齊愛(ài)梅

（山西省廣播電視局老軍營(yíng)發(fā)射中心，山西 太原 030012）

近年來(lái)，山西省廣播電視局先后購(gòu)置多部哈里斯（Harris）10 kW全固態(tài)數(shù)字調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)，分別承擔(dān)著中央一、二、三套，山西系列臺(tái)多套調(diào)頻廣播節(jié)目的發(fā)射任務(wù)。該發(fā)射機(jī)是一套多功能、高效率的FM廣播發(fā)射機(jī)，使用了被稱為Z-Aixs三維電子設(shè)計(jì)理論，使用了Harris數(shù)字調(diào)頻激勵(lì)器（Digital FM Exciter）。Z-Axis將射頻電路元件如分配器、合成器、放大器分布于三維空間，以使它們之間有最有效的信號(hào)通路，可使發(fā)射機(jī)的放大器組合經(jīng)濟(jì)地分解成細(xì)小模塊，以便于進(jìn)行拆卸、維護(hù)和更換。經(jīng)過(guò)幾年的工作運(yùn)行，山西音樂(lè)廣播94 MHz哈里斯數(shù)字調(diào)頻發(fā)射機(jī)性能穩(wěn)定可靠，技術(shù)質(zhì)量指標(biāo)高，音質(zhì)與CD可以相媲美，充分顯示了數(shù)字化發(fā)射機(jī)的優(yōu)越性。

1 功放組成

1.1 PA功率放大和IPA（中間）功率放大模塊

Z10（10 kW）調(diào)頻發(fā)射機(jī)有16個(gè)PA（功放）模塊和2個(gè)IPA（中間放大）模塊，所有模塊相同且可互換。每個(gè)模塊是由2個(gè)獨(dú)立的射頻放大器組成，每個(gè)射頻放大器有2個(gè)MOSFET器件固定在小型散熱部件上，能提供400 W功率。功放模塊直接插在隔離的合成器上，沒(méi)有使用敏感射頻線。散熱板的2個(gè)面各有1個(gè)放大器，稱為PAs，術(shù)語(yǔ)“模塊”是由散熱板和2個(gè)PAs組成。模塊是對(duì)稱的，即模塊可不分上下地插入發(fā)射機(jī)。功放模塊具有“熱插拔能力”，即當(dāng)發(fā)射機(jī)工作時(shí)模塊可移去或替換。在負(fù)載匹配，環(huán)境溫度低于50℃時(shí)，每個(gè)模塊（2個(gè)射頻放大器）可產(chǎn)生最大850 W的輸出功率。

IPA由2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)功放模塊組成，這2個(gè)子模塊只有一邊工作，為5 kW PA組合提供驅(qū)動(dòng)，意思就是每個(gè)5 kW組合有1個(gè)IPA備用。發(fā)射機(jī)含有檢測(cè)、邏輯和開(kāi)關(guān)電路，可自動(dòng)從有故障的IPA切換到正常的IPA。為了更進(jìn)一步地冗余，任一功放模塊，不用修改可用作IPA模塊。

1.2 射頻合成

每個(gè)功率放大器或功放（功放模塊的一半），首先在一個(gè)微型8路三維隔離合成器中合成。所謂隔離，意思是無(wú)論放大器有多少個(gè)模塊工作，仍然工作于50 Ω阻抗負(fù)載，即使故障情況下，對(duì)放大器無(wú)影響。每個(gè)5 kW功放組合中，有2個(gè)8路合成器，8路合成器的輸出到一個(gè)3 dB合成器中合成，2個(gè)5 kW功放組合輸出在另一個(gè)3 dB合成器中合成10 kW射頻輸出。3 dB合成器可改善射頻模塊的負(fù)載阻抗條件，吸收由天線接收的功率，以減少與其他相鄰調(diào)頻發(fā)射機(jī)產(chǎn)生互調(diào)。

