劉 宏

（營(yíng)口新聞傳媒中心廣播電視發(fā)射臺(tái)，遼寧 營(yíng)口 115000）

1 概 述

XG300UT-1KD-Ⅱ型地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)，于2016 年在營(yíng)口廣播電視發(fā)射臺(tái)安裝并投入運(yùn)行，擔(dān)負(fù)起轉(zhuǎn)播、發(fā)射中央地面無(wú)線(xiàn)數(shù)字電視廣播節(jié)目任務(wù)，工作在47 頻道。該機(jī)自投入運(yùn)行以來(lái)，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，故障率低，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)大的故障問(wèn)題，具備良好的工作性能。

XG300UT-1KD-Ⅱ型地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)采用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的AVS+視音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)格式、COFDM 調(diào)制方式，是新一代分米波基于衛(wèi)星傳輸?shù)膯晤l網(wǎng)地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)，具有高效節(jié)能、輸出功率穩(wěn)定、輸出非線(xiàn)性失真小、帶肩比高、調(diào)制誤差率低、寄生輸出小、輸出載波精確度高、操作直觀方便以及整機(jī)維護(hù)簡(jiǎn)捷的特點(diǎn)[1]。發(fā)射機(jī)采用性能優(yōu)越的基于衛(wèi)星傳輸?shù)牡孛鏀?shù)字電視單頻網(wǎng)激勵(lì)器、高線(xiàn)性前置放大器，并有飛思卡爾和恩智浦公司生產(chǎn)的最新大功率LDMOSFET 構(gòu)成的線(xiàn)性功率放大器組成的前級(jí)、末級(jí)功放單元，高精度工作參數(shù)檢測(cè)、處理電路，觸摸式彩色液晶顯示屏以及單板機(jī)整機(jī)控制技術(shù)等，其專(zhuān)有的“N+1”數(shù)字電視發(fā)射機(jī)系統(tǒng)遠(yuǎn)程管理監(jiān)控平臺(tái)，可以組成“N+1”數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)，保證電視節(jié)目不間斷播出。

2 整機(jī)構(gòu)成與工作原理

XG300UT-1KD-Ⅱ型地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)整機(jī)采用19 英寸標(biāo)準(zhǔn)鋼架結(jié)構(gòu)柜體，配有整機(jī)前門(mén)，觸摸式彩色液晶顯示屏置于其外側(cè)上部，柜體中部有4 個(gè)300 W 功放單元、風(fēng)機(jī)冷卻單元、顯控單元、前置功放單元、激勵(lì)器單元以及雙模授時(shí)器單元，下部有電源單元和配電單元，柜體后部由前置功放輸出切換器、四功分器、四合成器及輸出濾波器等單元組成[2]。各單元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全部采用標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、EMC 電磁兼容設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了維護(hù)裝卸方便、防干擾、防塵、減少能耗的特性。整機(jī)原理如圖1 所示。

圖1 整機(jī)原理方框圖

整機(jī)為交流380 V 三相供電。供電進(jìn)入機(jī)柜接入配電單元，由配電單元的分線(xiàn)器分配成多路交流220 V 輸出電源供給所需單元。電源單元輸出兩組直流電源50 V 主電源和12 V 輔助電源，供給前置功放單元和末級(jí)功放單元。由AVS+專(zhuān)業(yè)衛(wèi)星接收綜合解碼器傳輸來(lái)的數(shù)字電視信號(hào)基帶TS 碼流送入本機(jī)激勵(lì)器。激勵(lì)器在多頻網(wǎng)工作時(shí)使用高穩(wěn)定性、高精度的恒溫晶振本振源，工作在單頻網(wǎng)時(shí)采用外接北斗/GPS 雙模授時(shí)器提供的10 MHz 信號(hào)作為本振源。數(shù)字電視信號(hào)經(jīng)過(guò)激勵(lì)器轉(zhuǎn)換，調(diào)制成額定頻率的射頻信號(hào)，經(jīng)頻道濾波器輸出給前置功率線(xiàn)性放大器放大。其輸出經(jīng)主備切換器和四功分器將前置線(xiàn)性功率放大器輸出的推動(dòng)功率信號(hào)一分為四，輸出給4 個(gè)300 W 末級(jí)功放模塊放大；其輸出給四合成器，合四為一，總合成功率大于1 200 W，經(jīng)過(guò)末級(jí)輸出濾波器后輸出標(biāo)準(zhǔn)的額定功率1 000 W 的射頻數(shù)字電視信號(hào)。

