頻譜分析儀在數(shù)字電視發(fā)射機(jī)檢修中的運(yùn)用

熊金超 凌翠蓮 楊 睿 農(nóng)天煥 林舒豪

一、引言

隨著數(shù)字電視的不斷普及，推廣應(yīng)用數(shù)字發(fā)射系統(tǒng)已是大勢(shì)所趨。數(shù)字發(fā)射系統(tǒng)從數(shù)字信號(hào)處理到射頻信號(hào)的發(fā)射不僅有一個(gè)完整的處理轉(zhuǎn)換流程，還擁有一套復(fù)雜的數(shù)字化檢測(cè)方式。以廣西廣播電視臺(tái)的德芯1kW DUT-8313數(shù)字電視發(fā)射機(jī)（下文簡(jiǎn)稱“我臺(tái)發(fā)射機(jī)”）為例，因其檢測(cè)方式只在內(nèi)部開(kāi)展檢測(cè)，如遇發(fā)射機(jī)的功率放大器故障問(wèn)題或發(fā)射機(jī)某個(gè)環(huán)節(jié)節(jié)點(diǎn)的射頻輸入信號(hào)故障問(wèn)題，系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)到發(fā)射機(jī)存在的問(wèn)題，保護(hù)機(jī)制立即啟動(dòng)，關(guān)斷發(fā)射機(jī)整機(jī)的運(yùn)行（發(fā)射機(jī)整機(jī)電源全部關(guān)斷，主控停止工作）。此時(shí)，檢測(cè)系統(tǒng)未能提供給技術(shù)人員相關(guān)問(wèn)題故障點(diǎn)或機(jī)器參數(shù)變化值，導(dǎo)致開(kāi)展故障排查工作和檢修工作變得尤為困難。同樣的檢測(cè)機(jī)制和保護(hù)機(jī)制在國(guó)內(nèi)數(shù)字電視發(fā)射機(jī)領(lǐng)域中屬于常見(jiàn)機(jī)制。基于此，本文通過(guò)介紹運(yùn)用頻譜分析儀（以下簡(jiǎn)稱“頻譜儀”）對(duì)數(shù)字電視發(fā)射機(jī)進(jìn)行檢測(cè)、維修、排查的方法，為缺少維修方法和維修經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員提供一種有效的檢測(cè)方法，供同行參考。

二、德芯1kW DUT-8313數(shù)字電視發(fā)射機(jī)工作原理

輸入的傳輸碼流（TS流）經(jīng)激勵(lì)器進(jìn)行編碼與調(diào)制處理成數(shù)字信號(hào)IQ，IQ進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換并將其送入上變頻處理成射頻RF信號(hào)。將RF信號(hào)輸送到前級(jí)推動(dòng)進(jìn)行推動(dòng)放大，再經(jīng)過(guò)增益放大、AGC的控制后輸出到功率放大器。三個(gè)功率放大器進(jìn)一步對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，并將放大后的射頻信號(hào)整合成一個(gè)符合發(fā)射機(jī)所播出的1kW發(fā)射功率信號(hào)，再通過(guò)濾波器對(duì)雜波進(jìn)行濾除后輸送到天線進(jìn)行信號(hào)發(fā)射。如圖1所示。

圖1 地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)1kW原理框圖

三、故障現(xiàn)象及常規(guī)處理方式

以下為廣西廣播電視臺(tái)發(fā)射機(jī)的故障現(xiàn)象及常規(guī)處理方式。

故障現(xiàn)象一：播出狀態(tài)下發(fā)射機(jī)突然掉功率，觸摸顯示屏及各單元指示燈均不亮，發(fā)射機(jī)無(wú)法自啟恢復(fù)工作。處理方式：手動(dòng)關(guān)斷電源，重啟發(fā)射機(jī)，但故障現(xiàn)象依舊，未能解決問(wèn)題。由于我臺(tái)發(fā)射機(jī)的各系統(tǒng)數(shù)據(jù)參數(shù)及開(kāi)關(guān)機(jī)操作均需要通過(guò)觸摸顯示屏進(jìn)行讀取和設(shè)置，當(dāng)顯示屏不能正常工作時(shí)，無(wú)任何應(yīng)急啟動(dòng)的方法。既無(wú)法操作也不能判斷故障部位，只能利用萬(wàn)用表通過(guò)“排除法”的維修經(jīng)驗(yàn)，對(duì)發(fā)射機(jī)各系統(tǒng)進(jìn)行逐一排查，且在維修過(guò)程中部分節(jié)點(diǎn)供電參數(shù)還需廠家提供技術(shù)指導(dǎo)，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。