1.3 PA控制器板

Z10調(diào)頻發(fā)射機(jī)有4個(gè)PA控制器，利用微處理控制器給主控制器提供信息，但可獨(dú)立于主控制器工作。每個(gè)PA控制器控制32個(gè)PA中的8個(gè)。表1顯示出各PA控制板控制哪些PA。PA控制器的作用為:通過(guò)PA的柵偏壓來(lái)開(kāi)/關(guān)PA（使PA導(dǎo)通或截止）；測(cè)量PA和與其相鄰的隔離電阻的狀態(tài)和故障監(jiān)測(cè)；合成器隔離開(kāi)關(guān)控制，與PA相鄰并受其控制；交叉保護(hù)（在故障情況下由另一個(gè)PA控制板控制封鎖PA）。%

表1 PA控制分配

表1是跟蹤PA控制器和每個(gè)IPA的控制、狀態(tài)和測(cè)量的幫助。第1列是按Z平面排列的PA組，第2列是具體PA的結(jié)構(gòu)和位置，與印在PA門(mén)后的一樣。第3列至第6列，每個(gè)PA控制器的標(biāo)識(shí)和可以控制的8個(gè)PA，即PA1～PA8。第7列是PA和PA控制器之間的具體連接路徑和給出了每個(gè)PA的結(jié)構(gòu)和接頭的數(shù)字。最后2列給出每個(gè)PA隔離開(kāi)關(guān)和隔離電阻的元件編號(hào)。隔離開(kāi)關(guān)和電阻位于固定在Z平面邊上的隔離板上。%

2 功放控制器故障

下面詳細(xì)介紹與PA控制板相關(guān)的故障。其中大部分用以處理PA以及隔離電阻的問(wèn)題。

2.1 普通功放故障解決

一般的步驟，首先解決的方法就是更換功放或者整個(gè)模塊。如果問(wèn)題隨著功放而動(dòng)，就要確認(rèn)問(wèn)題出在功放而不是它所連的槽。如果問(wèn)題明顯發(fā)生在某個(gè)槽里面，那么就可進(jìn)一步查到問(wèn)題在哪里。表1中有列出。

2.2 功放過(guò)電流

每個(gè)功放在沒(méi)有故障的情況下其標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)流閾值為14.5 A，如果某個(gè)功放過(guò)電流，那個(gè)功放將被屏蔽，連接隔離開(kāi)關(guān)將斷開(kāi)隔離電阻和功率合成器的連接并且讓功放的輸出接地。這是使其他的功放得以優(yōu)化的最好方法。直到按下開(kāi)機(jī)鍵使發(fā)射機(jī)重開(kāi)，這將不屏蔽有故障的功放，如果電流仍然太高，那個(gè)功放將又一次關(guān)閉。

然而，應(yīng)注意到Z10控制系統(tǒng)是會(huì)自適應(yīng)的。由于壞了1個(gè)功放，其他3個(gè)功放會(huì)因?yàn)檫B接失配增加而減少功放電流的折返電平，如果第2個(gè)又壞了，還要看它和第1個(gè)壞的功放的位置關(guān)系來(lái)決定電流折返限制點(diǎn)。這基本意味著有2個(gè)功放出了故障。根據(jù)損壞功放的位置，發(fā)射機(jī)最高功率為100%，亦或是最壞的情況，功率為80%（可能更低，視工作環(huán)境而定）。具體情況見(jiàn)表2。

不工作的器件1個(gè)功放損壞2個(gè)功放損壞3個(gè)功放損壞拆除1個(gè)模塊拆除2個(gè)模塊1個(gè)電源損壞1個(gè)功放控制器損壞1個(gè)電源控制器損壞最好情況下輸出功率100100 100100 10030 3016 最壞情況下輸出功率10080 40100 7030 3016

表2中，1個(gè)功放控制器或電源損壞相當(dāng)于32個(gè)功放中有8塊發(fā)生故障。1個(gè)電源控制器損壞相當(dāng)于2個(gè)電源和32個(gè)功放中有16塊發(fā)生故障。