本機(jī)激勵(lì)器工作采用雙激勵(lì)器互為熱備份方式，整機(jī)的安全保護(hù)功能由總顯控單元通過(guò)各單元的數(shù)據(jù)采集檢控電路實(shí)施檢控，并通過(guò)彩色液晶顯示屏，實(shí)時(shí)顯示整機(jī)的激勵(lì)器、功率放大器及供電電源的運(yùn)行參數(shù)和狀態(tài)[3]。當(dāng)出現(xiàn)故障，顯控單元指示出故障單元并發(fā)出報(bào)警。各單元的信息聯(lián)網(wǎng)傳輸采用RS-485 通信方式。

3 整機(jī)各單元性能分析

3.1 前置線(xiàn)性功率放大器單元和末級(jí)高效功率放大器單元

發(fā)射機(jī)前置線(xiàn)性功放由三級(jí)功放鏈路組成。第一級(jí)采用性能優(yōu)越的倍增放大器，增益大于15 dB，能夠減少對(duì)激勵(lì)器的功率放大要求。第二級(jí)是由MRF3090 功放管組成的功率放大器，具有高線(xiàn)性和功率冗余量，增益為21 dB，最大輸出高線(xiàn)性5 W 功率，實(shí)際工作輸出1.5 W，工作電流400 mA。第三極是XGPA100D 功放，是由BLF888B 功放管組成的功率放大器，采用多赫蒂功率放大器設(shè)計(jì)，具有高增益、高效率、高線(xiàn)性的特點(diǎn)[4]，增益高達(dá)20 dB，可輸出高線(xiàn)性功率50 W，實(shí)際工作25 W，工作電流大約1 A，并設(shè)計(jì)有采樣檢流保護(hù)電路，采集輸出功率和反射功率。功放的電壓、電流及功放溫度信號(hào)，提供給顯控單元和保護(hù)電路進(jìn)行顯示和保護(hù)。

末級(jí)功放單元功放模塊XGPA300D 由3 個(gè)XGPA120D 功率放大器、三功分器、三分配器、數(shù)據(jù)采集控制電路以及檢流和顯控電路組成。XGPA120D 功率放大器由BLF888B 功放管和外圍器件組成，采用多赫蒂電路設(shè)計(jì)，具有高增益、高線(xiàn)性、高效率的特點(diǎn)，增益大于20 dB，輸出功率110 W，工作電流4.5 A，與前級(jí)功放電路數(shù)字預(yù)失真技術(shù)配合使用，可提升功放的線(xiàn)性和效率。3 個(gè)XGPA120D 功率放大器通過(guò)三合成器合成XGPA300D 功放模塊，為提高本單元模塊的匹配性、安全性和隔離度，在XGPA120D 功率放大器輸出端安裝了高品質(zhì)的500 W 隔離器，避免因電路失配而損壞放大器。合成后單元功放模塊功率輸出300 W，工作電流約13.5 A，4 個(gè)XGPA300D 功放模塊合成末級(jí)功放單元。

末級(jí)功放電路工作在高頻、大電流、大功率狀態(tài)，整個(gè)功率放大是一條逐級(jí)放大、多級(jí)合成的鏈路。功放管比較貴重，一旦失配、失諧或者電壓波動(dòng)、激勵(lì)過(guò)大，都會(huì)造成電路燒毀、器件損壞，導(dǎo)致機(jī)器停播事故。為了監(jiān)控和保護(hù)末級(jí)功放單元模塊的工作，整機(jī)設(shè)置了檢流電路、數(shù)據(jù)采集控制電路及顯控電路，通過(guò)采集功放供電電壓、供電電流和功放模塊的功率、溫度、電壓電流、駐波、激勵(lì)等工作參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控。一旦出現(xiàn)異常，發(fā)射機(jī)發(fā)出指令關(guān)斷XGPA120D 功率放大器的供電電源，保護(hù)電路不受到進(jìn)一步的損壞，并驅(qū)動(dòng)LED 燈顯示，通過(guò)RS-485 通信總線(xiàn)將信息上傳至總顯控單元進(jìn)行屏顯和控制。本機(jī)末級(jí)功放具有三級(jí)控制保護(hù)功能，第一級(jí)是功放本級(jí)保護(hù)，第二級(jí)是總顯控單元監(jiān)控保護(hù)，第三級(jí)是總顯控單元檢測(cè)到其他單元出現(xiàn)嚴(yán)重故障，也會(huì)發(fā)出指令關(guān)斷供電，從而更好地保護(hù)末級(jí)功放。末級(jí)功放采用了高效鏟片式散熱器，熱導(dǎo)率高達(dá)230 W/（m·K），設(shè)計(jì)了導(dǎo)熱性能優(yōu)良的熱承，功放管輸出120 W 時(shí)管結(jié)溫低于95 ℃，具備很高的熱穩(wěn)定性。

