中波廣播發射機技術維護與故障淺談

廣東省廣播電視技術中心五二二臺 郭 新

目前我國中波發射臺主要采用的全固態中波廣播發射機（以下簡稱全固態發射機），電路集成度大大提升，實現原理也與電子管模擬發射機完全不同。要想對其進行很好的維護，維護人員必須掌握其工作原理，并在日常維護維修過程中不斷累積經驗，提升排除故障的能力。我臺擁有8臺國內外不同廠家的全固態中波發射機，涵蓋了DAM、DX、3DX等不同型號，型號多，廠家多，維護、維修經驗豐富。

1.全固態發射機工作原理及相關系統的構成

現階段全固態發射機主要采用數字調制方式：發射機將音頻信號和代表載波水平的直流信號疊加，然后轉化為控制功放模塊在每個射頻周期的開通、關閉的信號，開通狀態的功放模塊輸出方波電壓，所有功放模塊的輸出電壓通過功率合成器疊加為射頻已調階梯波形，最后經帶通濾波器濾波，得到平滑的射頻已調正弦波形。

總體地說，發射機包括電源部分、音頻部分、射頻部分、冷卻部分以及監控部分。

（1）電源系統部分。與電子管發射機不同，除了冷卻風機，全固態發射機其余電路都使用直流電源。電源系統的主體是整流模塊，將交流輸入電源轉化為電壓各異的直流電源，直流高壓電源為射頻部分實現調幅提供電源，直流低壓電源為各電路板供電。

（2）音頻部分。全固態發射機的音頻信號，不再需要進行放大，而是在低壓狀態下與代表載波水平的直流信號疊加，然后轉化為控制功放模塊在每個射頻周期的開通、關閉的信號。

（3）射頻系統部分。射頻部分是全固態發射機改進更多的部分：一是使用頻率合成相關技術來獲得穩定、準確的載波頻率，還可以滿足更換頻率的實際需要。二是載頻只需要在功放模塊中以低至幾十伏甚至TTL電平環境中工作，功放模塊的載頻方波信號通過功率合成、帶通濾波形成上千伏的已調波。

（4）冷卻系統部分。全固態發射機由于元器件集成度高、對溫度敏感，冷卻系統對機房環境的溫度、濕度、灰塵有很高的要求。為確保發射機運行過程中安全性和穩定性，通常采取全封閉機房、空調制冷、除塵除濕設備等手段，功率較大的發射機選擇更多地采用水冷系統。

（5）監控系統部分。連鎖，狀態監控。全固態發射機普遍采用微機、可編程器件控制發射機的運行，通過軟件和硬件的相互結合，全面監控發射機的運行參數、安全連鎖以及故障報警等，采用指示燈、顯示屏進行狀態顯示和故障定位，人機交互直觀友好，并能通過網絡對發射機進行遠程監控。

2.全固態發射機有關故障分析方面所遵循的原則

全固態發射機的比較顯著是小型化，模塊化，高度集成化，器件編程化；低電壓，大電流；冗余度高，人機界面良好。這些特征是我們進行故障判斷分析時可以遵循一定的原則：主要包括“看”、“聽”、“聞”的方面，以及“測”、“換”的方面。

第一，“看”是指直接觀察發射機的指示燈有無異態指示、儀表讀數有無超出正常范圍，設備元件外觀有無變色、變形等損壞情況。通過“看”收集而來的信息初步判斷故障類型，分析研究與故障相關的電路狀態，采取相應的措施進行排查。

第二，通過最直觀的“看”之后，都應該采取“聽”的方式進行情況收集，對于發射機而言，電磁閥、繼電器、風機運行時都會伴隨聲音。經驗豐富的維修人員，通過“聽”這些聲音，可以輔助判斷故障的情況。

第三，配合“看”和“聽”，還有“聞”，所謂“聞”便是利用嗅覺檢查發射機內部有無線路元件發熱、打火情況。如果存在燒焦味道，必須立即切斷電源，查找故障原因，將發熱損壞的內部線路或者元器件及時更換。

經過“看”、“聽”、“聞”后，結合設備運行原理，列舉可能造成故障的原因，采用“測”的方法，使用相關儀器對各種原因進行逐一測量排查。找出故障點后還應該對其鏈路中上下游的相關元器件測量，排除其負載短路等造成二次故障的可能性。由于全固態發射機都是模塊化設計制造，可以配合“換”的方式將相同的部件進行位置互換，確定故障點。

