北广ZF-50A中波发射机射频电路工作原理与故障维修

【摘要】北广ZF-50A中波发射机是在引进HARRIS公司DX系列基础上改进型产品。该机型具有性能稳定、调制线性好、工作效率高、非线性失真小、保护功能完善的优点，被广泛应用于国内各大、中功率发射台。目前，该机型普遍到了故障高发期，维修实践表明，该机型射频部分的故障为多发故障，也是维修的难点。本文对此机型射频部分的工作原理进行了剖析，并对射频部分的故障检修要点进行了论述，希望能为中波发射台的技术同行提供借鉴。

【关键词】中波发射机；射频电路；工作原理；故障维修

中图分类号：TN92 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.18.011

北广ZF型系列中波发射机包括10 kW、50 kW及100 kW几种功率等级，虽然功率等级不同，但整机电路大致相同，不同之处在于功放部分。该机型2010年前后开始投放市场，目前已进入故障高发期和维修期。故障原因多数是因为元件参数变化、功能板块性能变差引起的。由于射频部分各级之间存在很大的关联性，故障维修时需要对电路组成及工作原理进行逻辑分析，因此，掌握射频部分的电路组成和工作原理，有助于提高技术人员的维修技能。本文以北广ZF-50A中波发射机为例，对典型的DAM 10 kW中波发射机射频部分的电路组成、工作原理、常见故障原因及故障检修要点进行了详细的剖析论述。

1. 射频部分工作原理

ZF-50A中波发射机射频部分的作用是对射频功率进行放大，在数字调制信号的作用下，产生调制包络信号。射频电路包括：振荡板、缓冲放大器、前置放大器、射频驱动器、驱动电源调整器、射频分配器、功率放大板和带通滤波器、输出调配网络。ZF-50A中波发射机射频部分电路组成如图1所示。

1.1 振荡器

振荡器的作用有三个：一是产生发射机所需的载频信号；二是实现内外激励信号的切换；三是为驻波故障提供保护，避免驻波故障损坏更多的器件。

载频信号产生电路由单频温补振荡器、分频器组成，通过分频调整，可产生525～1605 kHz范围内所有中波频率信号。内外激励切换电路具备手动切换和自动切换功能。为了实现同步广播，一般情况下，将外部激励信号作为主用信号，当外部激励出现故障时，才使用本机激励信号。当发射机偶尔出现驻波故障时，振荡器封锁激励信号输出，后级所需的激励信号由射频功率合成器取样并衰减后的激励信号替代，这样做可以在一定程度上保证功放部分不被驻波故障损坏[1]。

振荡器电路电源为+22 V，由低压电源分配板提供。振荡器电路板上的单频温补振荡器工作电压为+12 V，此电源由独立的电源供电，只要发射机低压电源开关合上，单频温补振荡器就会有+12 V电源供电，目的是确保振荡频率的稳定性。

1.2 缓冲放大器

ZF-50A中波发射机缓冲放大器安装在推动合成母板上。其作用是将振荡器送来的4～4.5VP-PTTF信号进行放大。内部包含三级放大电路，第一级由集成电路DS0026的一半组成，可以将4～4.5VP-P信号放大到15VP-P；第二级与第三级放大电路由V1、V2、V3、V4及外围元件组成，输出0～30VP-P的近似正弦波信号，经输出调谐电路到前置驱动板的输入端。

缓冲放大器板上有三路供电保险，其中F3为30VDC供电保险，为缓冲放大板工作电压。F1、F2分别是预推动放大器上A、B两半桥的供电保险。当缓冲放大器板损坏时，会造成无射频信号输出或波形失真故障，如果无射频信号或射频信号减小，故障检测电路会给出“缓冲放大器故障”报警显示；如果输出的波形失真，会造成欠激励故障或A/D转换错误故障[2]。

1.3 前置放大器

前置放大器也称预推动放大器，使用了整机143个可以互换放大板中的其中一个。前置放大板的作用是对缓冲放大板输出的信号进行放大，确保输出的信号能推动14个驱动放大板。输出的信号经串联调谐网络送到驱动级，调节调谐网络中的L1级配套电容可使输出幅度达到最大。前置放大器的电源为60 V，60 V电压经可调电阻R1后为前置放大提供电压，适当调整R1，可调整输出信号幅度大小。