3.2 激勵(lì)器單元

本機(jī)激勵(lì)器使用的是XG913G01-S 型地面數(shù)字單頻網(wǎng)激勵(lì)器，采用雙激勵(lì)模式，具有主備激勵(lì)器快速切換的功能。整機(jī)設(shè)計(jì)的是激勵(lì)器與前置線(xiàn)性功放一體的方式，有兩路主備激勵(lì)，通過(guò)總顯控單元通信監(jiān)控實(shí)時(shí)獲知雙激勵(lì)器和雙前置功放的工作參數(shù)和狀態(tài)，一旦有故障發(fā)生，立即切換到備用激勵(lì)器，保證播出安全，故障排除后即可恢復(fù)。主備激勵(lì)的切換可自動(dòng)切換，也可設(shè)定人工切換，從總顯控單元顯示屏上進(jìn)行快速人工切換。主備激勵(lì)互為熱備份，備份切換開(kāi)關(guān)采用單刀雙擲的RF 切換開(kāi)關(guān)，響應(yīng)時(shí)間小于20 ms，可保證整機(jī)在任何狀態(tài)下不出現(xiàn)失配和射頻沖突，保證了系統(tǒng)的可靠性和快速性。

本機(jī)激勵(lì)器由基帶處理、數(shù)模轉(zhuǎn)換、頻率合成、射頻放大輸出以及系統(tǒng)監(jiān)控等單元組成，具有自適應(yīng)全數(shù)字預(yù)校正多維度非線(xiàn)性預(yù)失真和精密解調(diào)技術(shù)，直接數(shù)字射頻寬帶全自動(dòng)平衡技術(shù)可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的調(diào)制和頻率變換，自適應(yīng)輸出阻抗匹配技術(shù)和精準(zhǔn)的系統(tǒng)級(jí)AGC 自動(dòng)增益控制功能[5]，保證系統(tǒng)功率穩(wěn)定輸出。操作系統(tǒng)采用全中文界面，可通過(guò)RS-485、RJ-45 接口和按鍵進(jìn)行檢測(cè)和控制。激勵(lì)器具有技術(shù)先進(jìn)、電路簡(jiǎn)潔、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，可連續(xù)、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。

3.3 功分器與合成器

本機(jī)功放鏈路在XGPA120D 功放模塊輸入輸出端使用了三功分器和三合成器，在末級(jí)功放單元輸入輸出端分別使用了四分配器和四合成器。三功分器和三合成器采用經(jīng)典的威爾金森電路設(shè)計(jì)，選用高介質(zhì)、低損耗、高導(dǎo)熱的印制板制作，具有插入損耗低、匹配性好和高度一致性的特點(diǎn)。四分配器采用威爾金森原理，混合介質(zhì)設(shè)計(jì)，工作在10 W 級(jí)功率等級(jí)，具有插入損耗低、匹配度高、頻帶寬、體積小的特點(diǎn)。四合成器采用典型的吉賽爾電路原理、空氣帶狀線(xiàn)設(shè)計(jì)，加工工藝精細(xì)，具有性能優(yōu)良、一致性強(qiáng)、工作合成功率高、隔離度高、匹配好、插損小的特點(diǎn)，是一款大功率、高品質(zhì)的合成器，可以保證在末級(jí)功放單元某個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)降低功率工作，并有熱插拔設(shè)計(jì)，可在不停機(jī)狀態(tài)下更換故障模塊，減少維護(hù)時(shí)間，保證安全播出。

3.4 風(fēng)機(jī)冷卻單元

冷卻系統(tǒng)是發(fā)射機(jī)正常運(yùn)行的保障。本機(jī)采用獨(dú)立的插箱式軸流風(fēng)機(jī)冷卻，設(shè)計(jì)冗余一倍的風(fēng)機(jī)熱備份。當(dāng)有風(fēng)機(jī)損壞，不會(huì)影響整機(jī)正常工作，不會(huì)因溫度升高燒壞功放模塊。系統(tǒng)獨(dú)立的設(shè)計(jì)方便維護(hù)和檢修，并設(shè)計(jì)有溫度檢測(cè)和保護(hù)電路，保證了整機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性。