3.全固態發射機典型故障及相應的處理措施

總結我臺多個品牌共八臺全固態中波發射機產生的故障，典型故障有三類：元件失效導致的，接觸不良導致的，設計存在問題導致的。這三種故障類型都各自有不少故障案例。

3.1 元件失效導致的典型故障

故障案例1：

故障現象：我臺北廣50kW中波發射機ZF50A出現濾波器零位、天線零位反復擺動，高至3，超過門限值，并無法重上高壓。

故障分析：全固態發射機實現調幅不再通過電子管進行，而是將一定數量的相同的正負方波電壓通過功率合成器疊加起來，形成高電壓大電流的正負方波，然后通過輸出網絡進行濾波、阻抗變換，形成正弦調幅波。濾波器零位用于監測輸出網絡輸入端的電流電壓是否同幅同相的參數，天線零位用于監測輸出網絡輸出端的電流電壓是否同幅同相的參數，都通過相位檢波器完成。濾波器零位和天線零位同時異常，通常是輸出網絡有故障，還有較低可能性是兩個相位檢波器出現故障。

故障處理：檢查輸出網絡及濾波器零位、天線零位電路，發現輸出網絡中用于選頻的真空電容已經擊穿，更換同型號電容后正常。

故障案例2：

故障現象：我臺哈廣中波發射機DAM50出現高、低壓自動關斷，無任何故障指示或者故障記錄，重新開機卻正常的現象。

故障分析：沒有故障指示或記錄而重開正常，這樣的故障最不好查，導致故障的可能性很多：控制系統自身故障、供電電源故障、線路接觸不良等。一般需要對發射機整體進行檢查，對比發射機運行參數變化，從各種微小變化查找故障點。

故障處理：檢查發射機各個電路參數，測量發射機三大指標，發現指標參數都有不同程度的劣化，將故障范圍縮小到音頻鏈路、功放電源+230VDC、功放模塊等部位。最后確定故障原因在于+230VDC電源鏈路中多個起穩壓作用的電解電容已經損毀，仍能工作的電解電容漏電流偏大。之后我臺將所有發射機的電解電容進行測量、更換。

3.2 接觸不良導致的典型故障

故障案例1：

故障現象：我臺哈里斯中波發射機3DX50出現功放模塊故障，并且功放管擊穿，并整體碎裂的現象。[1]

故障分析：3DX50發射機功放模塊的工作電流約8A，工作電壓是300VDC，采用的功放管是IRFP22N50。一般的故障是功放管擊穿，保險絲燒斷，而本次故障中功放管整體碎裂是由于故障時工作電流產生的熱量遠遠超過耗散功率。這很可能是功放模塊的輸出鏈路出現嚴重異常導致的。

故障處理：全面檢查發射機的射頻鏈路，特別是故障模塊涉及的功率合成器、插接器件等。發現多個模塊輸出鏈路中的插接器件都出現不同程度的接觸不良現象，一些發熱嚴重的地方，插接的彈片出現碳化現象，或者已經焊接在一起。對比安全性、維護便利性的各種利弊后，我臺采用了螺桿連接的方式替代了插接器件。

故障案例2：

故障現象：我臺哈廣中波發射機DAM50在雷雨天出現大規模功放模塊故障的現象。[2]

故障分析：雷雨天出現大量功放模塊故障的現象，是很典型的保護電路未能正確發揮作用的表現，但具體地說，導致大量功放模塊同時故障的，可能有如下原因：一是發射機輸出網絡匹配不合格，導致反射功率過高。二是駐波保護電路工作異常，天饋系統阻抗變化時未能及時關閉功放模塊。三是B-電源設置不當，導致功放模塊開關時間過短，感應電壓過高。四是發射機的射頻驅動信號異常。

故障處理：全面檢查發射機的輸出網絡、駐波保護電路、B-電源及射頻驅動信號。最后確定故障原因是發射機從輸出網絡撿拾的振鈴信號沒有可靠地送回控制板，這個振鈴信號用作發射機駐波時功放模塊續流的射頻驅動信號。這個信號的缺失，導致雷雨天大量模塊故障。

3.3 設計存在問題導致的典型故障

故障案例1：

故障現象：我臺哈里斯中波發射機3DX50無法正確地檢測電源欠壓情況。[3]

故障分析：3DX50發射機的電源檢測電路，是用精密整流、電容穩壓等電路將交流電源檢測信號轉換成相對穩定的直流電壓信號，并將這個直流電壓信號與自身15微秒前的大小進行比較，超出5%的波動則報警。然而電路的設計沒有準確計算電容放電速度，導致電路永遠無法檢測出5%的交流電壓壓降。

故障處理：電路設計不當，并且電路板上可供改造的余地不足，采取設備外監測監控的手段進行彌補。

故障案例2：

故障現象：我臺哈里斯中波發射機3DX50出現銀膜云母電容炸裂的現象。[4]

故障分析：采用小體積元件是設備小型化的必然選擇，銀膜云母電容已經大量用于全固態數字中波發射機中。然而這種電容的使用壽命比真空電容要短得多，并受溫度影響較大。我臺3DX50發射機炸裂的云母電容均遠未達到使用期限，并且剛剛經過了容量和耐壓的定期測量檢查。經過實地測量實驗，我們認為云母電容壽命大量減少的原因，是由于發射機風道設計不合理，并未能將云母電容產生的熱量帶走，長期工作在設計使用的溫度之上。

