调频发射机2+1系统切换频率误入双工器的故障分析及处理案例

刘国玲　覃灵开（广西广播电视技术中心钦州分中心）



调频发射机2+1系统切换频率误入双工器的故障分析及处理案例

刘国玲覃灵开
（广西广播电视技术中心钦州分中心）

［摘 要］以本广播电视发射台出现过的一起因外电引起的设备技术事故为例，分析调频2+1系统发射机天线同轴切换开关同时倒换后，两个发射频率互换误入双工器而发射机未出现异常和告警的原因，实录处理该故障的方式方法。

［关键词］调频发射机2+1系统 天线同轴切换开关 双工器 3dB定向耦合器 带通滤波器

1　引言

广西广播电视钦州二四五台有一套调频广播发射机2+1系统，播出频率为103.4MHz和104.3MHz，主机均为意大利RVR公司生产的发射机（功率3kW），备机为国产凯腾KTF-Ⅲ-953发射机（功率5kW）。发射机通过双工器（全桥式多工器/10kW/50Ω）连接共用一副发射线。如图1所示。

2　故障现象

图1　调频2+1设备示意图

2015年10月的一天晚上，外电不稳定，反复停电又来电，造成103.4MHz发射机因保护而自动倒换到备机，备机和104.3主机工作正常，客户端监控电脑显示发射机工作正常，无任何告警。值班员用收音机监听两个频率的声音也都正常。收到监测中心无载波故障短信告警后，值班人员仔细检查后发现两个频率发射机的同轴开关都已经倒换，造成备机播出103.4MHz的频率误入双工器104.3MHz输入口，104.3MHz主机频率输入到双工器103.4MHz输入口。两个同轴开关倒换后连接情况如图2所示。值班人员立即人工关掉发射机，并倒换104.3MHz发射机同轴开关至主机上天线位置后重启发射机，恢复正常播出。

3　故障原因分析

出现该故障，由于发射机无异常反应，客户端监控系统也无告警，值班员开路接收信号也能听到清晰的播音（由于监控室离发射机比较近，即使发射机功率没有通过天馈线发出去，只要激励器能正常工作也能收听到播音）。如果没有故障短信告警，值班员当时根本无法发现故障。为什么这两个频率发射机的同轴开关出现同时自动倒换，而且对换输入到对方的双工器输入口也没有任何异常反应（104.3MHz主机和播出103.4MHz的备机均没有出现反射保护，同轴开关和馈管也没有发热现象）？而且监控系统显示也正常？经核实，监测中心的无载波短信告警不属于误告警。既然无载波通过天馈线发出去，又没有功率反射回来，那么发射机播出的功率去哪里了呢？没有亲眼目睹，简直不敢相信！通过认真分析，并进行试验、检查和测试，寻找出了故障发生的原因。

图2　调频2+1发射机示意图（两个同销开关倒换行）

（1）外电不稳定，两部RVR主用发射机都出现保护而自动试图倒换到同一部备机，这是发生故障的前提原因。

由于这两个频率发射机是2+1系统，只有一个备机，当两部主机都同时发生故障而倒换用备机时，只能满足一部主机的倒机要求。一般情况下，哪部主机抢先倒换到备机后，另一部主机需要倒换到备机是不可能实现的。但是在极端情况下，外电不稳定且反复停电来电，停电来电的时间刚好干扰了两部主机设备倒换到备机的检测时间，造成控制系统发出错误指令，变成两部同轴开关都发生倒换（如图2所示）。从图2中可以看出，103.4MHz主机首先倒换到备机，控制系统对备机发出指令播出频率为103.4MHz并且正常上功率。如果104.3MHz发射机同轴开关没有倒换，那么103.4MHz发射机同轴开关倒换后，103.4MHz主机接到假负载，播出103.4MHz的备机功率接本双工器正确从f1输入。但是，另一部主机（104.3MHz）同轴开关因接受错乱指令也跟着倒换后，就造成这样的后果：播出103.4MHz的备机功率接另一个双工器接口错误从f2输入，同时104.3MHz主机功率改从另一接口经过103.4MHz同轴开关接双工器接口错误从f1输入。也就是造成了调频2+1系统发射机频率对换误入双工器输入口的情况。

（2）调频双工器参数变动，发射机输出功率能够从非本频率功率输入口进入双工器，发射机反射功率不大而没有保护关机。这是值班人员不容易发现故障的原因。在此，笔者先从多工器的结构和原理入手，分析多工器参数变动以及变动后发射机没有出现异常的原因。

a 双工器的结构和原理。

由于我台调频广播节目不断增多（至2014年增加104.3MHz广播节目为止，我台一共有7套调频广播节目），为了节省发射天馈系统的投资，采用的办法是使用多工器（将多个不同频率合成后使用一副天线的设备，称为多工器）。桥式双工器是利用两个3dB定向耦合器和两个带通滤波器构成的，也叫恒定阻抗桥式双工器。我台利用两组桥式单元把103.4MHz和104.3MHz两个调频合成使用一副天线（附双工器实物图3）。

图3　双工器实物连接图

如图1所示。输入f1（103.4MHz）的桥式单元A由两个3dB定向耦合器（D1、D2）、两个带通滤波器（B1、B2）、吸收负载R以及相互连接的同轴馈管构成。射频信号f1由D1的1端输入，在3端和4端形成功率各一半的输出信号，其中3端与1端同相，4端的相位比1端滞后90°，两路信号通过带通滤波器B1、B2到达3dB定向耦合器D2的5端和6端，由于6端和8端同相，5端经过90°延时到达8端，对于f1的两路信号在8端正好同相合成。

