中波廣播發(fā)射機(jī)的故障分析與檢修

吳海光

（作者單位：四川省廣播電視局遂寧發(fā)射傳輸臺(tái)）

隨著技術(shù)的進(jìn)步，全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)得到了大規(guī)模應(yīng)用（10 kW及以下發(fā)射機(jī)幾乎都完成了固態(tài)化）。中波廣播發(fā)射任務(wù)臺(tái)站的技術(shù)人員，日常檢修工作也由電子管發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)到全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)上來(lái)。全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)運(yùn)用了大量新技術(shù)，具有高效率、高質(zhì)量、高穩(wěn)定的特性。但是，一些平常不太容易損壞的器件（如電容）有時(shí)也會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。因此要求維護(hù)人員在檢修過(guò)程中，要足夠細(xì)心檢查，找到故障點(diǎn)，排除故障恢復(fù)設(shè)備的正常運(yùn)行。

1 營(yíng)造安全的工作環(huán)境

1.1 盡量避免遭到雷電的傷害

由于發(fā)射天線較高（一般都是70多米或更高），而且處在空曠的場(chǎng)地（是附近最高的建筑物），所以每當(dāng)雷雨季節(jié)的時(shí)候，就非常容易將附近的雷電吸引到天線上來(lái)，從而造成雷擊事件，使中波發(fā)射機(jī)的部分元器件遭到毀滅性損壞。為了有效防止這類事件發(fā)生，應(yīng)在雷雨季節(jié)到來(lái)之前檢測(cè)天線地網(wǎng)的接地電阻，保證其在正常值之內(nèi)。不但應(yīng)保證金屬放電球的兩個(gè)半圓面都是清潔的（尤其不能有銹蝕的現(xiàn)象，一旦發(fā)現(xiàn)有銹蝕要及時(shí)處理），還要保證它們的放電間隙在正常值之內(nèi)。天調(diào)室里匹配網(wǎng)絡(luò)中微亨級(jí)的電感、隔直流電容等，也要細(xì)心檢測(cè)，確保它們沒(méi)有銹蝕、開裂等現(xiàn)象的存在。

在確認(rèn)天線匹配房間里的防雷器件完好后，還要檢查中波發(fā)射機(jī)匹配箱內(nèi)的石墨放電球間隙是否在正常范圍，檢測(cè)引入發(fā)射機(jī)電源的三級(jí)防雷器件是否完好（防止雷電從電源進(jìn)入中波發(fā)射機(jī)）。信號(hào)源的防雷也不能大意，用衛(wèi)星信號(hào)作信號(hào)源的要將天線安裝在有良好防雷措施的場(chǎng)地，天線饋線最好加裝信號(hào)防雷器。用微波信號(hào)作信號(hào)源的，要盡量使用光纖傳遞信號(hào)，微波的下架（不在微波機(jī)房?jī)?nèi)的）設(shè)備供電電源最好安裝-48 V防雷器。確保以上設(shè)備都正常，能大大減少被雷電擊中的概率，從而保證安全播出工作順利進(jìn)行。

1.2 保證發(fā)射機(jī)內(nèi)部和外部環(huán)境清潔

由于全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)使用的元器件和安裝的部件都是小型的、集成化的，還有許多類型的接插件、連接線，相比電子管發(fā)射機(jī)所使用的零部件要脆弱。為避免灰塵改變電路的分布參數(shù)，從而影響發(fā)射機(jī)正常運(yùn)行，建議定期對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行除塵處理，保證發(fā)射機(jī)的內(nèi)部清潔（環(huán)境的清潔也很重要）。工作時(shí)間長(zhǎng)了以后，發(fā)射機(jī)的接插件難免氧化、銹蝕、接觸不良，從而造成發(fā)射機(jī)工作不穩(wěn)定，出現(xiàn)各種各樣令維修人員頭疼的軟故障。特別建議有條件的臺(tái)站將接插件統(tǒng)一更換，沒(méi)有條件的臺(tái)站用工具（如用橡皮等，不要用砂紙）將接插件接口打磨一新，以保證接插件接觸良好。能給中波發(fā)射機(jī)房配備空調(diào)的，盡量配備，以保證發(fā)射機(jī)房?jī)?nèi)溫度、濕度穩(wěn)定在適宜范圍內(nèi)（集成化的電子元件都有工作溫度和濕度的要求，也能延緩接插件的老化時(shí)間），同時(shí)能除去部分灰塵（空調(diào)室內(nèi)機(jī)風(fēng)扇將部分漂浮的塵土吸附在空調(diào)濾網(wǎng)上，當(dāng)然空調(diào)濾網(wǎng)也要定期清潔）。良好的工作環(huán)境將有效延長(zhǎng)發(fā)射機(jī)的使用壽命，大大降低發(fā)射機(jī)的故障發(fā)生概率，為安全播出工作打下良好的基礎(chǔ)。