3.5 輸出濾波單元

末級(jí)功放功率經(jīng)耦合器和帶通濾波器輸出。耦合器輸出低量級(jí)耦合RF 信號(hào)送到總顯控單元，檢測(cè)出入射功率和反射功率用于顯示和控制。帶通濾波器是性能優(yōu)良的大功率六腔橢圓函數(shù)帶通濾波器，采用交叉耦合技術(shù)和溫度補(bǔ)償技術(shù)，可在-40 ～+60 ℃很寬的溫度范圍內(nèi)工作，具有插入損耗小、選擇性高的特點(diǎn)，適合鄰頻多工合成和單天線(xiàn)系統(tǒng)工作。

3.6 供配電單元和電源單元

本機(jī)的供配電單元將接入的三相交流380 V 供電變成單相交流220 V 電壓，輸出給電源單元、激勵(lì)器單元、風(fēng)機(jī)單元、總顯控單元以及前置功放單元。

電源單元通過(guò)開(kāi)關(guān)電源將交流220 V 變成直流50 V 和12 V 兩路直流電源，供給前置功放單元和末級(jí)功放單元作為供電電源。激勵(lì)器和總顯控單元是直接供電，不受邏輯控制，其他單元受總顯控單元的邏輯控制供電，從而可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開(kāi)關(guān)機(jī)和整機(jī)監(jiān)控功能。

整機(jī)防雷設(shè)置是兩級(jí)防雷模式。第一級(jí)是在供電接入處安裝避雷器。該避雷器具有避雷、相序識(shí)別、缺相斷電告警功能，只有在供電正常情況下才能啟動(dòng)發(fā)射機(jī)。第二級(jí)是電源單元的開(kāi)關(guān)電源具備的防雷功能，雙重保護(hù)末級(jí)功放單元免受雷電破壞。電源單元由3 臺(tái)GE 公司生產(chǎn)的開(kāi)關(guān)電源CP2725并聯(lián)均流構(gòu)成，單臺(tái)功率2 700 W，輸出兩組直流電源50 V 和12 V 供給末級(jí)和前置功放，采用2+1 備份方式，有很大的冗余量。任何一臺(tái)電源出現(xiàn)故障，都能保證末級(jí)功放供電正常，支持熱插拔，方便維護(hù)。電源單元設(shè)有RS-485 接口和總顯控單元通信連接，可對(duì)每臺(tái)電源的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控顯示。

3.7 整機(jī)總控顯控單元

總控顯控單元由顯控系統(tǒng)和觸摸式LCD 彩色顯示屏組成，應(yīng)用自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)及數(shù)字化圖形顯示技術(shù)，展現(xiàn)整機(jī)的人機(jī)界面。進(jìn)入主顯示屏界面，即可對(duì)整機(jī)和各單元的工作狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行瀏覽監(jiān)查。它是整機(jī)數(shù)據(jù)處理和管理控制的中心，采用本機(jī)特有的發(fā)射機(jī)綜合顯控平臺(tái)，對(duì)整機(jī)各單元發(fā)出人工指令，實(shí)時(shí)進(jìn)行工作數(shù)據(jù)采集，通過(guò)RS-485 通信總線(xiàn)傳輸?shù)街醒胩幚碇行倪M(jìn)行數(shù)據(jù)分析，判斷各單元的運(yùn)行狀態(tài)，給出相應(yīng)的指令進(jìn)行控制，并可組成“N+1”數(shù)字電視發(fā)射管理平臺(tái)系統(tǒng)。

4 日常維護(hù)與常見(jiàn)故障處理

4.1 日常維護(hù)

數(shù)字發(fā)射機(jī)的日常維護(hù)工作中有其自身的特點(diǎn)。數(shù)字發(fā)射機(jī)應(yīng)用數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)，使整機(jī)操作和監(jiān)控更簡(jiǎn)捷直觀方便，但也需要維護(hù)人員掌握更多的先進(jìn)技術(shù)，對(duì)機(jī)器有更多的了解和掌握。維護(hù)人員要定時(shí)通過(guò)人機(jī)界面對(duì)機(jī)器進(jìn)行巡查，查看各單元的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)的變化，如果發(fā)現(xiàn)問(wèn)題要及時(shí)處理。維護(hù)人員要嚴(yán)格執(zhí)行檢機(jī)制度，進(jìn)行周檢、月檢和季檢，堅(jiān)持使用聽(tīng)、看、摸、聞的方法進(jìn)行巡機(jī)檢查，認(rèn)真記好巡機(jī)記錄，定期對(duì)機(jī)器進(jìn)行清理除塵，每周一次小清潔，每月一次大清潔，保持各單元內(nèi)部清潔，保持冷卻風(fēng)道暢通；對(duì)連接電纜接頭時(shí)常檢查防止松動(dòng)，對(duì)冷卻風(fēng)機(jī)要定期檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)更換；控制好機(jī)房溫度，最高不能超過(guò)35 ℃，最好保持在22 ℃恒溫狀態(tài)下，否則會(huì)增加機(jī)器的故障率，尤其是末級(jí)功放單元和電源單元。維護(hù)人員要定期檢查天饋線(xiàn)系統(tǒng)，尤其是雨季和惡劣天氣情況下，要經(jīng)常查看饋線(xiàn)接頭有無(wú)滲水現(xiàn)象、饋線(xiàn)有無(wú)變形、松動(dòng)和機(jī)械損傷；應(yīng)每月測(cè)試天饋線(xiàn)駐波，保持天線(xiàn)駐波在1.1 以下，要對(duì)饋管充干燥空氣，保持饋管0.04 個(gè)大氣壓；每年雨季前要檢查測(cè)試天饋系統(tǒng)接地電阻，檢查機(jī)房接地線(xiàn)排安全接地情況，防止危害設(shè)備，保護(hù)人身安全。

