陶坤美 胡宗蓉

（作者單位：云南省廣播電視局迪慶實驗臺）

短波廣播發(fā)射機作為廣播系統(tǒng)的核心設(shè)備，在廣播信號的傳輸中扮演著重要的角色。對其工作原理進行闡述、故障進行分析對于設(shè)備的維護和保養(yǎng)具有重要意義[1]。

短波廣播發(fā)射機是指發(fā)射頻率在3～30 MHz頻段內(nèi)的廣播發(fā)射機，其主要由射頻（Radio Frequency, RF）產(chǎn)生器、功放器、濾波器、天線調(diào)諧器和控制調(diào)制電路等幾部分組成[2]。其中，射頻產(chǎn)生器（激勵器）是短波廣播發(fā)射機的核心設(shè)備之一，能夠通過發(fā)生振蕩將可調(diào)的頻率信號輸出，經(jīng)過功放器、濾波器輸出到天線上，實現(xiàn)廣播信號的傳輸。短波廣播發(fā)射機的優(yōu)點是不受地形和天氣的限制。

ZX-2kW-II型短波發(fā)射機為全固態(tài)發(fā)射機。采用模塊化設(shè)計，使用無線電技術(shù)和大功率合成技術(shù)，直接輸出工作頻率在3.2～26.1 MHz的短波信號。工作模式分固頻和跳頻兩種，可同時發(fā)射多個頻率。發(fā)射機具有調(diào)幅、等幅報和白噪聲調(diào)頻等工作方式。發(fā)射機采用自動功率控制技術(shù)，可實現(xiàn)“一鍵式”開機，設(shè)有高、中、低3個功率等級。發(fā)射狀態(tài)下還可通過面板上的“+”“-”按鍵對功率進行上下微調(diào)，以滿足工作的實際需要。發(fā)射機采用冗余保護設(shè)計，多重保障發(fā)射機在工作狀態(tài)下的可靠性。發(fā)射機具有遙控接口，配置了數(shù)據(jù)采集單元，激活相應(yīng)控制軟件后可進行遠程遙控和調(diào)度，可實現(xiàn)無人值守。

1 ZX-2kW-II短波廣播發(fā)射機技術(shù)特征及功能特點

1.1 技術(shù)特征

發(fā)射機工作頻率范圍為3.2～26.1 MHz，載波頻率步進為100 Hz。調(diào)制方式為調(diào)幅方式和窄帶調(diào)頻方式，調(diào)制能力分為兩種情況，在調(diào)幅（Amplitude Modulation,AM）狀態(tài)下調(diào)幅度滿足100%調(diào)制；在窄帶調(diào)頻狀態(tài)下頻偏在3～5 kHz。跳頻頻率數(shù)量為2個或3個，調(diào)制信號種類為模擬音頻和白噪聲，音頻輸入電平為0 dBm±10 dBm，音頻輸入阻抗，即模擬音頻接口阻抗為平衡600 Ω，發(fā)射機輸出阻抗為不平衡50 Ω，發(fā)射帶寬為6～10 kHz；接地電阻≤10 Ω。

1.2 功能特點

跳頻工作模式采用時分技術(shù)，可同時播出3個頻率。一鍵式開機采用自動功率控制技術(shù)，通過按鍵可直接輸出需要的功率等級。屏幕顯示采用大屏液晶屏數(shù)字顯示，顯示界面清晰、內(nèi)容豐富。發(fā)射功率時，可通過鍵盤上的“+”“-”按鍵對輸出功率進行微調(diào)，以滿足使用需要。可防功率倒灌，由于該發(fā)射機功率容量較大，對多臺發(fā)射機同時工作時出現(xiàn)的功率倒灌現(xiàn)象有一定的惰性，即對功率倒灌不敏感。具有聲光報警功能，當(dāng)發(fā)射機報警時，激勵器提供聲音和亮燈提示。同時，具備故障定位功能，當(dāng)設(shè)備報警時可準(zhǔn)確定位至功能板，縮短故障判斷與維護時間，確保安全播出。具有遠程監(jiān)控功能，通過遙控接口選配遠程監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)對多臺發(fā)射機的集中控制、遠程調(diào)度，實現(xiàn)無人值守臺站，確保即使在緊急狀態(tài)下發(fā)射機也能夠正常工作。此外，發(fā)射機具有過壓、過流、溫度、駐波比和不平衡保護功能。激勵器、功放及電源單元采用模塊化設(shè)計，方便保養(yǎng)與維護。

2 ZX-2kW-II短波廣播發(fā)射機工作原理分析

ZX-2kW-II型短波發(fā)射機主要由數(shù)字化激勵器、控制保護單元、功放單元、諧波濾波器、開關(guān)電源等幾部分組成。其中，功放單元主要由前置驅(qū)動模塊、4個相同的末級放大模塊以及1個合成模塊組成。開關(guān)電源單元主要由輔助單元和4個相同電源模塊組成（其中第4個備用）。整機工作原理如圖1所示。

