王先勇

（廣西廣播電視技術(shù)中心南寧分中心，廣西 南寧 530015）

現(xiàn)階段中國數(shù)字電視（DTV，Digital Video Broadcasting）的覆蓋網(wǎng)絡(luò)已完成。與以往的模擬電視相比，數(shù)字電視具有更清晰的畫面、更多的通道、更高的音質(zhì)、更完美的功能，而且可以實(shí)現(xiàn)信息的相互作用和更好的視聽效果，可以滿足更多人的視聽需求。

地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)為了向用戶提供更好的視聽體驗(yàn)、更加充實(shí)的功能和服務(wù)，在穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)揮著重要的作用，所以探索放大器的工作原理和維護(hù)故障的對策是很重要的。

1 系統(tǒng)組成與原理

通用發(fā)射器系統(tǒng)的制造商和零件方面有差異，但主要框架相似。以1 kW 發(fā)射機(jī)為例，碼流進(jìn)入勵(lì)磁器，通過頻率變換調(diào)制后，輸出射頻信號(hào)。開關(guān)通過控制器對輸出射頻信號(hào)進(jìn)行雙驅(qū)動(dòng)切換。將一個(gè)射頻信號(hào)選擇給射頻分離器，該分離器將信號(hào)分配給3 個(gè)信道，并驅(qū)動(dòng)3 個(gè)400 W 功率的放大器。功率放大后，3 個(gè)射頻功率信號(hào)由功率合成器合成，經(jīng)由定向耦合器和帶通濾波器發(fā)送到發(fā)射天線。勵(lì)磁器、電源和功率放大器是重要部件。發(fā)射機(jī)設(shè)備的發(fā)射機(jī)原理如圖1 所示。

圖1 發(fā)射機(jī)原理框圖

1.1 功放模組的組成與原理

圖2 為400 W 功率放大器系統(tǒng)的原理框圖，主要包括前置放大器、分發(fā)器、2 個(gè)單元的后級功率放大器、組合器、控制集板、功率放大器模塊、散熱器、封裝外殼、連接器。最終功率放大器由2 個(gè)功率放大器單元板構(gòu)成，并經(jīng)由功率合成器提供400 W 的功率輸出。

圖2 400 W 功率放大器系統(tǒng)的原理框圖

1.2 功放單元的組成與原理

功率放大器單元電路采用LDMOS 超高頻功率晶體管BLF888A，功率放大管為2 管。單元模塊高頻采用輸入輸出baron（平衡—不平衡轉(zhuǎn)換）網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)稱阻抗50 Ω，電源50 V，ab 類工作，推挽共源擴(kuò)大，工作電流7.5 A。

2 發(fā)射機(jī)功放板塊的常見故障和維護(hù)方法

功率晶體管的損壞或組合器的輸出短路故障將降低發(fā)射機(jī)的輸出功率，通過確認(rèn)控制臺(tái)上顯示的數(shù)據(jù)，分析晶體管是否損壞。如果放大器部分的輸出不正常，放大器部分電流電源和晶體管工作正常，證明第一個(gè)合成電源存在短路故障[1]。相關(guān)人員必須迅速調(diào)整電流頭，以檢查故障部位。

發(fā)現(xiàn)并糾正缺陷是為了建立一個(gè)良好的維護(hù)平臺(tái)。后臺(tái)主要由數(shù)據(jù)發(fā)送器、放大器連接端口和備份電源組成。將氣動(dòng)開關(guān)從連接端口連接到電源，連接380 V 的電源。調(diào)試接口安裝在所放置的計(jì)算機(jī)上，通過數(shù)據(jù)傳輸線連接，保證執(zhí)行參數(shù)和計(jì)算機(jī)顯示數(shù)據(jù)一致。維護(hù)比較簡單，但也有助于分析工作狀態(tài)和排除故障。

2.1 功率晶體管損耗

如果失去了電力晶體管，極板的總功率就會(huì)異常，一般反射功率會(huì)保持穩(wěn)定，但輸出功率會(huì)降低。由于功率晶體管的損耗，單個(gè)放大器模塊的電流強(qiáng)度隨著輸出功率的減小而降低，通常降低到25 A 左右，因此數(shù)字信號(hào)監(jiān)視平臺(tái)通常能夠檢測到這種故障。功率晶體管通常在安裝初期會(huì)損失一部分，因此設(shè)備長期運(yùn)轉(zhuǎn)后整體性能會(huì)下降。所以，相關(guān)人員需及時(shí)檢查，進(jìn)行整體交換作業(yè)。當(dāng)功率晶體管的損耗較大且未能趕上更換時(shí)，可以降低總功率以減少由于損傷結(jié)構(gòu)而引起的其他正常部件的損傷。當(dāng)設(shè)備的功率為3 dBm或更高時(shí)，可以保證覆蓋區(qū)域的一般穩(wěn)定性[2]。