故障現(xiàn)象二：發(fā)射機(jī)開(kāi)機(jī)輸出功率正常，發(fā)射機(jī)各系統(tǒng)顯示正常，但播出無(wú)視頻畫(huà)面。處理方式：初步懷疑是信號(hào)源問(wèn)題，通過(guò)拔插激勵(lì)器輸入信號(hào)查看是否恢復(fù)播出。當(dāng)故障依舊時(shí)，查看激勵(lì)器各參數(shù)設(shè)置是否正常，若不正常，需斷電重啟激勵(lì)器電源開(kāi)關(guān)，發(fā)射機(jī)播出才恢復(fù)視頻畫(huà)面。該檢查過(guò)程步驟繁瑣且費(fèi)時(shí)。

故障現(xiàn)象三：發(fā)射機(jī)因工作需要進(jìn)行搬遷挪動(dòng)或重新改動(dòng)發(fā)射機(jī)的接線情況，觸摸顯示屏一直顯示正在運(yùn)行中，長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法進(jìn)入發(fā)射機(jī)系統(tǒng)界面。處理方式：只能斷電重啟。當(dāng)故障依舊時(shí)，需逐一排查各個(gè)系統(tǒng)部件及線路。

通過(guò)對(duì)上述三起故障現(xiàn)象及處理方式可見(jiàn)，廣西廣播電視臺(tái)發(fā)射機(jī)的維修及故障檢測(cè)在常規(guī)的處理方式中，大部分是利用萬(wàn)用表“排除法”，對(duì)各系統(tǒng)進(jìn)行逐一排查。

四、對(duì)頻譜儀的功能需求

如今，頻譜儀的精度越來(lái)越高，分析功能越來(lái)越多，價(jià)格也越來(lái)越高，頻譜儀的投入使用往往是一件大事。在以頻譜儀作為輔助設(shè)備檢測(cè)工具使用時(shí)，對(duì)頻譜儀僅有以下幾點(diǎn)要求：一是屏幕尺寸盡可能大，便于檢測(cè)時(shí)觀察波形；二是應(yīng)符合有8MHz的測(cè)量帶寬，以便滿足檢測(cè)需求；三是可快速截獲和讀取RF載波信號(hào)。

頻譜儀只要滿足以上三點(diǎn)要求，即可作為輔助設(shè)備檢測(cè)工具，能夠簡(jiǎn)單地分析檢測(cè)數(shù)字電視發(fā)射機(jī)系統(tǒng)射頻信號(hào)的頻譜情況。不對(duì)頻譜儀的設(shè)備型號(hào)、款式、機(jī)器磨損程度等作要求。

五、頻譜儀做檢測(cè)輔助工具的方法

在數(shù)字電視發(fā)射機(jī)系統(tǒng)中，要準(zhǔn)確地定位到故障的位置，最根本的辦法就是能夠找到關(guān)鍵部位輸出的射頻信號(hào)在各個(gè)節(jié)點(diǎn)的反應(yīng)情況，只要找到那個(gè)問(wèn)題點(diǎn)就可以很快判斷出故障位置，由此運(yùn)用到頻譜儀查看數(shù)字發(fā)射機(jī)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的射頻信號(hào)曲線。通過(guò)對(duì)比正常信號(hào)曲線，可以快速找到信號(hào)不正常的位置，迅速判斷故障原因，同時(shí)，使用頻譜儀也能檢測(cè)出激勵(lì)器是否輸出正確的射頻信號(hào)，排除射頻信號(hào)不正確導(dǎo)致的故障。

以某一頻率為例，當(dāng)數(shù)字電視發(fā)射機(jī)發(fā)生故障時(shí)，使用頻譜儀檢測(cè)的方法如下。

首先，用射頻信號(hào)電纜線（以下簡(jiǎn)稱“射頻線”）將激勵(lì)器的射頻輸出端口（RF OUT）接入頻譜儀的射頻信號(hào)輸入端口（RF Input）。發(fā)射機(jī)在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，激勵(lì)器無(wú)射頻載波輸出，通過(guò)設(shè)置頻譜儀中心頻率和掃描寬度即可得出激勵(lì)器無(wú)載波輸出時(shí)，頻譜儀上顯示的波形，如圖2（左）所示。發(fā)射機(jī)在開(kāi)機(jī)狀態(tài)下，激勵(lì)器正常工作，激勵(lì)器處有射頻載波輸出，頻譜儀即可測(cè)量出激勵(lì)器的輸出射頻載波信號(hào)波形圖，如圖2（右）所示。通過(guò)對(duì)比參考激勵(lì)器有無(wú)載波輸出的波形圖，可以很快地判斷出激勵(lì)器工作是否正常，激勵(lì)器輸出的射頻載波是否是正確的頻率和幅值。