2.3 A，B，C或D#_UC功放弱電流

功放弱電流是與4個(gè)為1組的功放電流讀數(shù)相比較而言的。當(dāng)每個(gè)4組件的功放電流相同時(shí)，例如A1，A2，A3，A4，所有這些都被插入到1個(gè)4路功率合成器，若其中1個(gè)功放有電流讀數(shù)時(shí)，將是其他3個(gè)功放平均電流的10%以下，這時(shí)系統(tǒng)將被暫停工作120 ms，功放隔離開(kāi)關(guān)也被激活，其余3個(gè)功放將又可以工作?？刂破髦鲗?dǎo)裝置真正檢測(cè)這個(gè)故障，因?yàn)楣Ψ趴刂破?組件的PA沒(méi)有電流讀數(shù)（每個(gè)功放控制器僅控制任意一組中的2個(gè)功放模塊）。當(dāng)?shù)碗娏鞴收媳粰z測(cè)到后，主導(dǎo)裝置給相關(guān)功放控制器發(fā)出一條命令，關(guān)閉該功放。這里的#是指數(shù)字1～8。

2.4 A，B，C或D#功放不輸出功率

無(wú)論功放何時(shí)不輸出功率，每個(gè)功放引起的電流都會(huì)被檢測(cè)到。如果功放不輸出功率后仍有電流流動(dòng)，那么這種故障會(huì)導(dǎo)致發(fā)射機(jī)不工作，直至所有電流值在1 A之下。這種故障大部分可能都是測(cè)量故障，在故障記錄中會(huì)顯示出“A，B，C，D#-MUTE-FLT”（這里的“#”可以是數(shù)字1～8）。要判斷功放或者插槽是否有故障，可以關(guān)閉發(fā)射機(jī)，翻轉(zhuǎn)功放模塊后裝入或者其他的模塊替換。注意，當(dāng)功放不輸出功率故障發(fā)生時(shí)，要記得在拆除功放模塊前，一定要關(guān)閉發(fā)射機(jī)，這樣可以保護(hù)功放邊緣接頭不產(chǎn)生打火。

2.5 A，B，C或D#_OT功放溫度過(guò)高

每個(gè)功放的溫度通過(guò)熱敏電阻RT1（固定于單個(gè)的放大器板上）來(lái)感應(yīng)。如果溫度到達(dá)100℃，發(fā)射機(jī)將不工作，并通過(guò)隔離開(kāi)關(guān)斷開(kāi)這個(gè)有問(wèn)題的功放。如果其中1個(gè)熱敏電阻或它的線路短路，溫度指示將達(dá)155℃或更高。

2.6 A，B，C或D#_OUT功放輸出閉鎖

閉鎖故障可能發(fā)生在任一功放。有2個(gè)頂端連接件與每個(gè)功放相連，J1-A和J1-V，要比其他的短。除非功放全部插入連接件，否則2個(gè)連接件不會(huì)接通。如果沒(méi)有插入功放，這2個(gè)連接件開(kāi)路，控制器將從系統(tǒng)中斷開(kāi)此功放，并在故障記錄中報(bào)告:A，B，C，D#_OUT（這里的“#”可以是數(shù)字1～8）。這些信息在診斷顯示屏“Status Menus”中功放狀態(tài)下顯示?？砂矗跾TAUS C］（狀態(tài)C）后選擇所需的Z形平面板。

2.7 A，B，C或D#_ISO功放隔離故障

此故障門(mén)限使功放隔離電阻溫度是150℃，這些電阻被固定安放在5 kW功率模塊底座的隔離板上。正常時(shí)隔離電阻有很小的電流并保持在40～100℃，如果在4個(gè)為1組的放大器組中，跟隔離電阻相接的放大器與其他3個(gè)放大器比較，存在相位或幅度差異，那么電阻會(huì)消除不平衡因數(shù)，增加它的溫度。越不平衡，溫度上升得越快。每個(gè)電阻器都接有一個(gè)特殊環(huán)氧樹(shù)脂制成的熱敏電阻，來(lái)感應(yīng)溫度，當(dāng)溫度超過(guò)150℃（或預(yù)測(cè)值高于此溫度），故障記錄將登記“A，B，C或D#_ISO”故障。發(fā)射機(jī)被抑制120 ms，此功放被關(guān)閉，故障釋放。此過(guò)載預(yù)示是由隔離負(fù)載有規(guī)則的溫度升高，超過(guò)規(guī)定時(shí)間限制而引起，這意味著在系統(tǒng)出錯(cuò)之前，隔離電阻不會(huì)到150℃，但是如果溫度由電阻熱度引起升高，系統(tǒng)將關(guān)閉該問(wèn)題功放。監(jiān)視隔離電阻溫度可在顯示面板中按［METERING C，C］，從屏幕上可由Z平面板監(jiān)控所有的隔離電阻溫度。

