大同中波台全固态中波发射机驻波比故障浅析

陈 亮

(大同中波转播台，山西 大同 037010)

全固态中波广播发射机以其效率高、运行稳定、维护成本低、工作状态可靠等特点大大地节省了发射台的日常运行成本,减少了对能源的消耗,提高了广播发射的播出质量,发射设备播出的停播率得到相应的降低,机房工作人员的劳动强度相对得到了降低。 但也使的在对日常的值机维护中容易疏忽一些软故障发生的处置。本文重点解析了大同中波台运行的哈尔滨广播设备厂生产的全固态数字调制10 kW中波广播发射机日常运行中发生带通VSWR和天线VSWR故障成因,原理和解决的方法,旨在能够在日常工作中加强对带通VSWR和天线VSWR故障的重视,提高设备运行稳定度和可靠性。

中波广播作为大众传播最早的传输手段,伴随人类已经有近100多年,其发射工作原理至20世纪80年代一直没有大的改变,一直沿用四极电子管模拟调制。20世纪80年代以后,无线电元器件制造技术的发展发生变革后,即小型化和高集成化,特别是数字技术、计算机技术的出现促进了新材料、新元器件的发展,促使中波发射技术发生了彻底的变革,由模拟调制发展到了数字调制,发射设备也逐渐集成化、数字化、固态化[1]。从2000年以后大同中波台中波发射机由过去的大型的电子管发射机向全固态发射机全面更新升级,截止到2005年所有转发节目的发射机全部实现了固态化。

1 天线零位和带通滤波器故障的原理

大同中波台使用的是哈尔滨广播设备厂生产的10 kW全固态中波数字调幅广播发射机, 该10 kW全固态中波数字调幅广播发射机对于检测带通VSWR和天线VSWR故障的电路是在输出监测板上,输出监测板能在发射机带通滤波器/输出网络、天线系统或连接到发射机输出的负载发生拉弧、故障或阻抗变化时检测出故障信号。其中发射机电压驻波比故障的检测和处理对发射机的保护起到至关重要的作用。如果电压驻波比不正常现象被检测出来,功率放大器模块马上被关闭,同时“同步”电路被启动。这可以在电压驻波比过高关闭功放期间保护功率放大器模块上的场效应管。同时在监测显示系统终端上电压驻波比故障指示灯闪烁,如果在大约20 ms内连续发生电压驻波比异常的情况,故障指示灯就会变为红色,发射机的输出功率开始下降[2]。如果发生故障的发射机长时间运行在反射功率过高的状态下,就会使场效应管的功耗增加,形成倒送电压与发射机激励电压的叠加[3],从而导致大批场效应管损坏。这也是我们在日常值守维护工作中应该密切关注的原因。

2 天线零位和带通滤波器故障的成因及解决办法

发射机日常运行中,经常会发生因外界温度变化、雷雨天气、大风天气造成的发射天线局部环境的变化,发生发射机驻波比故障,从而引起发射机功率频繁降低的现象。由于采用了浮动载波技术,使得在值机过程中对于发射设备降功率现象不太敏感,出现次数多了会对值机人员产生麻痹思想,严重的影响了播出质量。对于出现这种情况如无其他因设备元器件损坏而引起的驻波比故障、功率降低现象的发生,我们可以适当的调整输出监测板上的天线门限值,即提高门限宽度,使一般情况下发生元器件非损坏性驻波比故障时,故障取样电压在门限电压额定范围内。因为差分比较器N1的反向输入端是由天线电压驻波比相位检波器输出的电压驻波比故障信号电压送到的,由R11和R15设定在一个基准电压值输入到差分比较器N1的同相端,正常时差分比较器N1同相端的参考电压高于送到差分比较器N1的反向端的电压驻波比故障信号电压,这时差分比较器N1-7的输出为高[4]。发射机处于正常工作状态。当电压驻波比参考电压低于故障信号电压时,差分比较器N1的输出端就立刻由原来的高电平改变为低电平[5]。同时调制编码板收到该信号,发射机的所有功放模块收到关闭信号,以此来保护发射机。对于电压驻波比故障不连续发生的,每次只是瞬时关功放(“负载电压驻波比故障”关闭14 ms,“输出网络电压驻波比故障”关19 ms),并且切换射频驱动信号和使状态面板上相应的故障指示灯变红0.5 s,外部接口上相应的状态输出高电平0.5 s。当驻波比故障出现连续时,超过比较值时,降功率命令将会发出,并进行锁存显示。如图1。