1.3 加強(qiáng)日常巡視，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常

全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)中也存在大電流、高電壓、高散熱的部位，應(yīng)加大對(duì)這些地方的巡查（外觀檢查）。查看這些地方的器件有無(wú)打火、飛弧、變形、變色、冒煙、斷線、氧化等異常現(xiàn)象，散熱系統(tǒng)工作是否正常。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)處理，以避免發(fā)射機(jī)進(jìn)一步損壞。

2 PDM 3 kW全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)的故障現(xiàn)象

一臺(tái)PDM 3 kW全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)（額定輸出功率3 kW），出現(xiàn)最大輸出功率只能輸出2 500 W的故障。如果繼續(xù)按壓“功率升”鍵調(diào)高輸出功率，發(fā)射機(jī)就會(huì)出現(xiàn)自動(dòng)保護(hù)性關(guān)機(jī)。再開機(jī)，及時(shí)按壓“功率降”鍵將“增益控制輸出”電壓恢復(fù)到10 V以下（7V）（避免輸出功率過(guò)高，燒毀發(fā)射機(jī)功放）。觀察發(fā)射機(jī)的液晶顯示屏，電源電壓（225 V），電源電流為5.2 A，輸出功率為1 013 W，反射功率為0 W，沒(méi)有任何故障報(bào)警。說(shuō)明該發(fā)射機(jī)在這個(gè)狀態(tài)下工作沒(méi)有問(wèn)題，加上各功率放大器板和調(diào)制驅(qū)動(dòng)板顯示工作情況正常，表明發(fā)射機(jī)工作十分正常。但再次提升輸出功率到2 500 W時(shí)，發(fā)射機(jī)就會(huì)自動(dòng)停機(jī)保護(hù)。將該中波發(fā)射機(jī)的輸出轉(zhuǎn)接到5 kW的中波假負(fù)載上，開機(jī)調(diào)整輸出功率，再次出現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)保護(hù)故障，由此判斷PDM 3 kW全固態(tài)中波廣播發(fā)射機(jī)發(fā)生了故障。

3 PDM 3 kW全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)的故障分析

該機(jī)的故障較為奇怪（不是例行檢查時(shí)開滿功率試機(jī)，還不能發(fā)現(xiàn)這個(gè)故障），也不影響較低功率時(shí)的播出使用（能用1 kW持續(xù)正常播出）。但是，本著消除安全播出中的任何安全隱患的原則，應(yīng)將該中波發(fā)射機(jī)的故障徹底解決。

要解決故障，首先就要仔細(xì)分析產(chǎn)生該故障現(xiàn)象的各種可能。工程技術(shù)人員根據(jù)該發(fā)射機(jī)的工作原理（見圖1），再結(jié)合平時(shí)維修該發(fā)射機(jī)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了充分討論，得出PDM 3 kW全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)產(chǎn)生該故障的原因可能有以下6點(diǎn)：

圖1 PDM 3 kW發(fā)射機(jī)框圖

（1）載波信號(hào)異常，使輸出功率不能達(dá)到額定值。數(shù)字頻率合成器為發(fā)射機(jī)所需的工作載頻提供的射頻信號(hào)源，在經(jīng)過(guò)前置放大器放大后沒(méi)有達(dá)到應(yīng)有的幅度（80 V的正弦波），從而造成功率放大器不能滿功率工作，發(fā)射機(jī)的輸出功率自然也就達(dá)不到額定的3 000 W。

