數字電視發射機組成及故障維護

張 輝

（遼寧省廣播電視錦州醫巫閭山轉播臺，遼寧 北鎮 121300）

隨著廣播電視技術的發展，模擬電視節目因套數少、接收信號質量差等原因，已逐漸退出歷史舞臺，應運而生的節目套數多、畫面質量高、抗干擾能力強的數字電視節目逐漸走進千家萬戶。但是，作為發射數字電視節目的載體——數字電視發射機的工作原理與模擬發射機卻有著天壤之別。如何盡快提高發射臺技術人員的業務能力和水平，更好地保障數字電視發送設備安全穩定運行，對維護人員是個極大的考驗，因此本文對我臺當前的數字電視發射機原理進行講解以及典型故障案例上做詳細分析，為同仁們提供一點借鑒，以便共同提高技術維護水平。

我臺在2016年10月更換了數字發射機，是AZGDDTV-300w型地面數字電視廣播發射機，是遼寧普天股份有限公司最新研制成功的新一代全固態VIF波段數字電視發射機，借鑒了當前國際上先進數字電視發射機的先進技術和制造工藝，結合公司原有數字電視發射機的研發基礎，在大功率LDMOS射頻功放模塊、大功率合成、射頻器件快速保護以及智能化監控等核心技術取得關鍵性突破。本機為雙激勵器配置，并能實現主備激勵器的自動切換。發射機整體結構采用分離式模塊化設計，生產、組裝和維修簡便可靠。全固態電路設計，采用NXP高增益大功率LDMOS功率管，型號BLF888D，工作更穩定更可靠，模塊化設計使得操作維護簡單，并且每個功率模塊具有溫度補償電路。系統散熱采用強迫風冷的方法，新型風道散熱設計，散熱效果好。

1 數字電視發射機工作原理及組成

含有數字電視信息的數碼流（TS）送入地面數字電視單頻網激勵器內，本機有一個低相位噪聲的VCO，以保證混頻后相位噪聲能滿足數字電視的要求。來自地面數字電視激勵器的信號，進入本機的前置功放。輸出的功率信號，經功分器將前置功放的功率信號一分為三，經3個功放單元放大后，由合成器進行三合為一，濾波后輸出高質量功率，由天線發射出去。

地面數字電視發射機的組成部分主要有激勵器、前置放大單元、監控單元、開關與電源、無源部件、冷卻系統、末級功放單元。如圖1所示。

圖1 數字電視發射機原理圖

1.1 數字發射機的功放單元

本功放單元主要由三功分器、3個功放單元、三合成器、數據采集控制單元、檢流單元和顯控單元組成。由功分器輸出的一路射頻信號經由本單元的三功分器一分為三，分別由3個功放單元放大后，由本單元的三合成器三合為一。

數據采集控制單元采集來自檢流單元、溫度計和三合成器的各種工作參數和工作狀態，由本單元的顯控單元分析處理后，由LED指示燈在單元面板顯示，并上報至整機總顯控單元。如有故障，顯控單元會給出相應的控制指令，數據采用控制單元和檢流單元執行相應操作，保證單元工作正常。

1.1.1 三功分器

三功分器是功放單元的輸入部分，為了達到損耗低，匹配好的目的，采用經典的威爾金森電路設計，優選了高介電常數、低損耗、高導熱的優質印制板材，經過多次反復的計算機仿真、實際測試和功率試用后，獲得了優良的性能和高度的一致性。

1.1.2 功放單元

高效功放單元由RFE6VP8600（BLF888）及其外圍器件組成，具有高增益、高效率及高線性的特點。為了獲得優越的性能，專門設計了導熱性能優良的熱承，使其更加穩定可靠，效率更高。

1.1.3 三合成器

三合成器是功放單元的功率合成部分，三合成器專門設計了耦合檢波器，提供功放單元的輸出功率和反射功率檢測，方便單元的監測、管理和控制，為了提高功放單元匹配性和隔離度，在三合成器輸出處設置了高品質的隔離器，增加了本單元的可靠性。

1.1.4 檢流單元

檢流單元主要是采集各個功放單元的供電電壓、電流和控制其供電的通斷。控制其供電的通斷是接收數據采集控制單元的開關指令，開通或關斷各個功放單元的供電，保護該功放單元。

1.1.5 數據采集控制單元

數據采集控制單元采集本功放單元的工作參數，如電流、電壓、功率、溫度等，經放大濾波等處理后送于顯控單元。本功放單元出現故障，如溫度過高、功率過大或電流過大時，該單元輸出一個高電平，關斷各個功放單元的供電，保護各功放單元。