注意，獨(dú)立的功放電阻的溫度會(huì)有一些變化，但是如果它們?cè)?5℃以下的環(huán)境中，那么就可認(rèn)為是正常的。

2.8 PA_ISO_OT功放隔離電阻溫度過(guò)高

這是一種普通的溫度過(guò)高故障，如果合成器中的功放隔離電阻確實(shí)達(dá)到150℃（非預(yù)測(cè)值），發(fā)射機(jī)將停止運(yùn)行。這樣可防止因沒(méi)有把隔離電阻從電路中切斷，而使合成器系統(tǒng)發(fā)生故障。主要原因是電阻有關(guān)的隔離開(kāi)關(guān)存在故障。但是，1個(gè)短路的熱敏電阻（每個(gè)功放隔離都有相連的1個(gè)熱敏電阻，用來(lái)傳感溫度）也能引起此故障，因?yàn)樗鼤?huì)使溫度達(dá)到最大的讀數(shù)，甚至超過(guò)150℃。

如果產(chǎn)生此故障，所有的功放隔離電阻溫度都應(yīng)被檢查。因?yàn)榘l(fā)射機(jī)被關(guān)閉，溫度應(yīng)降下來(lái)。如果其中1個(gè)仍然極熱，大約在150℃，那么有1個(gè)熱敏電阻可能短路。如果所有的溫度讀數(shù)都冷卻下來(lái)，也可能是射頻開(kāi)關(guān)的問(wèn)題。找出正確的射頻開(kāi)關(guān)或隔離負(fù)載，得到A，B，C或D＃_ISO故障號(hào)（故障記錄也有），并參見(jiàn)表1。

2.9 PA_ISO_SW功放隔離開(kāi)關(guān)故障

在系統(tǒng)測(cè)試期間，如果發(fā)現(xiàn)功放隔離開(kāi)關(guān)有問(wèn)題，這種故障就將出現(xiàn)。在系統(tǒng)測(cè)試時(shí)，每發(fā)現(xiàn)一處故障，相應(yīng)的功放和功放相屬的隔離電阻將被切斷。因?yàn)楣Ψ胖械母綦x開(kāi)關(guān)并未真正斷開(kāi)相應(yīng)的隔離電阻，系統(tǒng)自檢將中斷，并在故障記錄中報(bào)告。

2.10 合成器ISO（合成器隔離）故障

有3種隔離故障:

1）PAC_ISO AZ，BZ，CZ或DZ（R9在隔離板上）。這是位于Z-Plan上的2組4組件之間輸出不平衡引起的溫度故障。如果其中1組負(fù)載接近145℃，功放控制器將抑制所有功放，可通過(guò)按開(kāi)機(jī)鍵重啟系統(tǒng)。如果主控制器不工作或者由主控制器觸發(fā)的隔離功放控制器反饋程序不能使隔離負(fù)載降溫，這種故障就會(huì)產(chǎn)生。

2）PAC_ISO AB或PAC_ISO CD（隔離負(fù)載或抵抗負(fù)載位于5 kW混合合成器）。這是由Z-Planes的A和B之間或C和D之間輸出不平衡造成的溫度故障。如果其中1個(gè)負(fù)載接近145℃，功放控制器將關(guān)閉所有功放輸出。這些負(fù)載的溫度也由主控制器感應(yīng)。所以在故障產(chǎn)生之前，主控制器將會(huì)啟動(dòng)隔離功放控制器反饋程序不能使負(fù)載溫度降低，那么功放控制器將會(huì)保護(hù)系統(tǒng)。

3）ISO_ABCD（隔離負(fù)載在10 kW合成器上，10 kW合成器合成了2路5 kW功率塊的輸出）這是由2路5 kW功率塊A和B或C和D之間輸出不平衡（相位或幅度）引起的溫度故障?？赡苁怯赡K故障或是IPAs輸出不平衡造成的。電阻溫度由主控制器和4個(gè)功放控制器來(lái)傳感。如果主控制器不工作或反饋程序不能使負(fù)載溫度降低，那么功放控制器將會(huì)保護(hù)系統(tǒng)。

