哈里斯10kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)構(gòu)成及檢修實例

高曉嵐

摘 要：美國產(chǎn)哈里斯Z10CD調(diào)頻全固態(tài)數(shù)字發(fā)射機(jī)，因其性能穩(wěn)定，數(shù)字化程度高，維護(hù)簡便，被許多發(fā)射臺站采用，文章將主要闡述Harris調(diào)頻發(fā)射機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成以及對工作中遇到的兩例發(fā)生在隔離板和電源的故障作分析判斷。

關(guān)鍵詞：調(diào)頻發(fā)射機(jī)；隔離板；電源故障

哈里斯Z系列是一個功能強(qiáng)，效率高的數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)，采用正Z三維電子設(shè)計，在分配器，功率放大器和合成器各部分之間建立了高效的信號路徑，并且發(fā)射機(jī)的功率放大器裝置分成小塊，在同一時間引入熱插拔的概念，使整個設(shè)備的維護(hù)，修理，更換所有操作都變得簡單。同時其數(shù)字激勵器可以同時輸入兩路模擬SCA信號和一路RBDS，調(diào)頻調(diào)制過程充分實現(xiàn)數(shù)字化，并且設(shè)備高穩(wěn)定度。我臺采用三臺哈里斯Z10CD調(diào)頻發(fā)射機(jī)構(gòu)成2+1系統(tǒng)，為鄭州人民廣播電臺發(fā)射FM91.2和FM98.6信號。使用兩年，對發(fā)射機(jī)的性能和維護(hù)技巧都有了一定的了解。由于受節(jié)目時長和環(huán)境等諸多的因素影響，兩年內(nèi)也發(fā)生了幾起較為典型的故障，對其系統(tǒng)構(gòu)成和故障進(jìn)行分析，有一定的現(xiàn)實意義。

1 系統(tǒng)構(gòu)成

Z10CD調(diào)頻發(fā)射機(jī)采用Z系列三維電子工具設(shè)計，結(jié)構(gòu)緊湊，數(shù)字化集成程度較哈里斯此前的設(shè)備有了很大的提高。它的激勵器采用帶有DSP立體聲發(fā)生器的數(shù)字調(diào)頻激勵器，配備AES數(shù)字音頻插口，可以產(chǎn)生16位低噪音、低失真的數(shù)字立體聲信號。整機(jī)構(gòu)成如下。

1.1 數(shù)字激勵器

哈里斯Z10CD調(diào)頻發(fā)射機(jī)采用數(shù)字激勵器。具有同步調(diào)幅零電路，增強(qiáng)型的立體聲信噪比電路，數(shù)字處理的立體聲發(fā)生器電路以及32位數(shù)控晶振調(diào)制電路。

1.2 功放和中放電路

哈里斯的每一個功放模塊均有兩個相同的獨(dú)立MOSFET功率放大器構(gòu)成，每個放大電路均可實現(xiàn)熱插拔，而且中放和末級放大模塊極端條件下可以對調(diào)使用。常溫下可是實現(xiàn)660W的穩(wěn)定功率，駐波不高于1.5。

1.3 射頻合成

設(shè)備的八個模塊為一組。在Z軸彼此絕緣的合成器內(nèi)合成，模塊之間阻抗保持50。合成諧波在混合型合成器內(nèi)合成，有效的避免了射頻互調(diào)。

1.4 控制電路

哈里斯調(diào)頻發(fā)射機(jī)的運(yùn)行參數(shù)存儲在微電腦控制器內(nèi)，操作人員通過RS-232通信串口即可實現(xiàn)對運(yùn)行參數(shù)的查詢和設(shè)備的遙控。并且可以對設(shè)備自身的故障進(jìn)行判斷并通過代碼形式反映在設(shè)備的LCD顯示面板上，方便查閱和處理。