1.1.6 顯控單元

顯控單元處理分析本單元的工作參數，判斷工作狀態，驅動LED顯示，發出相關控制指令，上傳相關工作參數和工作狀態，撥收總顯控單元的指示，發出相關控制指令。為了保證本功放單元的穩定可靠，設置了較為完善的監測、控制與保護，包括供電電壓、電流、溫度、輸出功率和反射功率的監測，過壓、過流、過溫、過功率、過反射等。

1.1.7 單元面板（LED）

本單元的后面板上是射頻輸入、輸出和供電通信控制接口，采用熱插拔方式。前面板上的LED燈，表示本單元的工作狀態。（1）電源（+50 V）指示燈（綠色）：正常工作時，亮。（2）負載失配指示燈（紅色）：當負載失配反射過大時亮紅色；正常工作時，滅。（3）功率過荷指示燈（紅色）：當功率過荷時亮紅色；正常工作時，滅。（4）過流保護指示燈（紅色）：當電流過大時亮紅色：正常工作時，滅。（5）過激勵保護指示燈（紅色）：當激勵過大時，亮紅色；正常工作時，滅。（6）過溫保護指示燈（紅色）：當溫度過高時亮紅色；正常工作時，滅。以上任何一個保護燈亮紅色，同時啟動了相應保護功能電路，關閉了功放模塊。當故障排除后，再開機，使整機恢復正常工作。單元面板上還有I、Po、Pr 3個小孔，用于調試維修。

1.2 合成器及熱拔插

末級功放單元的輸出由合成器進行合成。本機的功率輸出合成器采用典型吉賽爾電路設計原理。優越的設計技術，精密的加工，保證了優良的性能和一致性。本合成器匹配好、隔離度高、插損小，合成功率大。性能優越的功率輸出合成器保證了本機的末級功放單元在出現故障時，整機能夠減功率工作。末級功放單元的熱插拔設計，讓本機可以在不停機的情況下，快速更換故障單元，縮短更換時間，提高更換效率，為用戶系統的正常播出提供了更多的保證和方便。

1.3 濾波及輸出單元

發射機的末級功放單元經功率合成后，通過一個耦合器和帶通濾波器輸出，同時將耦合輸出的射頻信號檢波送給顯控單元，檢測輸出功率和反射功率。帶通大功率濾波器采用了交叉耦合技術和溫度補償技術；尤其是溫度補償技術，采用的是不同金屬材料的線膨脹與溫度補償之間的關系;經過長期的研發，掌握了豐富的實踐經驗。使濾波器能在-40～60℃之間，很寬溫度范圍內正常工作。且損耗小，選擇性高，適合鄰頻多工合成，單天線發射。鄰頻合成既可降低天饋成本，又可節省頻率資源。

1.4 電源單元

電源單元主要為本機末級功放單元供電。本機的末級功放，采用優質高效的開關電源。采用的機箱電源，設計上可放置4臺電源模塊。根據供電實際并盡量保持三相平衡，采取了第一電源模塊槽位空置，2、3、4槽位內置3臺電源，并聯均流為系統供電。該電源是高密度、大功率、高效率、高品質的一流開關電源，效率達95%以上，配置2臺即有足夠的冗余。為了提商電源的可靠性，總共配置了3臺電源為2+1備份。這樣任何一臺電源出現故障，都能保證本機末級功放供電正常。而且本電源單元為熱拔插設計，任何一臺電源都可以直接拔插，方便維修、維護。

1.5 配電、供電、防雷

通過分線器、避雷器、交流接觸器、固態繼電器等，將三相交流380 V的輸入電壓分配為單相交流220 V電壓，供給電源單元，功放單元，前置功放單元，風機單元，激勵器（調制器）單元和總顯控單元。激勵器（調制器）單元和總顯控單元直接供電，不受任何控制；而電源單元，功放單元，前置功放單元、風機單元的供電受固態繼電器的控制，可以對其實施遙控開關機。防雷措施在電源輸入處有兩重，一是在交流輸入處接有避雷器，該避雷器具有避雷、相序識別、缺相告警等功能，保證在交流輸入正常的條件下方能啟動發射機。二是開關電源具備防雷功能，保證末級功放單元在雷擊萬一通過第一級防雷設施的情況下，仍然不會被雷擊損壞。