圖1 ZX-2kW-II型短波發(fā)射機工作原理

2.1 數(shù)字化激勵器

激勵器是ZX-2kW-II型短波發(fā)射機的核心和“大腦”，隨著技術(shù)的進步，激勵器通過芯片實現(xiàn)了數(shù)字化。數(shù)字化激勵器以芯片TMS320VC5402和AD9857為核心搭建硬件平臺，自動在數(shù)字信號處理器（Digital Signal Processor, DSP）中編程實現(xiàn)各種調(diào)制算法；采用直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（Direct Digital Synthesis, DDS）產(chǎn)生所需頻率[3]。TMS320VC5402芯片因成本低、功耗小、資源多的特點在無線通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。AD9857則是一種應(yīng)用非常廣泛的芯片，它是一種單片混合信號的14位積分?jǐn)?shù)字上行轉(zhuǎn)換器，采樣速率為200 MS/s，DSP處理過的基帶信號數(shù)據(jù)傳給AD9857芯片最終生成正交調(diào)制過的載波數(shù)據(jù)流。數(shù)字化激勵器是發(fā)射機與人的交互接口，主要由控制板、信號處理板、信道板、電源模塊、電源濾波板、檢測板、鍵盤板以及液晶屏幾部分組成。同時也是整個發(fā)射機的信號源與控制中心，能夠?qū)⒄{(diào)制后的射頻信號輸出到功率放大器（即功放單元），并采集各單元的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，將相關(guān)信息顯示在液晶顯示屏上，便于值機人員觀察操作。此外，數(shù)字化激勵器有很多控制功能，能夠控制其他模塊的運行。還設(shè)有遙控接口，可利用軟件技術(shù)進行遠程操控，通過軟件系統(tǒng)來實現(xiàn)人機交互。

2.2 功放單元

功放單元能夠接收來自數(shù)字化激勵器的信號，由功率放大器完成射頻信號的放大。功放單元電路設(shè)計也是采用模塊化設(shè)計，整個功放電路分為三類模塊：前置驅(qū)動電路、四路分配器構(gòu)成一個模塊；1個六路分配電路、6個100 W末級放大電路、1個六路合成電路構(gòu)成一個模塊，該模塊共有4組；四路合成器構(gòu)成一個模塊。在系統(tǒng)運行過程中，數(shù)字化激勵器輸出的射頻信號首先進入前置驅(qū)動模塊，經(jīng)過前置驅(qū)動模塊放大后輸入功率分配電路，此時射頻信號被均分為四路，并分別進入4個一致的末級放大模塊，并再次對射頻信號進行功率放大，四路放大的射頻信號進入合成模塊。功率合成器具有功率疊加的作用，能夠?qū)⑺穆贩糯蟮纳漕l信號合成一路，最后輸出2 kW的射頻功率，經(jīng)檢測保護電路饋送到諧波濾波器。功放單元設(shè)計了多重保護檢測電路，包括溫度、不平衡、漏極過壓、駐波比報警等，能夠保護發(fā)射機的核心器件——功放管。改變功放管的靜態(tài)電流可通過調(diào)節(jié)相應(yīng)的電位器來實現(xiàn)。

2.3 諧波濾波器

放大后的載波信號要經(jīng)過濾波才能輸送到天線發(fā)射出去，ZX-2kW-II型短波發(fā)射機諧波濾波器是將整個短波頻段劃分為6段分別濾波，采用7階橢圓函數(shù)低通濾波器，具有插損小、帶內(nèi)波動小、截止特性陡峭等特點。對基波的衰減＜0.5 dB，對諧波分量衰減≥35 dB，總的諧波抑制度≥48 dB。其濾波性能較好，幾乎能夠保證發(fā)射頻率的基波無損耗地通過，而對發(fā)射頻率的諧波可進行有效的抑制，大大減少干擾信號，保證有用信號高效發(fā)射出去。諧波濾波器的輸入/輸出阻抗為50 Ω，功率容量為2.5 kW。在元器件的選擇上，要充分考慮設(shè)備工作的嚴(yán)酷環(huán)境和工作周期，選擇大功率容量的器件，減小元器件的功率損耗，降低發(fā)熱量，保證元器件的可靠性。濾波器內(nèi)部的功率檢測器實現(xiàn)功率射頻信號檢測，輸出正反向功率取樣電壓，反饋給數(shù)字化激勵器進行功率指示與控制保護。

2.4 控制保護單元

控制保護單元對發(fā)射機的工作狀態(tài)（如工作電壓、電流、溫度、功率、駐波比等）參數(shù)以及報警信號進行采集、處理與模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將采集的數(shù)據(jù)與處理結(jié)果以串口數(shù)據(jù)形式發(fā)送給數(shù)字化激勵器，便于激勵器對發(fā)射機工作狀態(tài)進行顯示與控制?？刂票Ｗo電路具有過壓、過溫、不平衡、駐波比4種保護功能。當(dāng)各模塊有關(guān)參數(shù)超過保護值時，比較器輸出高電平，該高電平一路作為Alarm信號送給激勵器，激勵器關(guān)斷PTT（Push-To-Talk）信號和射頻信號；另一路送入施密特延時電路，延時電路使PTT鍵控信號斷開，相應(yīng)末級功放停止工作。通過軟、硬件雙重保護確保功放單元的功放管得到有效保護。

