調頻發射機2+1系統切換頻率誤入雙工器的故障分析及處理案例

劉國玲　覃靈開（廣西廣播電視技術中心欽州分中心）

?

調頻發射機2+1系統切換頻率誤入雙工器的故障分析及處理案例

劉國玲覃靈開
（廣西廣播電視技術中心欽州分中心）

［摘 要］以本廣播電視發射臺出現過的一起因外電引起的設備技術事故為例，分析調頻2+1系統發射機天線同軸切換開關同時倒換后，兩個發射頻率互換誤入雙工器而發射機未出現異常和告警的原因，實錄處理該故障的方式方法。

［關鍵詞］調頻發射機2+1系統 天線同軸切換開關 雙工器 3dB定向耦合器 帶通濾波器

1　引言

廣西廣播電視欽州二四五臺有一套調頻廣播發射機2+1系統，播出頻率為103.4MHz和104.3MHz，主機均為意大利RVR公司生產的發射機（功率3kW），備機為國產凱騰KTF-Ⅲ-953發射機（功率5kW）。發射機通過雙工器（全橋式多工器/10kW/50Ω）連接共用一副發射線。如圖1所示。

2　故障現象

圖1　調頻2+1設備示意圖

2015年10月的一天晚上，外電不穩定，反復停電又來電，造成103.4MHz發射機因保護而自動倒換到備機，備機和104.3主機工作正常，客戶端監控電腦顯示發射機工作正常，無任何告警。值班員用收音機監聽兩個頻率的聲音也都正常。收到監測中心無載波故障短信告警后，值班人員仔細檢查后發現兩個頻率發射機的同軸開關都已經倒換，造成備機播出103.4MHz的頻率誤入雙工器104.3MHz輸入口，104.3MHz主機頻率輸入到雙工器103.4MHz輸入口。兩個同軸開關倒換后連接情況如圖2所示。值班人員立即人工關掉發射機，并倒換104.3MHz發射機同軸開關至主機上天線位置后重啟發射機，恢復正常播出。

3　故障原因分析

出現該故障，由于發射機無異常反應，客戶端監控系統也無告警，值班員開路接收信號也能聽到清晰的播音（由于監控室離發射機比較近，即使發射機功率沒有通過天饋線發出去，只要激勵器能正常工作也能收聽到播音）。如果沒有故障短信告警，值班員當時根本無法發現故障。為什么這兩個頻率發射機的同軸開關出現同時自動倒換，而且對換輸入到對方的雙工器輸入口也沒有任何異常反應（104.3MHz主機和播出103.4MHz的備機均沒有出現反射保護，同軸開關和饋管也沒有發熱現象）？而且監控系統顯示也正常？經核實，監測中心的無載波短信告警不屬于誤告警。既然無載波通過天饋線發出去，又沒有功率反射回來，那么發射機播出的功率去哪里了呢？沒有親眼目睹，簡直不敢相信！通過認真分析，并進行試驗、檢查和測試，尋找出了故障發生的原因。

圖2　調頻2+1發射機示意圖（兩個同銷開關倒換行）

（1）外電不穩定，兩部RVR主用發射機都出現保護而自動試圖倒換到同一部備機，這是發生故障的前提原因。

由于這兩個頻率發射機是2+1系統，只有一個備機，當兩部主機都同時發生故障而倒換用備機時，只能滿足一部主機的倒機要求。一般情況下，哪部主機搶先倒換到備機后，另一部主機需要倒換到備機是不可能實現的。但是在極端情況下，外電不穩定且反復停電來電，停電來電的時間剛好干擾了兩部主機設備倒換到備機的檢測時間，造成控制系統發出錯誤指令，變成兩部同軸開關都發生倒換（如圖2所示）。從圖2中可以看出，103.4MHz主機首先倒換到備機，控制系統對備機發出指令播出頻率為103.4MHz并且正常上功率。如果104.3MHz發射機同軸開關沒有倒換，那么103.4MHz發射機同軸開關倒換后，103.4MHz主機接到假負載，播出103.4MHz的備機功率接本雙工器正確從f1輸入。但是，另一部主機（104.3MHz）同軸開關因接受錯亂指令也跟著倒換后，就造成這樣的后果：播出103.4MHz的備機功率接另一個雙工器接口錯誤從f2輸入，同時104.3MHz主機功率改從另一接口經過103.4MHz同軸開關接雙工器接口錯誤從f1輸入。也就是造成了調頻2+1系統發射機頻率對換誤入雙工器輸入口的情況。