圖2 激勵(lì)器無(wú)射頻載波輸出（左）有射頻載波輸出（右）

其次，用同樣的方式將射頻線接入前級(jí)推動(dòng)單元射頻（RF OUT）和頻譜儀的射頻信號(hào)（RF Input）。此時(shí)需要注意的操作是，由于前級(jí)推動(dòng)的射頻信號(hào)比激勵(lì)器強(qiáng)很多，必須在接入頻譜儀的射頻信號(hào)輸入（RF Input）前接一個(gè)5W 40dB的信號(hào)衰減器，以防止過(guò)強(qiáng)的射頻信號(hào)接入頻譜儀致其損壞。再通過(guò)發(fā)射機(jī)在開(kāi)、關(guān)機(jī)狀態(tài)下，前級(jí)推動(dòng)有、無(wú)射頻信號(hào)輸入、輸出狀態(tài)來(lái)查看射頻載波信號(hào)的波形，以此來(lái)判斷前級(jí)推動(dòng)工作是否正常，是否對(duì)射頻載波信號(hào)進(jìn)行預(yù)放大，信號(hào)是否偏移失真，如圖3左、右所示。

圖3 前級(jí)推動(dòng)單元無(wú)射頻信號(hào)（左）有射頻信號(hào)（右）

再次，用射頻線通過(guò)轉(zhuǎn)接頭將任一末級(jí)功放的射頻輸入（RF IN）接到頻譜儀的射頻信號(hào)（RF Input）。同理，因射頻信號(hào)過(guò)強(qiáng)，所在的射頻信號(hào)輸入（RF Input）前接一個(gè)5W 40dB的衰減器。發(fā)射機(jī)在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，設(shè)備不工作，功率分配器沒(méi)有信號(hào)輸入末級(jí)功放，得到功率分配器無(wú)射頻信號(hào)輸入到末級(jí)功放時(shí)信號(hào)的波形。當(dāng)發(fā)射機(jī)工作正常時(shí)，其末級(jí)功放的輸入端信號(hào)正常。通過(guò)對(duì)比波形就能判斷進(jìn)入末級(jí)功放前的射頻信號(hào)是否正常，方便排除前級(jí)推動(dòng)到末級(jí)功放之間的射頻切換器和功分器的故障問(wèn)題，信號(hào)波形如圖4。

圖4 末級(jí)功放無(wú)射頻信號(hào)輸入（左）有射頻信號(hào)輸入（右）

最后，需要檢測(cè)的是末級(jí)功放的輸出端監(jiān)測(cè)端口。該監(jiān)測(cè)口是發(fā)射機(jī)預(yù)留的懸空端口，可在發(fā)射機(jī)正常開(kāi)機(jī)狀態(tài)時(shí)接入頻譜儀，實(shí)時(shí)查看數(shù)字發(fā)射機(jī)對(duì)應(yīng)的功放輸出情況，直觀判斷發(fā)射機(jī)射頻信號(hào)的運(yùn)行情況。用射頻線通過(guò)轉(zhuǎn)接頭將其中一個(gè)末級(jí)功放的輸出端監(jiān)測(cè)端口接到頻譜儀的射頻信號(hào)輸入端口（RF Input）處（無(wú)需信號(hào)衰減器）。當(dāng)發(fā)射機(jī)工作正常時(shí)，得出其輸出監(jiān)測(cè)的信號(hào)波形圖，具體操作和波形圖如圖5所示。

圖5 末級(jí)功放的監(jiān)測(cè)端口接線（左）輸出監(jiān)測(cè)波形（右）

六、總結(jié)

通過(guò)頻譜儀分別對(duì)激勵(lì)器、前級(jí)推動(dòng)、功率分配器、功放的射頻信號(hào)進(jìn)行測(cè)量得出相應(yīng)波形圖，可快速直觀分析整體流程中各單元模塊是否正常，輸入輸出射頻信號(hào)是否正常，并以此為無(wú)線發(fā)射臺(tái)站數(shù)字發(fā)射機(jī)的維修提供參考依據(jù)，降低了發(fā)射機(jī)故障排查處理時(shí)間，更好地保障臺(tái)站數(shù)字發(fā)射機(jī)的安全播出。