2.2 輸出合成器的線路切斷

輸出合成器的電路切斷是特殊的，這種故障類似于晶體管的損傷，在數(shù)字信號(hào)背景下，2 個(gè)故障的影響會(huì)下降，但晶體管的電流水平仍然正常。此外，故障區(qū)域的功率板的輸出降低，隨著功率板剩余部分輸出增加，有上升到600 W 的傾向。電力放大器的電流強(qiáng)度保持穩(wěn)定和正常水平。

類似故障多是由于發(fā)射器的發(fā)送板破損而產(chǎn)生的，因此，相關(guān)人員需對該板的裝置構(gòu)造進(jìn)行檢查，并逐個(gè)排查故障。操作者用手觸摸機(jī)器的零件，可以具體分析是否有太多的熱量，發(fā)射機(jī)的高功率傳輸需要更大的功率。入口的阻值必須大于50 Ω，且隔離度要高于20 dB 以實(shí)現(xiàn)功率增強(qiáng)和分離。更換后，負(fù)責(zé)人使用矢量分析器進(jìn)行功率相位調(diào)整，直到達(dá)到正常水平[3]。

2.3 攻放板塊的平衡功率增加

平衡功率是判斷放大器板性能的重要參考數(shù)據(jù)，其值取決于放大器板之間的相位匹配和功率水平。該發(fā)射機(jī)由32 個(gè)放大器模塊構(gòu)成，通常其正常平衡功率應(yīng)該保持在2 W。

由于放大器輸出部及線路節(jié)點(diǎn)的劣化，有時(shí)幾個(gè)電路的電流強(qiáng)度異常變動(dòng)，從而導(dǎo)致平衡功率異常增大。在問題出現(xiàn)的初期階段，并不會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的脫焊問題，如果處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致工作人員出現(xiàn)傷亡情況。因此，在除去接合處的灰塵后，必須重新進(jìn)行焊接工作，從而保證放大器正常運(yùn)行。

2.4 微開關(guān)損耗

微開關(guān)裝置一般安裝在電源板外的保護(hù)外殼上，很容易受到外部影響干預(yù)，從而導(dǎo)致通信出現(xiàn)中斷現(xiàn)象。微開關(guān)一般控制放大器的功率，設(shè)備容易損壞進(jìn)而導(dǎo)致連接電容器破損，導(dǎo)致柵極電壓強(qiáng)度異常變化，在一定程度上阻礙放大器板正常動(dòng)作。

針對這些問題，維修人員必須加大檢查力度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障并更換開關(guān)，蓋上外面的電路設(shè)備更安全，可減少對外部元件的損壞，一定程度上延長了開關(guān)的壽命。

2.5 電源管破損

若電源管破損，可以通過靜態(tài)電流強(qiáng)度和柵極漏極電壓強(qiáng)度的綜合分析來評估功率放大器的操作狀態(tài)。功率放大器的損壞會(huì)直接影響PC 部件的功率放大器。功率放大器的電源通過與內(nèi)部并行連接的4 個(gè)電阻器（0.05 Ω）連接到漏極。因此，通過測試電阻部的電壓強(qiáng)度，能夠估計(jì)功率放大器的靜止?fàn)顟B(tài)下的電流強(qiáng)度。盡管兩極電壓的強(qiáng)度處于正常值范圍內(nèi)，但電流強(qiáng)度明顯高于正常值范圍時(shí)，可能會(huì)損壞放大管。

功率放大管的損傷通常通過交換來維持。為了保護(hù)功率放大器周邊的電氣部件和電流通路，通常會(huì)取下電極附近的部件。確認(rèn)了周圍沒有重要的零件后，用螺絲刀拆下固定的螺絲。使用專用的錫膠或焊錫除去分解過程中損壞的錫。為了確保人身安全，作業(yè)者在接觸放電管前，必須確認(rèn)已消除靜電而正確接觸地面。當(dāng)上述作業(yè)完成后，將交換裝置配置在規(guī)定的位置進(jìn)行按壓，確保與電極的接觸良好。最后，使用螺栓將柵極和排水管固定并焊接。焊接時(shí)，要嚴(yán)格把握焊接時(shí)間，保證放大器管長度合適，過長可能損壞電路板。由于功率放大管通常以一組方式使用，所以在一次交換中可能會(huì)破壞功率平衡，因此優(yōu)選更換整個(gè)功率放大管。如果只能根據(jù)條件的限制進(jìn)行部分交換，則需要基于預(yù)先通電加熱來調(diào)整柵極部分的電壓強(qiáng)度，以維持相同的靜止電流強(qiáng)度和放大管之間的平衡輸出功率。