（2）調頻雙工器參數變動，發射機輸出功率能夠從非本頻率功率輸入口進入雙工器，發射機反射功率不大而沒有保護關機。這是值班人員不容易發現故障的原因。在此，筆者先從多工器的結構和原理入手，分析多工器參數變動以及變動后發射機沒有出現異常的原因。

a 雙工器的結構和原理。

由于我臺調頻廣播節目不斷增多（至2014年增加104.3MHz廣播節目為止，我臺一共有7套調頻廣播節目），為了節省發射天饋系統的投資，采用的辦法是使用多工器（將多個不同頻率合成后使用一副天線的設備，稱為多工器）。橋式雙工器是利用兩個3dB定向耦合器和兩個帶通濾波器構成的，也叫恒定阻抗橋式雙工器。我臺利用兩組橋式單元把103.4MHz和104.3MHz兩個調頻合成使用一副天線（附雙工器實物圖3）。

圖3　雙工器實物連接圖

如圖1所示。輸入f1（103.4MHz）的橋式單元A由兩個3dB定向耦合器（D1、D2）、兩個帶通濾波器（B1、B2）、吸收負載R以及相互連接的同軸饋管構成。射頻信號f1由D1的1端輸入，在3端和4端形成功率各一半的輸出信號，其中3端與1端同相，4端的相位比1端滯后90°，兩路信號通過帶通濾波器B1、B2到達3dB定向耦合器D2的5端和6端，由于6端和8端同相，5端經過90°延時到達8端，對于f1的兩路信號在8端正好同相合成。

輸入f2（104.3MHz）的橋式單元B由兩個3dB定向耦合器（D1’、D2’）、兩個帶通濾波器（B1’、B2’）、吸收負載R以及相互連接的同軸饋管構成。射頻信號f2 由D1’的1’端輸入，同理，f2的信號經過D1’、B1’、B2’、D2’在8’端正好同相合成。

從8’端輸出的信號到達7端。而在7端，已經延時90°的6端信號經過3dB定向耦合器D2后再延時90°，共計180°，與由5端過來的未延時的f1信號正好反相抵消，因此f1在7端沒有輸出。

信號f2從8’端輸出到達7端輸入D2，在5和6端輸出兩路各一半功率的f2信號，在B1、B2的輸入端被全反射回D2，由于相位的關系，在8端兩路信號被合成為f2，于是，在D2的8端，f1與f2被合成。

b 雙工器參數變動以及變動后發射機沒有出現異常的原因。

從雙工器的結構上尋找變動的原因，主要從兩個方面入手：一是3dB定向耦合器各接觸面及緊固件是否接觸、緊固良好；二是檢查帶通濾波器濾波腔口鋼螺桿和鍍銀銅帶的位置是否變動。根據現場檢查，3dB定向耦合器的連接緊固沒有問題，而帶通濾波器濾波腔口鋼螺桿有松動現象。技術人員用矢量網絡分析儀接入橋式單元A的1端口（103.4MHz功率輸入口）進行測試，駐波比（曲線）如圖4所示。

從曲線中看出， 103.4MHz頻率（4號標位）的駐波比為1.13，而104.3MHz頻率（1號標位）的駐波比為1.06。104.3MHz發射機功率誤入1端口能夠更好地通過橋式單元A而沒有反射。

