广播电视固态发射机原理及维修研究

姬 茹

（山西省广播电视局中波台管理中心，山西 太原 030001）

0 引 言

实际调研发现，广播电视固态发射机在运行中很容易出现多种故障，如输出功率过低、信号程序异常、供电环节异常以及参数值不准等。为有效处理这类故障，技术人员必须了解广播电视固态发射机的原理，准确判断故障源头，这正是本文研究的关键所在。

1 广播电视固态发射机原理

1.1 整体结构

作为信息调控设备，广播电视固态发射机拥有大量“串联”固态发射模块，本质上属于微波集成电路。特定时期，固态发射频率的综合调控可基于微波集成电路完成，多个微波功率器件或低噪声接收器能够实现微波的接收和传输。

1.2 硬件组成

广播电视固态发射机主要硬件包括功率激励器、功率放大器、供电控制系统、冷风系统、无源部件以及计算机监控系统等。无源部件和功率放大器负责功率调节，功率激励器负责信号传输和接收，供电控制系统、计算机监控系统冷风系统承担运行状态监控和频率信号处理。在主控系统的控制下，三者可基于程序要求对单片机及功率调节进行控制[1]。

1.3 程序调节结构

广播电视固态发射机存在综合性程序调节结构，这使得其能够通过功率传导体系对频率信号结构进行调控、合成，由此，传导的信号多具备稳定性的特征。对属于应用型功率管理结构的固态发射机功率连接模式来说，功率放大单元可实现接收信号的强化，更持续、稳定地开展信号传导。通过功率二合成器、平衡放大器，固态发射机能够实现功率效率调节，同时具有线性高、增益高的特性，信号传输故障能够得到有效预防[2]。

1.4 典型构成

以某广播电视发射塔设置的广播电视固态发射机为例，发射机型号为北广TF520-10KW，具体由总控制箱、中间放大器（300 W）、激励器（30 W）、五分配器、末级耦合器（3 dB）以及不平衡吸收负载组成，基于功放盘（1 kW）和五分配器组成左右机柜，4块300 W功率模块组成功率放大器，各模块可实现 300 W功率独立输出，放大器在频率改变时无需调整。

在正常运行过程中，放大器（300 W）负责放大激励器送来的射频信号，需要将通过低通滤波器的300 W功率1分为2，该工作由耦合器（3 dB）负责分配，2路信号存在90°相位差，每路进行 150 W输出，送至五分配器（10 kW）实现对10个功放盘（1 kW）的激励，各功放盘设置有4个放大模块，放大模块中设置有MRF151G场效应管，能够实现300 W功率独立输出。放大器（1 kW）输出功率回到五合成器，两个5 kW功率输出可由此分别合成，之后存在90°相位差的机箱顶部耦合器（3 dB）完成10 kW功率合成，最终向天线输出[3]。

2 广播电视固态发射机维修方法

2.1 输出功率过低问题

在固态发射机与外部结构发生信号传输变化时，激励器存在同时发生变化的输出功率，如调控方未能基于固态发射机输出功率变化而变化，则说明存在输出功率过低问题。处理输出功率过低故障时，需结合整体结构，综合检验功率传输情况，如发现传输功率和输出结构正常，可确定传输结构的故障并不严重，仅需要对发射功率进行调节。具体维修过程中，需要检测各个信号转换装置的功率，对比标准值，有效分析输出线路的故障问题。进行局部电阻检验也能够发现相关异常，检验需围绕功率传输线路的测试部分展开，更换功率异常元件，完成程序连接后重新启动程序，即可解决故障。

2.2 信号程序异常问题

信号传输问题在广播电视固态发射机运行中也较为常见，如发射机发出的信号可识别度较低，或信号断断续续、阶段性传输。针对这类故障的维修，需要从外部元件检测入手，如发现发送部分强度不够、外部故障受损等情况，即可确定信号程序存在问题。可通过信号调节方式处理故障，如对硬件问题处理采用局域性调节方法，可对初始信号强度进行调节，将“较大”强度向“居中”调节，同时一周期30 min的信号传输时长可以调整为45 min，通过减弱信号传输强度并延长信号传输时长，可有效解决外部元件异常故障[4]。针对信号放大程序异常的处理，需分析阶段性信号传输稳定性，充分应用内部信号操控模式。对于信号传输不完整、信号传输强度不足问题，可应用信号模拟处理模型检测信号的完整度，检测对象为信号的各部分传输渠道。对于接收到外部信号的内部程序，如存在较低的信号稳定性，可开展“部分性弥补”，具体需要在多次信号转换期间进行。

2.3 供电环节异常问题

信号传输期间，广播电视固态发射机的供电环节异常故障也较为常见，这会导致运行功率不稳定，也可能出现损坏电缆传输体系的情况。对供电环节异常进行处理，需要检测电源连接情况，检查是否有电源插头接触不良、局部电源插头裸露、电源插头连接不当等问题。针对断电的固态发射机，还需要对供电线路畅通性进行检查，这能够及时发现线路交叉干扰、混路等问题。

2.4 参数值不准确问题

实际运行过程中，广播电视固态发射机的信号稳定性需要得到冷风系统、供电控制结构、射频结构、计算机监控系统、信号单元性放大程序等环节的支撑。但在具体传输过程中，某些信号与局部线路间存在排斥，因此会产生参数值混乱的情况，进而影响正常运行。对于参数值不准确问题，需聚焦传输环节对固态发射机开展综合调控，日常调频处理过程中要严格完成各部分参数标记。如果日常传输信号过程出现参数值不准确问题，这类故障可应用间断性信号波测定调整法进行处理。