AB，CD的整體ABCD負(fù)載可用電阻表測(cè)量。

2.11 PAC#_VOLTS電源故障

如果受獨(dú)立功放控制器控制功放電壓小于30 V（直流）或大于65 V（直流）會(huì)產(chǎn)生此故障。執(zhí)行3次故障清除，如故障仍存在，功放在電源控制器控制下將被抑制和關(guān)閉。受功放控制器1控制的所有8個(gè)功放由電源1供電，2號(hào)電源給2號(hào)功放控制器供電，依次類推。

2.12 PAC#_-15 V故障

這是關(guān)鍵性故障，因?yàn)槿绻?15 V電壓，受影響的功放控制器基本失去輸出能力，從而引起電路故障。故障被檢測(cè)到后，受影響的功放控制器要求其他功放控制器抑制它的功放（XOVER），并將其關(guān)閉。這將引起較嚴(yán)重的系統(tǒng)失衡，發(fā)射機(jī)在大多數(shù)情況下其輸出功率約為正常輸出功率的30%。注意，交流電相間不平衡或缺相會(huì)產(chǎn)生這種故障。如果交流缺相故障幾乎同時(shí)被記錄下來(lái)，則此故障應(yīng)該忽略。

3 日常維護(hù)

Z10發(fā)射機(jī)的日常維護(hù)主要包括:定期清潔，對(duì)溫度、電壓、電流工作情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3.1 清潔

適當(dāng)?shù)貙?duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行清潔是維護(hù)工作中最基本的。如果空氣是來(lái)自室外，那么應(yīng)經(jīng)常過(guò)濾，以保證室內(nèi)及發(fā)射機(jī)的清潔。

模塊上的散熱片效率較高，模塊應(yīng)定期清潔，模塊的清潔應(yīng)當(dāng)在指定的場(chǎng)所，根據(jù)空氣流通系統(tǒng)、過(guò)濾器、濕度等情況而定清潔周期。既可通過(guò)直觀觀察，又可通過(guò)數(shù)字顯示屏上模塊溫度監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)決定是否進(jìn)行模塊清潔。

電源部分清潔可通過(guò)吸塵器或充氣機(jī)來(lái)進(jìn)行。發(fā)射機(jī)機(jī)頂?shù)恼髌靼l(fā)熱片可用充氣機(jī)來(lái)清潔，待灰塵沉淀后，中間的間隔部分用吸塵器除塵。移動(dòng)線纜進(jìn)行清潔時(shí)應(yīng)格外小心，移動(dòng)任何一根電纜，均有可能令線路出現(xiàn)短路或斷路，因此電纜應(yīng)可能少移動(dòng)。

3.2 測(cè)試

3.2.1 常規(guī)測(cè)試

測(cè)試應(yīng)作為常規(guī)維護(hù)的一部分，每年至少進(jìn)行1次。如果主要的功率合成器元件，如Z-Plane或隔離板，進(jìn)行拆卸或更換，或者將連接以上2個(gè)板的連接線斷開(kāi)或重接，都要進(jìn)行測(cè)試。

3.2.2 系統(tǒng)測(cè)試

系統(tǒng)測(cè)試的目的是功率合成器配置、電纜情況和完整性進(jìn)行測(cè)試。系統(tǒng)測(cè)試時(shí)間長(zhǎng)度將在顯示屏顯示。測(cè)試時(shí)將功率減小到標(biāo)稱功率的40%，即4 kW，并將完成每個(gè)功放的抑制周期。測(cè)試時(shí)，天線的駐波比必須小于1.2，且沒(méi)有故障出現(xiàn)。若駐波比太高，測(cè)試將被中斷。在測(cè)試的過(guò)程中，“HIGH ON”和“LOW ON”將不會(huì)工作，在功率高于50%的任何時(shí)間，此檢測(cè)系統(tǒng)都可以啟動(dòng)。在測(cè)試的時(shí)候，檢測(cè)到了錯(cuò)誤，測(cè)試將會(huì)停止。注意，若發(fā)射機(jī)在正常的操作溫度下進(jìn)行測(cè)試的話，測(cè)試效果將會(huì)比較理想。如果測(cè)試失敗，應(yīng)至少啟動(dòng)2次，以驗(yàn)證每次是否出現(xiàn)同一故障。