2 常見電源故障及電源結(jié)構(gòu)綜述

2.1 實際運(yùn)行中電源典型故障

Z10調(diào)頻發(fā)射機(jī)故障在嚴(yán)重程度上可以分為重要故障和次要故障。重要故障發(fā)生將會導(dǎo)致發(fā)射機(jī)保護(hù)性停機(jī)，如果是電源模塊的非重要故障，發(fā)設(shè)計的自動優(yōu)化功能可以使發(fā)射機(jī)仍然保持設(shè)定的功率正常運(yùn)行，其系統(tǒng)自檢功能可以判斷出故障點，并通過故障提示燈和故障代碼顯示在發(fā)射機(jī)操控面板上面詳細(xì)的提示。在針對電源部分故障而言，三相電缺相是重要的故障，外電的瞬時缺相將直接導(dǎo)致發(fā)射機(jī)保護(hù)性關(guān)機(jī)20S。整流板的30A保險絲和可控管故障為次要和較為常見的電源故障。在實際操作中，整流板30A保險絲因開機(jī)瞬時電流過大損壞是較為常見的。一旦出現(xiàn)故障，電源控制器會自動調(diào)整輸出電壓，并在面板提示故障PS#_tap#。電源故障將不可避免地對發(fā)射機(jī)輸出功率產(chǎn)生影響。如果有一個電源變壓器故障，輸出功率只保持正常輸出的30%。如果電源控制器故障，輸出功率僅為正常的16%。

2.2 電源結(jié)構(gòu)綜述

HARRIS Z10CD調(diào)頻發(fā)射機(jī)由四個獨(dú)立變壓器構(gòu)成供電電源表示為PS1、PS2，PS3、PS4。四個電源變壓器被分兩組工作。各變壓器初級可接成三相三線或三相四線和單相等三種常見工作方式。三相四線制在我國較為常使用。每個變壓器次級線圈均有兩個星形接法的繞組，每個繞組均輸出48V、50V、52V、54V四種直流電壓。每端設(shè)置可控硅來控制次級線圈以決定不同的電壓輸出。四個變壓器為32個功放模塊提供電源，其中PS1、PS2為功放組Z-Plane A、Z-Plane B以及IPA_AB提供工作電壓。PS3、PS4為功放組Z-Plane C、Z-Plane D以及 IPA_CD提供工作電壓。低壓電源部分設(shè)置在發(fā)射機(jī)主接觸器旁。由三個繼電器和相應(yīng)的整流濾波電路組成， 目的是提供發(fā)射機(jī)開機(jī)控制電源和各控制器板卡的直流電源供電。輸出直流有+20V，-20V，+10V等三種電壓。

2.3 電源故障代碼分析

發(fā)射機(jī)電源控制主要是通過電源控制器進(jìn)行。發(fā)射機(jī)的電源控制器由兩塊電源板構(gòu)成，每個作用于兩個功率放大器電源。PS controller1控制PS1，PScontroller2對PS2進(jìn)行控制，設(shè)備運(yùn)行時候電源控制器和對應(yīng)的兩個功放電源運(yùn)行狀態(tài)都是相對獨(dú)立的。即便出現(xiàn)一個功放電源故障不工作的情況，另外一個仍可以正常運(yùn)行。電源控制器設(shè)置的目的是檢測電源輸出電壓維持在期望值，保證電源的限流啟動和關(guān)機(jī)放電，監(jiān)控電源條件和提供電源故障保護(hù)。涉及發(fā)射機(jī)功率控制的代碼有：ps_disable，ps_discharge，ps_standby，Reset。當(dāng)設(shè)備未能正常運(yùn)行時候我們應(yīng)根據(jù)不同的代碼判斷設(shè)備的故障點。

3 隔離板故障

3.1 故障現(xiàn)象

在運(yùn)行過程中的發(fā)射機(jī)，出現(xiàn)自動關(guān)機(jī)的現(xiàn)象，在故障診斷系統(tǒng)的代碼如下：iso_cz（R9隔離板C平面）故障，查詢得知故障CZ-代碼釋義為隔離負(fù)載溫度過高，設(shè)備熱保護(hù)，當(dāng)隔離負(fù)荷溫度超過145度，主控制器開始報警并且使得發(fā)射機(jī)熱保護(hù)停機(jī)。調(diào)閱發(fā)射機(jī)參數(shù)指示系統(tǒng)查看每一個Z平面系統(tǒng)的溫度，發(fā)現(xiàn)CZ平面隔離板溫度為160℃。而此時AZ、BZ、DZ平面隔離板的溫度顯示僅為50℃。查閱哈里斯廠家提供的設(shè)備說明，提示隔離板正常的工作溫度均應(yīng)在50℃的左右浮動，判斷此次停機(jī)極有可能是因為C平面隔離板的吸收負(fù)載故障造成。