2.6 散熱和粉塵積聚

由于發(fā)射器的功率放大器部分涉及功率轉(zhuǎn)換，因此在正常操作期間經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生大量熱能。一旦這些熱能散失不及時(shí)，那么溫度會(huì)急劇上升，從而加快各種電氣部件的氧化反應(yīng)，導(dǎo)致極板無法正常工作，縮短電氣部件的工作壽命，極其不利于數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的運(yùn)行。

發(fā)射機(jī)通常使用冷空氣來進(jìn)行散熱，為了進(jìn)一步提高散熱效率，除了換氣扇之外還應(yīng)增加換氣扇空調(diào)。工作室兩側(cè)都配置了空調(diào)，以改善均勻性氣流。

除了定期清除灰塵外，維護(hù)人員還必須優(yōu)化冷卻空氣的入口模式。首先，要處理吹入的冷空氣。除散熱和冷空氣2 個(gè)口之外，其他間隙應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格封閉，預(yù)防灰塵入內(nèi)。

除了溫度和灰塵外，維護(hù)人員還必須控制設(shè)備室內(nèi)空氣的濕度。空氣中的水分質(zhì)量高，會(huì)損害功率放大器模塊的高頻性能，從而失去電氣部件。因此，相關(guān)人員應(yīng)保持設(shè)備間干燥。

3 地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的常規(guī)維護(hù)措施

當(dāng)出現(xiàn)黑畫面時(shí)，頻道接收器不正常工作，地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的勵(lì)磁器發(fā)出警告信號(hào)，電視畫面會(huì)出現(xiàn)無圖像信號(hào)、黑畫面等現(xiàn)象[3]。發(fā)現(xiàn)這些故障后，需提高發(fā)射機(jī)整體工作效率的總維護(hù)。根據(jù)實(shí)施維護(hù)期間的不同，可分為通常維護(hù)和月度維護(hù)、季度維護(hù)、年維護(hù)和整體維護(hù)[4]。

3.1 日常維護(hù)

日常維護(hù)中，需保持?jǐn)?shù)字電視發(fā)射機(jī)始終處于連接狀態(tài)。為了將記錄在地上數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的動(dòng)作狀態(tài)顯示在屏幕上時(shí)，需要將它用作比較傳輸數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，以控制傳感器顯示的信息。與提供數(shù)據(jù)的制造商差異較大時(shí)，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整。特別是在雷雨、風(fēng)雪、黃沙等惡劣天氣，不利于天線供電系統(tǒng)工作時(shí)，需要格外檢查機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，維持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的技術(shù)人員必須定期檢查各種指標(biāo)，去除灰塵。為提高地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的操作穩(wěn)定性，需在良好的環(huán)境下操作發(fā)射機(jī)，并在一定程度上保持溫度和濕度[5]。

3.2 月度維護(hù)

在月度維護(hù)過程中，需要分析人員陳述工作概況，分析數(shù)據(jù)，解決問題，確認(rèn)電源系統(tǒng)的狀態(tài)。如果燈變紅，需要更換。檢查地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的電源，偶爾用手檢查發(fā)射機(jī)設(shè)備表面溫度情況。保證地面數(shù)字發(fā)射機(jī)正常運(yùn)作，還要保證各個(gè)設(shè)備通道干燥且整潔，每月對通風(fēng)孔進(jìn)行一次過濾。同時(shí)，清潔風(fēng)扇罩、葉片和散熱器，以檢查風(fēng)扇是否正常工作。

3.3 年度維護(hù)

在年度維護(hù)中，所有的數(shù)字電視發(fā)射機(jī)風(fēng)葉都必須接受測試，確定風(fēng)力是否減弱，如果工作異常，則需要更換風(fēng)扇。檢查濾波器是否正常運(yùn)作，如果出現(xiàn)異常，要及時(shí)調(diào)試。檢查觸摸屏，出現(xiàn)接觸不良時(shí)，重新拔插連接，如果還是接觸異常則需要更換連接線。檢查地面數(shù)字發(fā)射機(jī)，更換電解液的電源，更換配電盤上的交流電容器。出現(xiàn)連接不良或發(fā)射機(jī)顯示不正常的觸摸屏必須立即更換。

4 結(jié)束語

綜上所述，數(shù)字化是未來技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的應(yīng)用不僅為觀眾提供了更好的服務(wù)，而且還可以為觀眾帶來高質(zhì)量的節(jié)目內(nèi)容，滿足觀眾的觀看習(xí)慣。此外，現(xiàn)代數(shù)字電視的發(fā)展極其依賴于地面數(shù)字發(fā)射機(jī)的應(yīng)用，因此，分析發(fā)射機(jī)功放的工作原理及如何進(jìn)行故障維修具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。