（2）調(diào)制脈沖信號(hào)占空比出現(xiàn)異常，從而使發(fā)射機(jī)輸出功率不能提高。輸入發(fā)射機(jī)的音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)平衡/不平衡變換后成為單邊信號(hào)，與機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的72 kHz三角波進(jìn)行電平比較后實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制，輸出隨音頻變化的調(diào)寬脈沖。通過(guò)控制可以改變與音頻相加的直流電平，即可以改變脈沖占空比，從而達(dá)到改變發(fā)射機(jī)輸出功率的目的。如果輸出的脈沖占空比出現(xiàn)異常，則發(fā)射機(jī)也達(dá)不到3 000 W的額定輸出功率。

（3）在6塊功率放大器板和調(diào)制驅(qū)動(dòng)板中有部分板子沒(méi)有工作，造成輸出功率降低。該發(fā)射機(jī)的功率放大器由6塊相同的功率放大器板構(gòu)成，經(jīng)6塊相同的調(diào)制驅(qū)動(dòng)板一對(duì)一進(jìn)行驅(qū)動(dòng)后，每一塊的功率放大器載波功率可達(dá)600 W。如果有一組調(diào)制驅(qū)動(dòng)板和功率放大器沒(méi)有正常工作，那么發(fā)射機(jī)的整機(jī)輸出功率也達(dá)不到3 000 W。

（4）發(fā)射機(jī)脈寬調(diào)制器板上的三角波幅度不正常，造成輸出功率降低。脈寬調(diào)制器板上產(chǎn)生的72 kHz三角波幅度要達(dá)到0～4 VDC，如果小于這個(gè)幅度，也有可能造成發(fā)射機(jī)輸出功率降低。

（5）監(jiān)測(cè)電路出現(xiàn)問(wèn)題，使發(fā)射機(jī)顯示錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。這種情況就是發(fā)射機(jī)實(shí)際已經(jīng)輸出了3 000 W以上的功率，但是由于輸出監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有故障，造成顯示的功率遠(yuǎn)低于輸出的實(shí)際功率。

（6）發(fā)射機(jī)的輸出匹配和調(diào)諧電路出現(xiàn)問(wèn)題，使發(fā)射機(jī)的負(fù)載變輕。輸出匹配和調(diào)諧電路中器件發(fā)生變化，功率合成器合成后的信號(hào)面對(duì)的不是標(biāo)準(zhǔn)的50 Ω負(fù)載。若遠(yuǎn)高于50 Ω的話，將使發(fā)射機(jī)的負(fù)載變輕，輸出的功率也就達(dá)不到額定標(biāo)準(zhǔn)了（具體能輸出多少功率，由變換后的實(shí)際電阻決定）。

4 PDM 3 kW全固態(tài)中波發(fā)射機(jī)的故障檢修

經(jīng)過(guò)充分分析和討論得出了發(fā)射機(jī)出現(xiàn)不能滿功率播出的6種可能，那么我們就將在實(shí)際檢修中本著先易后難，先檢查故障頻率高的點(diǎn)再查頻率低的點(diǎn)的基本原則，對(duì)發(fā)射機(jī)展開維修工作。

（1）對(duì)載波信號(hào)異常，使輸出功率不能達(dá)到額定值的這個(gè)可能性進(jìn)行檢修。首先用示波器測(cè)試“前置放大器板”的“載波輸出”波形，為正常的80 V正弦波。試著調(diào)試載波輸出電壓，當(dāng)將輸出電壓調(diào)高時(shí)發(fā)射機(jī)的輸出功率沒(méi)有變化，當(dāng)將輸出電壓調(diào)低時(shí)發(fā)射機(jī)的輸出功率也沒(méi)有變化。這說(shuō)明該機(jī)的載波電路正常，故障不在載波信號(hào)上。