输入f2（104.3MHz）的桥式单元B由两个3dB定向耦合器（D1’、D2’）、两个带通滤波器（B1’、B2’）、吸收负载R以及相互连接的同轴馈管构成。射频信号f2 由D1’的1’端输入，同理，f2的信号经过D1’、B1’、B2’、D2’在8’端正好同相合成。

从8’端输出的信号到达7端。而在7端，已经延时90°的6端信号经过3dB定向耦合器D2后再延时90°，共计180°，与由5端过来的未延时的f1信号正好反相抵消，因此f1在7端没有输出。

信号f2从8’端输出到达7端输入D2，在5和6端输出两路各一半功率的f2信号，在B1、B2的输入端被全反射回D2，由于相位的关系，在8端两路信号被合成为f2，于是，在D2的8端，f1与f2被合成。

b 双工器参数变动以及变动后发射机没有出现异常的原因。

从双工器的结构上寻找变动的原因，主要从两个方面入手：一是3dB定向耦合器各接触面及紧固件是否接触、紧固良好；二是检查带通滤波器滤波腔口钢螺杆和镀银铜带的位置是否变动。根据现场检查，3dB定向耦合器的连接紧固没有问题，而带通滤波器滤波腔口钢螺杆有松动现象。技术人员用矢量网络分析仪接入桥式单元A的1端口（103.4MHz功率输入口）进行测试，驻波比（曲线）如图4所示。

从曲线中看出， 103.4MHz频率（4号标位）的驻波比为1.13，而104.3MHz频率（1号标位）的驻波比为1.06。104.3MHz发射机功率误入1端口能够更好地通过桥式单元A而没有反射。

接入桥式单元B的1’端口（104.3MHz功率输入口）进行测试（曲线图略），103.4MHz的驻波比稍大，但是由于国产备机对功率反射保护没有RVR发射机灵敏，所以播出103.4MHz的备机没有出现反射保护。103.4MHz功率能够从f2输入口误入，通过桥式单元B的8’端口输入到7端口后，输入D2，在5和6端输出两路各一半功率，大部分进入带通滤波器B1、B2 （因为B1、B2允许103.4MHz频率通过），进入3、4端口，在2端相加而被吸收电阻R吸收。这就是为什么103.4MHz的备机功率能够正常工作却出现无载波短信告警的原因。

图4　双工器参数变动后的电压驻波比

根据上述的检查情况得出结论，双工器的参数已经发生变动，影响双工器参数变动的原因，主要是因为长时间使用，加上机房的震动，造成带通滤波器滤波腔口钢螺杆和镀银铜带的位置已经偏移。滤波腔口钢螺杆上下移动会改变谐振腔的谐振频率，镀银铜带的上下移动会改变耦合环的位置，从而改变谐振腔的带通特性。

c同轴开关与发射机没有联锁功能（属于系统设计缺陷），两个同轴开关同时倒换后，发射机不在同轴开关天线状态的位置也能输出功率，这是发射机频率对换误入双工器的原因。

d 共用一套调频桥式双工器的两个频率相距太近（103.4MHz和104.3MHz两个频率相差只有0.9MHz），这也是发生故障的原因之一。对于这种桥式双工器，由于有3dB定向耦合器和带通滤波器的共同作用，从理论上说，两个频率间隔可以做得比较小而仍可以获得较高的隔离度。但是，由于外界因素的影响，双工器的隔离度容易变差，因此就容易发生此类故障。

4　处理办法

经过以上故障分析，找出故障原因后，做出以下处理办法：

（1）重新调试双工器参数。根据上述双工器参数变动的原因，对滤波腔口钢螺杆和镀银铜带的位置进行调整。使用矢量网络分析仪，将分析仪的中心频率设定为带通滤波器腔体的工作频率（以104.3MHz为例），在显示器上观察反射特性和传输特性两条曲线，调整滤波腔口钢螺杆的长度，改变谐振腔的谐振频率，使滤波器谐振在所要求的工作频率上；抽送镀银铜带改变耦合环的位置，改变谐振腔的带通特性。通过调整后，得到反射特性和传输特性曲线如图6所示。104.3MHz频率的反射损耗为-29.66dB，达到指标要求（一般要求优于-26dB）。

图5　反射特性曲线和传输特性曲线

（2）在两部主机RVR发射机上都增加同轴开关与发射机互锁功能。如图7所示，将同轴切换开关控制器背面的6端口（发射机联锁）接到RVR激励器背面的4端口（INTERLOCK）。正常情况下，发射机主机连接同轴开关的天线状态，功率正常输入双工器上天线播出。如果同轴开关不在天线状态（不到位或倒转），该控制器背面的6端口接地，通过连接线激励器4端口也接地，禁止激励器功率输出。增加该互锁功能后，在103.4MHz发射机同轴开关倒换用国产备机播出的情况下，能防止104.3MHz发射机同轴开关倒换后仍然上功率播出并误入双工器输入口的情况发生。

5　结束语

以上是对本广播电视发射台发生的一例播出事故进行的分析讨论，能从中吸取经验教训，通过完善天线切换开关互锁功能和重调多工器参数并锁牢可调器件，能有效地防止类似事故再次发生，保证广播电视安全播出。

图6　同轴开关与发射机互锁连接图