4.2 常見(jiàn)故障處理

數(shù)字電視發(fā)射機(jī)由工作硬件和整機(jī)控制軟件兩大部分組成，一般情況下功放單元和控制軟件系統(tǒng)容易出現(xiàn)故障，其他單元很少出現(xiàn)問(wèn)題。該機(jī)自投入運(yùn)行以來(lái)出現(xiàn)過(guò)幾次故障，但總體運(yùn)行平穩(wěn)。

故障一：末級(jí)一路功放單元沒(méi)有輸出，整機(jī)功率下降，Po 指示燈變紅，查看監(jiān)控單元顯示屏發(fā)現(xiàn)該路功放沒(méi)有輸出，工作電流為零。逐一將功放模塊拆卸下來(lái)放在檢修臺(tái)上，打開(kāi)模塊，首先查看線(xiàn)路板有無(wú)異常，重點(diǎn)檢查測(cè)量功放電路輸入輸出連接線(xiàn)有無(wú)開(kāi)焊燒毀現(xiàn)象。經(jīng)查，發(fā)現(xiàn)模塊輸出與合成板連接線(xiàn)開(kāi)焊燒毀，測(cè)量發(fā)現(xiàn)功放管BLF888B已損壞。將連接線(xiàn)重新進(jìn)行焊接，更換功放管，加電，對(duì)靜態(tài)偏置進(jìn)行調(diào)整，將機(jī)器恢復(fù)，上電試機(jī)，發(fā)射機(jī)恢復(fù)正常輸出。經(jīng)分析，這次故障發(fā)生的主要原因是輸出連接線(xiàn)焊接時(shí)存在虛焊，長(zhǎng)時(shí)間工作后此點(diǎn)接觸電阻逐漸增大發(fā)熱，最后燒斷連接線(xiàn)，使功放負(fù)載開(kāi)路電路失配，燒壞功放管。

故障二：面板觸摸式彩色顯示屏顯示不正常，有時(shí)死屏，數(shù)據(jù)不更新，整機(jī)操作失效。經(jīng)分析檢查，懷疑是總顯控單元有問(wèn)題。首先檢查了控制顯示屏和總顯控單元之間的連線(xiàn)和插頭，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；然后檢查總顯控單元，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸指示燈沒(méi)有閃爍，斷電重啟后開(kāi)始閃爍，過(guò)段時(shí)間后又停止閃爍。最后和廠家聯(lián)系，返廠重裝了軟件并進(jìn)行了更新升級(jí)，排除了軟件故障。經(jīng)分析，故障原因是安裝的軟件有缺陷，運(yùn)行一段時(shí)間后就出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，重裝更新系統(tǒng)軟件后，再?zèng)]有發(fā)生此故障現(xiàn)象。

5 結(jié) 語(yǔ)

XG300UT-1KD-Ⅱ型地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)是一款采用先進(jìn)技術(shù)、設(shè)計(jì)合理、制作工藝優(yōu)良、運(yùn)行故障率低的數(shù)字發(fā)射機(jī)。維護(hù)人員必須熟悉和掌握機(jī)器的結(jié)構(gòu)構(gòu)成和原理，掌握相關(guān)的技術(shù)知識(shí)，細(xì)心維護(hù)，保持機(jī)器始終處于良好的運(yùn)行狀態(tài)，以保證電視廣播節(jié)目?jī)?yōu)質(zhì)播出，讓廣大觀眾收看到高質(zhì)量的廣播電視節(jié)目。