（2）對(duì)調(diào)制脈沖信號(hào)占空比出現(xiàn)異常，從而使發(fā)射機(jī)輸出功率出現(xiàn)不能提高的可能性進(jìn)行檢修。再用示波器監(jiān)測(cè)“調(diào)制器板”上的脈寬調(diào)制輸出信號(hào)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)調(diào)制脈沖信號(hào)占空比為1∶2的時(shí)候輸出功率為1 000 W，此時(shí)繼續(xù)按壓“功率升”鍵使占空比不斷變大，當(dāng)輸出功率達(dá)到2 500 W的時(shí)候發(fā)射機(jī)中斷輸出（調(diào)制器板上的占空比保護(hù)電路工作，切斷了脈寬調(diào)制輸出信號(hào)）。幾秒后發(fā)射機(jī)自動(dòng)重啟，輸出降為幾百瓦的低功率（該型號(hào)發(fā)射機(jī)的保護(hù)機(jī)制是保護(hù)后自動(dòng)重啟，以低功率保持輸出）。這說(shuō)明脈寬調(diào)制輸出信號(hào)也是正常的，要將檢修的目標(biāo)放在后面的可能性上。

（3）對(duì)在6塊功率放大器板和調(diào)制驅(qū)動(dòng)板中有部分板子沒(méi)有工作，從而造成輸出功率降低的可能性進(jìn)行排查。調(diào)整“占空比調(diào)整”電位器，使調(diào)制脈沖信號(hào)占空比恢復(fù)為正常的1∶2。用示波器測(cè)試6塊功率放大器板和調(diào)制驅(qū)動(dòng)板的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)波形，各監(jiān)測(cè)點(diǎn)波形和圖紙?zhí)峁┑男螤罴胺染喾Ｓ脭?shù)字萬(wàn)用表測(cè)試功放工作電壓也為正常的82 V，顯然各功率放大器板和調(diào)制驅(qū)動(dòng)板都工作正常。

（4）對(duì)發(fā)射機(jī)脈寬調(diào)制器板上的三角波幅度不正常，造成輸出功率降低的問(wèn)題進(jìn)行檢修。現(xiàn)在懷疑調(diào)制器板上的三角波幅度不正常，從而造成輸出功率降低。用示波器測(cè)試調(diào)制器板上的三角波幅度為4 V左右。嘗試著將該幅度調(diào)小一點(diǎn)，發(fā)射機(jī)的輸出功率隨著三角波幅度的變小而不斷增大。但當(dāng)輸出功率達(dá)到2 500 W的時(shí)候，發(fā)射機(jī)還是中斷輸出停機(jī)保護(hù)。

（5）對(duì)監(jiān)測(cè)電路出現(xiàn)問(wèn)題，使發(fā)射機(jī)顯示錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的可能性進(jìn)行檢修。在以上幾個(gè)方面均沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，將故障點(diǎn)縮減到了最后兩項(xiàng)可能性上，即“監(jiān)測(cè)電路”與“輸出匹配和調(diào)諧電路”出現(xiàn)了問(wèn)題。拆下“輸出監(jiān)測(cè)板”和“輸出取樣板”，仔細(xì)檢測(cè)上面的每一個(gè)元件和開關(guān)，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。

（6）對(duì)發(fā)射機(jī)的輸出匹配和調(diào)諧電路出現(xiàn)問(wèn)題，使發(fā)射機(jī)的負(fù)載變輕的可能性進(jìn)行檢修。最后只得將目光聚集到故障率極低的輸出匹配和調(diào)諧電路上。由于沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)分析儀，只能用測(cè)試每一個(gè)元器件的好壞的原始方法來(lái)查找故障點(diǎn)。

首先檢查各電容和電感的連接點(diǎn)，看是否有燒焦和松動(dòng)的地方，經(jīng)過(guò)詳細(xì)檢查沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有任何異常。電感是較粗的銅線圈，在沒(méi)有發(fā)現(xiàn)燒焦和接頭螺釘松動(dòng)的情況下發(fā)生故障的概率很小，故將懷疑對(duì)象重點(diǎn)放在了電容上。