2.5 输出功率为零问题

一般广播电视固态发射机可发射10 kW的正常信号传输功率，且传输功率可基于自动化控制单元进行自主调节，因此信号传输期间需要保持 10 kW的单元结构整体信号强度。但如果发送信号过程存在异常的射频数据输出输入，或存在信号状态不好的局部电路元件，10 kW的数据功率状态保持将无法实现，甚至可能出现信号输入、输出功率为零的现象。为解决输出功率为零故障，需要关注阻抗变换器，如输入端的阻抗变换器电阻较大，单元内传输的电流值和电压值会随之减少，由于固态发射机采用阶段性信号传输方式，信号传输过程会出现为变为零的功率，因此可以直接调节阻抗变换器电阻，恢复其传输功率。处理射频问题时，射频调控线路连接不当也可能导致输出功率为零，因此需要对相关线路展开检查，必要时还需要逐一检查固态发射机线路，及时发现和处理断路、短路等问题[5]。此外，还需要做好线路部分阻抗模块的测试，及时发现和处理“排异”问题。

3 实例分析

3.1 案例概况

以某广播电视发射塔为例，该广播电视发射塔设置的广播电视固态发射机存在较高集成度，型号为TF520-10kW，存在48～50 V的漏极工作电压，且全频段内拥有17 dB以上增益。

3.2 故障现象分析

在例行维护时，广播电视固态发射机（备机播出）5号功放盘在一段时间开机加功率后出现功率突然减小的情况，此时外部供电源正常，为明确具体的功率数值变化，对比中央控制单元显示的功率数值发现，相较于其他9个功放盘，5号功放盘的功率数值仅有正常情况下的一半。左右机柜相位因5号功放盘故障出现不平衡，广播电视固态发射机随之出现不平衡的输出功率，整机功率输出值大幅降低。

3.3 故障原因分析

广播电视固态发射机曾出现过类似的功放盘故障，3个功放模块设置于功放盘内部，负责提供48 V直流电压，由于存在分压供电，双面电路板PS导孔（4个）虚焊，功放模块中个别放大管无法正常加电，导致功放盘出现内部输出功率不平衡问题，功放盘整体功率因此下降。对于上文提及的故障现象，技术人员认为可能存在同样的故障原因。但在无功率加电静态测量5号功放盘四个模块的漏极电流、漏极电压、功率后，输出功率基本相同，且4个模块的漏极静态工作电流、漏极电压相同，分别为50 mA、 48 V，4个模块的放大管同时存在处于2.3～2.6 V区间的静态直流工作电压。结合动态加功率测试结果可以发现，仅有5号功放盘电流不正常，因此可将电源供电问题大致排除，放大管故障的可能也可同时排除，这是由于放大管存在故障会导致输出功率出现较大变化，也可能出现无功率输出情况。

结合广播电视固态发射机原理分析可以确定，如放大器（300 W）或激励器出现故障，所有功放盘的功率输出均会受到较大影响，这与上述故障现象差异较大，因此可将二者故障的可能性排除。五分配电路设置有调相电路，该电路由微带线、电容、电感组成，负责对存在离散性的五路放大电路不平衡进行补偿，带感电路在出厂时的调整较为细致，基本不可能出现故障。为排除射频电缆和5分配器故障，采用对调正常功放盘和故障功放盘的方式进行对比，发现5号功放盘故障仍存在，因此可排除射频电缆和5分配器故障。值得注意的是，为实现类似故障排除，单纯调换射频电缆的故障查找也是常用方法，但该方法可能因射频电缆接地不良、虚焊导致故障误判，这会导致维修时间大幅延长，停播隐患也会随之加大，因此需谨慎应用调换射频电缆的故障查找方式。

在排除信号放大流程和供电电源出现故障的可能性后，为明确故障原因，需要对功放盘内部进行检查。功放模块（300 W）电路由放大管、输入匹配电路、栅极偏置电路、输出匹配电路组成。结合故障表现和电路组成，可将盘内放大管故障可能性排除，由于工作电压降为正常情况下的1/2，因此可确定存在过小的功放盘信号输入端电压，需要对由不平衡电阻和微带线组成的功放盘信号输入端电压不平衡匹配分配回路进行检查[6]。

3.4 故障处理

结合上述故障原因分析可以发现，如果二分配器中的100 Ω/250 W不平衡吸收电阻在合成电路中出现故障，这种不平衡吸收电阻会导致二分配器对应功放模块射频功率降低，进而导致射频功率输出出现显著差异，而通过测量获取的四路模块输出功率基本相同，可以确定，对应的不平衡吸收电阻未出现故障。如二分配器中的100 Ω/50 W不平衡吸收电阻出现异常，功放模块同样会受到该不平衡吸收电阻影响，引发故障问题，通过对电阻进行更换，重新测试，可以确定，换下的电阻存在故障，导致电平产生波动。对该不平衡吸收电阻进行更换后，故障顺利排除。

4 结 语

广播电视固态发射机很容易在运行中出现故障。本文涉及的输出功率过低、信号程序异常、供电环节异常、参数值不准确、故障实例处理等内容，直观地展示了可行性较高的故障处理方法。为更好地保证广播电视固态发射机地稳定运行，对信号放大流程的深入研究、发射机运行状态的实时调控，同样需要得到重视。