因为由差分比较器N1,+5 V电源,电阻R11和电位器R15构成了电压驻波比故障判断电路,其中+5 V电源连接在R11和R15串联后的电路中,差分比较器N1正相端参考电压的大小的调整可以通过改变电位器R15的大小来实现。具体办法是:调节天线门限N1-3或N4-3的门限电压。首先1) 测量天线门限电压N1-2或N4-2脚电压值;2) 测量天线门限电压N1-3或N4-3脚电压值;3) 调整N1-3或N4-3脚电压值,使其有一个比原值大的门限宽度,但不能超出其最大电压值。此办法只有在机器相对稳定状态下,由外部环境影响较大的情况下所采取的措施。

图1 驻波比分析电路

3 天线零位和带通滤波器故障部位的分析方法及流程图

通过长期对发射设备运行状态和实时显示数据的观察和分析研究，总结概括如图2。

图2 驻波比故障判断流程图

当发射机发生驻波故障时,可以通过观测监测终端显示器上天线零位和滤波器零位上的显示数据,来分析判断出故障大概出现的部位。在日常发射设备运行中监测到监测显示屏上天线零位数值偏大而且滤波器零位的数值也偏大的情况下,那么就应该考虑可能在天馈线、天调网络有故障或连弧现象的出现;同样在日常发射设备运行中监测到监测显示屏上显示天线零位正常而滤波器零位数值偏大的情况下,那么故障一般出现在输出网络上,可能是网络失谐,失调或打火现象引起的。由于10 kW中波发射机一般一天24 h运行且常年工作在高电压、大电流环境下,加上网络元件的内在质量以及外界因素造成的破坏,及易受外界温度的变化而发生改变,从而在一定程度上会引起天馈线的阻抗参数的变化,引起系统的失谐失配。当原有匹配条件被破坏时,就会在系统内产生电压驻波比(行波系数下降)[2]。发生了这种故障,应对元器件进行适当的调整与更换,以根据天线零位的改变的状态为依据,来确保天馈线系统时刻处于良好的匹配。此外,发射机的天线电压驻波比会随着天气气候的变化而发生变化,尤其在打雷、下雨、刮风等天气的出现,适当的降低其发射机的输出功率,减少其因环境变化而引起的影响,在天气状况有所改善后,再恢复到正常状态中。除去上述原因影响外,如有连接点黏连或接触点接触不好、滋火,电容量发生变化,绝缘材料绝缘度下降及网络线圈短路、断路等现象发生在发射机后级的输出网络线圈上,也可能会引起故障[6]。因此要注意平时的维护检修工作,通过观察发射设备元器件是否有过打火、松动等现象来减少产生故障的因素。

综上所述,我们知道10 kW全固态数字调幅广播发射机虽然具有高功率,高效率等显著特点,但在长期运行的工作环境下,受到自然因素,维修、维护是否细致到位的人员因素等影响,仍然会出现各种各样的故障。在这些故障中相对于一、二类故障的出现,天线零位和带通滤波器故障等三、四类故障的出现更容易引起那些在一线工作的值机员的疏忽大意。因此这就要求常年工作在广播发射设备的机务工作者应积极开展预防性维护和维修、日常性维修与重点维修。在日常工作中多观察,多积累,把每次出现的故障记录在册,总结经验,以此来养成良好的工作习惯,为我们的广播事业更好的发展贡献自己的力量。

[1] 田军.DAM型10kW中波广播发射机驻波故障研究[J].科学与财富，2016(2):460-462.

[2] 陈晓卫 蒋泽汉.全固态中波广播发射机使用与维护[M].北京：中国广播电视出版社，2002 .

[3] 张志斌.浅析10kW TSD-10中波广播发射机的故障处理[J].西部广播电视，2013(7x):141-142.

[4] 滕伟.DAM全固态中波发射机电压驻波比电路原理及故障分析[J].视听界：广播电视技术， 2012(2):53-54

[5] 张延峰.DAM10kW中波发射机天线驻波比检测电路原理及实践[J].内蒙古广播与电视技术，2012(3): 56-58.

[6] 王民建.DCM型10kW数字循环调制中波发射机电压驻波比电路原理及故障分析[J].西部广播电视，2014(22):176-177.