經(jīng)過(guò)用數(shù)字萬(wàn)用表的電容檔逐一測(cè)試，最終發(fā)現(xiàn)有一標(biāo)示為8 200 pF/4 kV（圖2中的C5-1）的電容測(cè)試容量只有3 200 pF，容量減小，判定該電容有可能損壞。由于該電容為高電壓、大功率電容，找遍周邊的電子市場(chǎng)都沒(méi)有買到，最后從生產(chǎn)廠家郵寄回一只同型號(hào)的電容后進(jìn)行了更換。更換該電容后，試機(jī)發(fā)射機(jī)輸出功率已經(jīng)穩(wěn)定在3 kW左右。經(jīng)過(guò)近10天的發(fā)射播出，發(fā)射功率沒(méi)有再出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，事實(shí)證明徹底解決了該故障。

圖2 PDM 3 kW發(fā)射機(jī)輸出匹配電路

5 故障原因分析總結(jié)

從功放母板來(lái)的射頻信號(hào)經(jīng)L7、L8及C9的耦合送到了輸入輸出網(wǎng)絡(luò)，在正常情況下從L2的左端點(diǎn)向右看其等效電阻（即RD）應(yīng)當(dāng)為：

式（1）—（4）中，電感L8的感抗為RL8=jL8，電感L7的感抗為RL7=jL7，電容C7的容抗為RC7=1/jC7，電容C8的容抗為RC8=1/jC8，電感L5的感抗為RL5=jL5，電感L6的感抗為RL6=jL6，電容C6的容抗為RC6=1/jC6，電感L3的感抗為RL3=jL3，電感L4的感抗為RL4=jL4，電容C5-1的容抗為RC5-1=1/jC5-1，電容C5-2的容抗為RC5-2=1/jC5-2，電感L2的感抗為RL2=jL2，電容C4-1的容抗為RC4-1=1/jC4-1，電容C4-2的容抗為RC4-2=1/jC4-2，角頻率=2f（f為頻率）。

從以上公式中可以發(fā)現(xiàn)，由于C5-1的容量變小使得RC5-1變大，從而使RC5-1+RC5-2變大，由于RC的大小由RL3、RL4+RB及RC5-1+RC5-2三項(xiàng)并列所得，故RC5-1+RC5-2變大也使RC變大，RD由此變大。在工作電壓平穩(wěn)之后，負(fù)載電阻增大會(huì)使流過(guò)負(fù)載的電流變小（I=U/R），從而使輸出的有效功率降低（W=U/I）。在本故障機(jī)中，C5-1從8 200 pF下降為3 200 pF，造成發(fā)射機(jī)的輸出負(fù)載變輕（負(fù)載電阻變大），從而在正常工作的狀態(tài)下發(fā)射機(jī)只能取得較低的輸出功率（本例中的1 kW）。

6 結(jié)語(yǔ)

大量的故障和維修實(shí)踐表明，保持一個(gè)良好的工作環(huán)境，是一臺(tái)中波發(fā)射機(jī)正常工作的基本需求。只有給中波發(fā)射機(jī)營(yíng)造一個(gè)良好的工作環(huán)境，它才能保證“滿功率、滿時(shí)間、滿調(diào)制度”地完成發(fā)射任務(wù)。而防止雷電襲擊，又是其中較為重要的一點(diǎn)。

在中波發(fā)射機(jī)不能滿功率工作的故障維修中，最終確定是調(diào)諧匹配電路中的一個(gè)電容容量下降導(dǎo)致。而造成電容容量下降的原因，有可能是制造的元件質(zhì)量不好，極大可能是一些小的雷擊造成該電容的損壞（曾經(jīng)發(fā)生過(guò)雷擊直接燒毀中波發(fā)射機(jī)調(diào)諧匹配電路中電容的現(xiàn)象）。

工程技術(shù)人員在進(jìn)行設(shè)備維修的時(shí)候，一定要先分析故障原因，再一步一步通過(guò)各種手段實(shí)施檢測(cè)。最終找到故障元件，完成維修任務(wù)，使設(shè)備恢復(fù)正常。切忌一上來(lái)就盲目地更換元件，這樣可能最后也不能解決問(wèn)題。即使解決了問(wèn)題，也不知道原因。下次再出現(xiàn)類似問(wèn)題的時(shí)候，還是不知道從何入手，浪費(fèi)大量時(shí)間。所以，要做一名合格的設(shè)備維修人員，就要時(shí)常總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，努力提高處理故障問(wèn)題能力，以便能更好地為安全播出保駕護(hù)航。