在檢修臺上，打開模塊，首先查看線路板有無異常，重點檢查測量功放電路輸入輸出連接線有無開焊燒毀現象。經查，發現模塊輸出與合成板連接線開焊燒毀，測量發現功放管BLF888B已損壞。將連接線重新進行焊接，更換功放管，加電，對靜態偏置進行調整，將機器恢復，上電試機，發射機恢復正常輸出。經分析，這次故障發生的主要原因是輸出連接線焊接時存在虛焊，長時間工作后此點接觸電阻逐漸增大發熱，最后燒斷連接線，使功放負載開路電路失配，燒壞功放管。

故障二：面板觸摸式彩色顯示屏顯示不正常，有時死屏，數據不更新，整機操作失效。經分析檢查，懷疑是總顯控單元有問題。首先檢查了控制顯示屏和總顯控單元之間的連線和插頭，沒有發現問題；然后檢查總顯控單元，發現數據傳輸指示燈沒有閃爍，斷電重啟后開始閃爍，過段時間后又停止閃爍。最后和廠家聯系，返廠重裝了軟件并進行了更新升級，排除了軟件故障。經分析，故障原因是安裝的軟件有缺陷，運行一段時間后就出現死機現象，重裝更新系統軟件后，再沒有發生此故障現象。

5 結 語

XG300UT-1KD-Ⅱ型地面數字電視廣播發射機是一款采用先進技術、設計合理、制作工藝優良、運行故障率低的數字發射機。維護人員必須熟悉和掌握機器的結構構成和原理，掌握相關的技術知識，細心維護，保持機器始終處于良好的運行狀態，以保證電視廣播節目優質播出，讓廣大觀眾收看到高質量的廣播電視節目。