3.2 故障分析

此款發(fā)射機(jī)有四個Z平面對應(yīng)相關(guān)隔離板四個。每塊隔離板有隔離電阻RT1-RT8，兩個四路Wilkinson合成器的射頻斷開開關(guān)以及1個二路Wilkinson合成器的隔離電阻RT9構(gòu)成。四個隔離板上面不同位置的ID跳線JP1和JP2決定了隔離板的工作平面。設(shè)備運(yùn)行正常隔離電阻RT1-RT8基本不損耗功率。一旦一個PA發(fā)生故障時，該模塊的約一半功率會損耗在隔離電阻上，直接導(dǎo)致隔離電阻將被加熱，升高的熱量被熱敏電阻測得當(dāng)溫度過高，PA控制器通過PA的柵極電壓將模塊的射頻輸出關(guān)閉，并啟動相關(guān)聯(lián)的射頻開關(guān)。射頻開關(guān)斷開隔離電阻并將合成器接地，此時四路合成器變成三路合成器。影響被之后的二路合成器及其隔離電阻減至最小。2個四元組的輸出由二路合成器合成。2個四元組的不平衡導(dǎo)致二路合成器的隔離負(fù)載RT9的溫度上升。由此可見隔離板上面隔離電阻和射頻開關(guān)對合成器運(yùn)行的決定性作用。設(shè)置隔離負(fù)載目的是吸收不平衡而在合成器隔離端產(chǎn)生的功率信號。通過以上分析可知，隔離負(fù)載的溫度升高，說明系統(tǒng)存在不平衡，不平衡程度和負(fù)載溫度上升成正比。

3.3 隔離板維護(hù)更換

更換隔離板的第一步是要把連接到RFI濾波器板面上的兩條電纜小心取下。接著拔掉隔離板拐角處的四個六腳插座。值得注意的是，隔離板拐角的4個定位插座不用處理。這個時候隔離板就可以直接從Z平面板垂直拔出。注意觀察可以看到隔離板上面的吸收電阻都用環(huán)氧樹脂和熱敏電阻連接，要確保所有的熱敏電阻密切接觸。并且確保環(huán)氧樹脂無裂縫，因為裂縫會導(dǎo)致溫度測量誤差。檢查隔離板ID跳線JP1、JP2，不同的跳線位置對應(yīng)此隔離板工作在不同位置的Z平面。隔離板緊固前要確保ID跳線和JP1、JP2在相應(yīng)的位置。

安裝新的隔離板必須注意上面4個6角插座和2條電纜電纜，首先確保插座針腳不被撞彎，電纜不打折還要保證各歸原位。安裝諧波濾波器時應(yīng)小心要確保接頭完全插入10千瓦的合成器并且連接絲扣旋轉(zhuǎn)到位，避免因松動產(chǎn)生射頻泄漏。

4 結(jié)束語

就目前電子設(shè)備更新程度而言HARRIS全固態(tài)調(diào)頻發(fā)射機(jī)已不算是哈里斯廠家的最新產(chǎn)品，但通過幾年的運(yùn)行，該款機(jī)型穩(wěn)定性和可靠性都值得贊揚(yáng)。雖然調(diào)頻不斷推陳出新，但無論從設(shè)備維護(hù)角度還是經(jīng)濟(jì)角度考慮，哈里斯Z系列產(chǎn)品都是不錯的選擇。從我們廣電部門的技術(shù)人員角度看，熟悉相關(guān)設(shè)備工作原理和故障現(xiàn)象將是廣播電視設(shè)施安全運(yùn)行的保障，更可以對日后臺內(nèi)相關(guān)設(shè)備的改造提供了頗有價值技術(shù)參考。

參考文獻(xiàn)

[1]許娟.HARRIS 10kW調(diào)頻發(fā)射機(jī)故障分析與處理—以南岳電視調(diào)頻發(fā)射臺為例[J].西部廣播電視，2014（24）.

[2]鐘湛池.Z10型10kW全固態(tài)調(diào)頻發(fā)射機(jī)的日常維護(hù)和常見故障處理[J].廣播電視信息，2012（47）.

[3]韓靖海，夏一晨，姜俊.Harris Z10CD調(diào)頻發(fā)射機(jī)電源系統(tǒng)運(yùn)行原理和故障分析[A].中國新聞技術(shù)工作者聯(lián)合會第六次會員代表大會[C].2014.