2 發射機的功放故障維修及案例

功放對發射機的功率輸出起著決定性作用，也是發射機出現故障較多的地方，功放故障是發射機檢修的重點難點，故障一般是LDMOS場效應管燒壞，有時是電壓電流不正常導致過壓過流保護。

維修實例1：發射機無輸出，射頻輸入和供電均正常，打開發射機蓋板，各指示燈亮，功放塊48 V直流電壓正常，功放塊輸入端有射頻輸入而輸出端沒有射頻輸出，判斷功放燒壞，打開功放塊蓋板，發現LDMOS管有燒焦的痕跡，后更換LDMOS管，發射機工作正常。

維修實例2：發射機輸出功率下降，此發射機有3個功放單元，監控單元LCD顯示功放3無輸出且報警，測試3個功放單元的AGC控制電壓，功放1、2的AGC控制電壓為1.6～1.8 V，而功放3的AGC控制電壓超過1.8 V，調整功放3的AGC控制電壓，功放3輸出正常，整機輸出功率也正常，報警解除，故障排除。分析原因是由于功放3的AGC控制電壓較高，致使功放3輸入電平較高，功放電路過載保護所致。另外，還有過熱保護、冷卻系統故障、過壓過流保護、濾波器失調和授時器失鎖等。

維修實例3：功放模塊內的功放管電流異常（正常時工作電流為3～5 A），檢測數值意見有兩種情況：一是工作時LDMOS管的電流為0.4 A左右；二是工作時LDMOS管的電流為0 A。故障分析與處理：（1）LDMOS管有電流但基本和靜態電流一致，原因為無推動功率。因全固態電視發射機在低電壓、大電流的狀態下工作，且LDMOS工作在甲類或甲乙類狀態，發熱量大。電路連接點熱脹冷縮，會出現焊點開裂現象，導致電路開路。重新焊接推動功率的輸入接點可排除故障。（2）LDMOS管電流為0 A，測量電位器阻值異常。需重換LDMOS管，更換步驟如下所示。a.松開功放管上的各個固定螺釘，用兩個電烙鐵同時加熱LDMOS管的兩個柵極。待柵極上的焊錫融化后，向上撬動LDMOS管，使柵極脫離電路板。同樣方法處理LDMOS管的漏級，使整個LDMOS管脫離電路板。b.將功放模塊散熱板上的舊導熱硅脂清理干凈。c.在新的LDMOS管外殼底部均勻涂抹導熱硅脂后，把LDMOS管安裝好位置，用螺釘固定好。d.為LDMOS管上錫焊接，焊接人員需著防靜電腕帶，將腕帶連接到地。焊接時拔掉電烙鐵電源，每次焊接時間不要太長。e.調整LDMOS管的偏置電壓及輸入匹配。總結：維修時往往發現在損壞的LDMOS晶體管輸出端，都出現脫焊的情況，于是在某些方面可以認為，由于輸出特性阻抗等參數的改變而導致LDMOS晶體管的損壞，我們將進一步實驗分析這種可能性。在出現故障，來不及對故障LDMOS功放管進行更換處理時，應先降低整體發射功率，以減小其他未損壞功放組件進一步損壞的可能性，在整機功率不低于3 dBm的情況下，基本可以維持主要覆蓋區域面積不變。

3 結束語

隨著地面數字電視發射機大規模的應用，對常出現的發射機主要功放部分進行了一些技術總結，為了保證安全播出，提高設備的安全穩定性，在設備運行中應該采取一些必要的措施。首先是機房的工作環境，應嚴格控制機房的溫度、濕度、灰塵，它們對高頻設備的安全穩定運行有著很大的影響，過高的溫度會影響設備內部元器件的效率和可靠性，過大的濕度影響電路的高頻特性，導致元器件損壞；其次，對于大型的數字發射設備在使用一段時間后，應該使用專業儀器進行統調，特別對多次進行維修過的高功放部分，更應該進行工作點等參數調整，保證高頻性能。

技術維護是一項理論與實踐結合性很強的工作，要求具有細致的觀察力、準確的判斷力和科學的分析處理方法，我們要多學習、多實踐、多鉆研新技術，以豐富的理論知識指導實際工作，并在實際工作中積累經驗，充實自己，做好平時的維護工作，及時排除存在的問題，保證數字電視發射機的安全運行。在技術設備不斷快速更新換代的今天，應該不斷地學習維護方法和手段，以適應今天新時代、新技術發展的要求。