1.4 射频驱动器

射频驱动器由D1～D7、D8～D14十四块功放板组成，其作用是对前置放大器输出的信号进行放大，放大后的信号经射频推动分配器送往末级功放。为了方便输出幅度的人工调整和自动增益调整，驱动级的D8电源由驱动电源调整器提供，根据驱动级输出信号变化情况，D8的电压在0～115 V之间变化，可以保证功放级激励信号的稳定，确保证发射机不会出现过推动或欠推动故障发生。其他13块驱动放大器电源为固定的+115 V。

1.5 自动电源调整器

推动电源调整单元包括一个印制板和一块散热器。印制板通过绝缘衬垫固定在散热器上。电路中的功率MOSFET管固定在散热器上。推动电源调整固定在右壁上，并且被一透明的安全罩覆盖，防止工作人员误碰而引发安全事故。

推动电源调整器虽然只是射频部分的供电电路，但其与射频部分能否稳定的工作关系很大。上述已经提到过，射频驱动器里面的一块放大板的电源是由推动电源调整器提供的。当发射机供电电压变化时，为了保证末级功放输出幅度的稳定，从射频推动分配器上取出一部分射频信号到推动电源调整器的闭环调整端，射频取样信号经V1-V4滤波再经R8分压后送到由N2A组成的差分放大器，在闭环状态下，当射频取样信号分量变大时，N2A输出越小，迫使场效应调整管V19导通能力减小，1 A端为驱动放大器提供的电压也随之减小，由于驱动放大器电源减小，输出的幅度相应减小，反之则增大，从而实现自动增益控制的目的。闭环状态下调整R12可以调整驱动器电源大小；开路状态下调整R2可以调整驱动器电源大小[3]。

1.6 射频推动分配器

射频驱动器输出的信号经激励合成母板送到射频推动分配器上耦合器的初级，耦合器次级为功放级提供256路激励信号，256根等长度信号线到功率合成母板，每一束线为4块末级功放提供激励信号。除此之外，还有三路激励信号，一路到驱动电源调整器，为调整器提供自动增益控制信号；第二路到模/数转换板，为模/数转换提供同步信号；第三路到射频激励故障监测电路，实时监测激励信号是否正常，当出现驱动不足或欠驱动故障时，发射机采取相应的保护措施[4]。

1.7 功率放大器

北广ZF-10A中波发射机功放电路是由128个独立的放大模块组成。每一个功放模块都是一个丁类放大器，全部工作在开关状态，从射频推动分配器来的256个激励信号分别输入到128块功放板场效应管的正、负激励端，在调制信号的作用下，对激励信号进行放大，由于调制信号是受音频信号大小控制的，所以在功放的输出端，输出随音频大小变化而变化的包络信号，包络信号经功率合成器合成后送往滤波调谐网络。功放电源为+230 VDC，由保险板组件A24提供。

1.8 射频功率合成模板

射频功率合成母板的作用是装配功放板，与合成器一起完成对功率信号的合成。合成器实际上是一根串有128个磁环的铜杆，铜杆相当于次级，算作一匝。每一个射频放大器的输出均连接到铁氧磁环变压器的初级。所有功放模块的输出在次级（铜棒）中相加，合成器末端阻抗大约为8 Ω。当发射机满功率50 kW工作时，合成器次级总电流大约为40 A。

1.9 带通滤波器及输出匹配网络

带通滤波器和输出匹配网络一起安装在射频输出槽路上。滤波电路的作用是滤除发射机在调制过程中产生的杂波信号，确保发射机的信噪比；匹配网络的作用是将功率合成器输出的低阻抗（约8 Ω）转变成高阻抗（约50 Ω），实现与输出馈线的匹配。另外，输出网络还包括射频采样电路和VSWR过高保护电路。

1.10 输出检测电路

由于天馈线系统在室外，有很多不确定因素造成驻波比变化，较大的驻波反射会造成发射机工作不稳定甚至损坏功放器件，为了避免这个问题，从输出槽路上采集射频信号，利用射频信号电压和电流变化情况来判断射频信号输出是否正常，如果反射过大，发射机自动采取降功率或关机操作处理，避免损坏功放器件。驻波故障监测与处理由输出监测板A27完成。