故障處理：整體更換該位置的云母電容，并通過增加擋板、風扇等手段，將風道進行改變，有效降低云母電容的工作溫度。

故障案例3：

故障現象：我臺哈里斯DX100和DX200發射機功率微調功能失效，按下“升”按鈕則直接升到本等級最高功率，松開“升”按鈕則恢復本等級最低功率。

故障分析：DX系列發射機的功率微調功能，是通過計數器GAL22V10將“升”、“將”功率的按鈕動作轉化為數字信號，再通過單極性數模轉換器AD7524體現到功率的變化上。按鈕動作的功率微調異常就是計數器的問題。

故障處理：更換功率微調計數器后發射機工作正常，將計數器重新安裝回去發射機工作也正常。反復試驗后確定是計數器的編程設計存在隱患，工作電源存在殘留電壓時會出現的特定故障。我們采取了外接UPS電源的方式進行了改造，發射機工作穩定。

4.全固態發射機日常維護措施

全固態發射機小型化、模塊化、集成化、智能化的特點，導致發射機有很多容易造成接觸問題的接插件、開關，也有很多決定發射機工作狀態的檢測保護電路，需要認真細致的周期維護，對各種可能潛在的故障苗頭進行有效的預防。

4.1 創造和保持良好的運行環境

全固態中波發射機相比之前的中波發射機來說精密了很多，導致它對電源質量、天饋參數、環境溫度、環境濕度，接地可靠性等運行條件要求高了很多。為保證發射機運行穩定，減少故障發生幾率，延長設備壽命，應盡量創造無塵、恒溫、恒濕的機房，安裝設計符合發射機運行要求的供配電系統、天饋線匹配系統。

4.2 定期進行除塵，確保設備清潔

對全固態發射機而言，灰塵危害不容忽視，灰塵對發射機內部線路以及各種元件的侵蝕，對其絕緣度、準確度及靈敏度方面造成影響，導致電源打火、信號失真等問題，甚至會引起系統崩潰。所以，除塵工作是日常設備維護工作的重要環節，不僅要確保除塵頻率，對發射機進行定期除塵，還要選擇合適的除塵工具，以確保除塵的徹底性和全面性。此外，在除塵過程中需對其內部元件進行保護，以免對內部元件造成損傷。

4.3 測量校正檢測保護電路，確保其性能

發射機的工作狀態，是通過檢測電路反映出來的；發射機的狀態轉換，是通過保護電路控制的。定期測量、校正發射機的各種檢測保護電路是發射機保持正常工作狀態的必要維護內容。建立檔案，記錄各電路檢測數值、波形，各電路的比較門限值、開關位置。這個檔案既是發射機的運行狀態跟蹤分析資料，也是發射機調試參考資料。

4.4 對開關進行檢查，確保其性能

全固態發射機的工作頻率寬，與頻率相關的元器件通常采用開關連接到電路，通過開關的開、關來調整匹配與否。開關產生火花痕跡問題、彈簧片部位張力減小問題、靈活度降低問題等，都會使得發射機無法正常工作。所以，在對發射機進行日常維護的時候需對開關性能進行定期檢查，對于受損的開關需及時更換。此外，對開關出現異常的原因進行分析，需判斷是內部線路出現短路而導致的，還是使用時間過長產生老化問題所導致的。

4.5 定期測量更新電容

全固態發射機大量使用電容，例如輸出網絡的高壓云母電容、直流調幅電壓的大容量電解電容，這些電容的使用壽命受工作環境及工作狀態影響比較大，并且容易出現漏液、爆裂等現象，不但影響設備工作狀態，還會危及其他正常工作的元件。應當定期對這些電容進行周期性檢查，測量記錄其容量、耐壓等參數，參數異常的及時予以更換。

4.6 定期檢查更換接插件

模塊化設計使得全固態發射機應用了大量的接插件，接插件的連接效果均依賴于金屬的彈性。長時間的形變、熱效應等因素會引發彈性降低、接觸不良的情況，并導致信號丟失、發熱等發射機工作異常的現象。因此必須仔細維護、定期更換，確保其連接可靠，減少信號、電能的損耗，避免發熱現象。

4.7 對發射機發生過的故障進行分析總結

發射機的故障記錄，就是發射機自身弱點和維護人員工作盲區的最好佐證。發射機的“脾氣”、故障維修的方法等等維護經驗，都源自對發射機故障的分析總結。發射機的維護工作停留于周期維護及故障維修是不夠的，仍然停留在“事故管理”階段。結合發射機工作原理、發射機出廠參數、電路工作定量分析、維護維修記錄等資料形成發射機工作指導手冊，才能使得維護工作具備前瞻性，將故障隱患消滅于事前，升華為“危機預防”階段。