接入橋式單元B的1’端口（104.3MHz功率輸入口）進行測試（曲線圖略），103.4MHz的駐波比稍大，但是由于國產備機對功率反射保護沒有RVR發射機靈敏，所以播出103.4MHz的備機沒有出現反射保護。103.4MHz功率能夠從f2輸入口誤入，通過橋式單元B的8’端口輸入到7端口后，輸入D2，在5和6端輸出兩路各一半功率，大部分進入帶通濾波器B1、B2 （因為B1、B2允許103.4MHz頻率通過），進入3、4端口，在2端相加而被吸收電阻R吸收。這就是為什么103.4MHz的備機功率能夠正常工作卻出現無載波短信告警的原因。

圖4　雙工器參數變動后的電壓駐波比

根據上述的檢查情況得出結論，雙工器的參數已經發生變動，影響雙工器參數變動的原因，主要是因為長時間使用，加上機房的震動，造成帶通濾波器濾波腔口鋼螺桿和鍍銀銅帶的位置已經偏移。濾波腔口鋼螺桿上下移動會改變諧振腔的諧振頻率，鍍銀銅帶的上下移動會改變耦合環的位置，從而改變諧振腔的帶通特性。

c同軸開關與發射機沒有聯鎖功能（屬于系統設計缺陷），兩個同軸開關同時倒換后，發射機不在同軸開關天線狀態的位置也能輸出功率，這是發射機頻率對換誤入雙工器的原因。

d 共用一套調頻橋式雙工器的兩個頻率相距太近（103.4MHz和104.3MHz兩個頻率相差只有0.9MHz），這也是發生故障的原因之一。對于這種橋式雙工器，由于有3dB定向耦合器和帶通濾波器的共同作用，從理論上說，兩個頻率間隔可以做得比較小而仍可以獲得較高的隔離度。但是，由于外界因素的影響，雙工器的隔離度容易變差，因此就容易發生此類故障。

4　處理辦法

經過以上故障分析，找出故障原因后，做出以下處理辦法：

（1）重新調試雙工器參數。根據上述雙工器參數變動的原因，對濾波腔口鋼螺桿和鍍銀銅帶的位置進行調整。使用矢量網絡分析儀，將分析儀的中心頻率設定為帶通濾波器腔體的工作頻率（以104.3MHz為例），在顯示器上觀察反射特性和傳輸特性兩條曲線，調整濾波腔口鋼螺桿的長度，改變諧振腔的諧振頻率，使濾波器諧振在所要求的工作頻率上；抽送鍍銀銅帶改變耦合環的位置，改變諧振腔的帶通特性。通過調整后，得到反射特性和傳輸特性曲線如圖6所示。104.3MHz頻率的反射損耗為-29.66dB，達到指標要求（一般要求優于-26dB）。

圖5　反射特性曲線和傳輸特性曲線

（2）在兩部主機RVR發射機上都增加同軸開關與發射機互鎖功能。如圖7所示，將同軸切換開關控制器背面的6端口（發射機聯鎖）接到RVR激勵器背面的4端口（INTERLOCK）。正常情況下，發射機主機連接同軸開關的天線狀態，功率正常輸入雙工器上天線播出。如果同軸開關不在天線狀態（不到位或倒轉），該控制器背面的6端口接地，通過連接線激勵器4端口也接地，禁止激勵器功率輸出。增加該互鎖功能后，在103.4MHz發射機同軸開關倒換用國產備機播出的情況下，能防止104.3MHz發射機同軸開關倒換后仍然上功率播出并誤入雙工器輸入口的情況發生。

5　結束語

以上是對本廣播電視發射臺發生的一例播出事故進行的分析討論，能從中吸取經驗教訓，通過完善天線切換開關互鎖功能和重調多工器參數并鎖牢可調器件，能有效地防止類似事故再次發生，保證廣播電視安全播出。

圖6　同軸開關與發射機互鎖連接圖