2. 射频部分故障检修

2.1 射频故障成因分析

DAM中波发射机属于外引进型产品，发射机无论是外观、电路和性能可以说都是比较先进的，原装的Harris DX系列发射机故障率很小，有些原装发射机已连续工作20年不出任何故障。产生故障的主要原因是装配工艺问题和元器件质量问题，国内生产DAM发射机的厂家很多，为了节约成本，装配工序不够严谨，采用的元器件质量良莠不齐，特别是一些插接件、可调器件和电容器件，质量不过关，在使用几年后，元件接触不良、参数变化，引起各种故障出现。射频部分故障多数是软故障，表现为时好时坏，还没来得及检修，故障又会消失，或者是出现热故障、冷故障等不确定性故障，给故障的排查带来麻烦。

2.2 射频故障检测方法

射频部分出现故障时，一般情况下发射机面板都会有相应的故障指示，可以根据故障显示情况有针对性地进行排查。故障排查的主要方法是检测各个功能电路上的波形和电压，这也是DAM中波发射机最有效的检修方法。一般情况下，某一级电路出现问题时，输出波形一定会变大、变小或者失真，变大变小的原因一般是电路工作状态发生了变化或供电电压发生了变化，其次是调整不当问题。如果波形发生了失真，可能是元件参数发生了变化或者有元器件损坏。

2.3 单元电路故障检修

射频部分单元电路常见故障有振荡器故障、缓冲放大器故障、前置放大器和驱动放大器故障。故障的常见原因是功能板上元件损坏、参数调整不当造成的，可以逐级测量功能电路的工作电压和输出波形，查找异常的原因。射频部分功能电路常见的故障原因有：振荡器工作电源故障；缓冲放大器板上元件损坏，保险丝熔断；前置放大器元件损坏、供电不正常或输出调谐不合适。

2.4 综合激理故障检修

综合激励故障包括欠激励故障和过激励故障。欠激励、过激励故障成因比较复杂，也可以说，在射频分配板之前的所有射频电路异常都可能造成激励故障。常见的欠激励故障原因有：前置放大级输出的射频激励电平（23VP-P正弦波）不足或中断；推动电源调整器故障；推动级输出调谐网络失谐；推母板上的模块插座插接不良；激励分配板到显示板的射频检测连线插接不良；欠激励检测门限电平设置不正常[6]。

值得注意的是，当欠激励或过激励故障时，由于发射机无法开机，无法对电路的工作波形进行测量，这个时候，只能凭借维修经验对可疑部位进行检查，也就是盲修，虽然有时候也能发现问题，但难度太大。那么如何对故障电路进行定性检查呢？方法也是有的，既然激励过高或过低会损坏器件，就要想办法解除损坏功放管的几个条件——去掉功放管电源、关闭功放、解除欠激励或过激励保护电路，强行开启发射机，开机的同时观察发射机有无异常反应，有的话立马关机，如果正常开机，再对可疑电路进行定性测量，有针对性地去确定发射机的故障部位。

3. 结束语

射频部分电路比较复杂，故障的维修有一定的逻辑关联性，当故障出现时，应根据各部分的工作原理通盘考虑，不能拘泥传统的检修思维模式，否则容易陷入维修困境。另外，在带电情况下进行检修时，一定要保持清醒的头脑，避免出现安全事故，如需对电路进行调整，一定要记下调整前的位置，如调整无效，应恢复原始状态，防止老故障没修理好，又产生新故障。

参考文献：

[1]宋章贺，刘纹君.DX系列中波发射机合成器故障应急保障系统的思考与实践[J].广播电视信息，2024，31（04）：86-90.

[2]王雷.基于Multisim的DX系列中波发射机连锁系统的仿真设计[J].广播电视信息，2024，31（01）：87-91.

[3]张天业.GZ-G3K-Ⅸ型中波发射机工作原理与故障分类维修[J].电视技术，2023，47（11）：136-139.

[4]黄莉.50kw中波发射机欠激、过激故障分析与处理[J].东南传播，2023（08）：149-151.

[5]彭志平.DAM10kW中波发射机功放故障检修与维护[J].电声技术，2023，47（08）：94-96.

[6]王绍强，林心平.哈广1kW全固态PDM中波发射机改频案例及主要原理分析[J].中国新通信，2023，25（14）：45-47.