2.5 開關(guān)電源單元

電源是發(fā)射機的動力源，為發(fā)射機各模塊提供所需電壓。開關(guān)電源輸入交流380 V，輸出直流48 V、24 V和交流110 V。其中直流48 V供給功放單元，直流24 V分別供給功放單元、諧波濾波器、數(shù)字化激勵器、控制保護單元等。交流110 V為發(fā)射機各單元散熱風(fēng)機供電。發(fā)射機電源由輔助單元、電源模塊組成。輔助單元主要功能包括輸入、輸出濾波，24 V/15 A、24 V/1 A不間斷輔助供電，110 V交流風(fēng)機供電，以及通信控制等，其主要作用是整合對外連接接口、完成與整機通信控制，以及確保風(fēng)機、數(shù)字化激勵器及其他單元的用電需求；電源模塊是功率轉(zhuǎn)換模塊，將交流三相380 V降壓整流輸出直流48 V（40～50 V可調(diào)），功率為3 kW。該模塊具有并聯(lián)均流電路，能將3個模塊并聯(lián)輸出9 kW（共4個，有一個備用），可以滿足發(fā)射機功放用電需求。電源模塊及整個電源單元集成了通信控制模塊電路，能實現(xiàn)電源單元對每一個模塊的通信、監(jiān)測，且能準(zhǔn)確監(jiān)測電源的工作狀態(tài)并將狀態(tài)信息傳送到發(fā)射機整機，遠程監(jiān)控電源狀態(tài)，實現(xiàn)遙控操作。為降低電源噪聲，直流風(fēng)機采用溫控調(diào)速控制；根據(jù)電源本身的發(fā)熱情況調(diào)節(jié)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，能有效降低風(fēng)機噪聲。電源設(shè)有輸入過、欠壓、輸出過、欠壓、過流、過溫等保護，以確保電源運行安全。電源工作狀態(tài)指示燈能有效指示電源工作狀態(tài)與電流輸出情況。在發(fā)生故障時對應(yīng)的指示燈會被點亮，方便維修人員定位故障，進行快速檢修。因為電源采用了模塊化設(shè)計，所以安裝、維護簡便，模塊出現(xiàn)故障的情況下只需要更換新模塊即可，極大方便了后期維護工作。

3 ZX-2kW-II型短波發(fā)射機常見故障及排除方法

ZX-2kW-II型短波發(fā)射機采用模塊化設(shè)計，有各種報警指示燈，可依報警指示燈查找故障源，及時排除并處理故障問題，確保發(fā)射機的安全運行[4]。以下為常見故障分析與處理方法。

無功率輸出：依次檢查激勵器、功放、諧波濾波器輸出，判斷故障點。測試方法如下：用示波器測試激勵器有無輸出，如無輸出則為激勵器故障；使用假負載直接測試功放輸出，如無輸出則為功放故障；測試濾波器輸出，如無輸出則為濾波器故障；否則為功率檢測器故障。

溫度報警：溫度報警為功放單元報警信號，為功放單元溫度過高，可依次檢查風(fēng)機電源、末級模塊、發(fā)射機功率、天線匹配、溫度繼電器有無異?；驌p壞。

不平衡報警：多功放單元出現(xiàn)問題，可檢查末級模塊和合成模塊，測試末級功放靜態(tài)電流，確定是否有某路功放管損壞。功放管是常出問題的部件，屬于易損元件，平時應(yīng)多保養(yǎng)發(fā)射機，讓發(fā)射機在額定功率下運行，讓運行參數(shù)處在合理區(qū)間，這樣可大大降低功放管的損害，延長功放管的壽命。此外，還需確定模塊內(nèi)的射頻線纜是否連接良好，檢測溫度繼電器是否良好。

過壓報警：可檢查天饋線是否正常并可靠連接；檢查天線接地、測試天線；檢查濾波器有無器件損壞；檢測模塊內(nèi)放大板的穩(wěn)壓二極管是否正常；檢查功放單元各模塊之間的連接線纜以及與諧波濾波器的射頻連接線纜是否良好。

功率合成駐波比報警：檢查合成模塊的功率檢測電路是否正常；檢查合成模塊與諧波濾波器的射頻連接線纜是否良好；檢查諧波濾波器分段是否正確；檢查諧波濾波器的射頻連接線纜是否良好、檢查天饋線是否良好。

正向發(fā)射功率報警：檢查諧波濾波器的功率檢測器內(nèi)器件是否正常；檢查諧波濾波器與天線的連接是否良好。

反向發(fā)射功率報警：檢查諧波濾波器的功率檢測器內(nèi)器件是否正常；檢查諧波濾波器與天線的連接是否良好；檢查諧波濾波器的功率檢測器的正反向功率電平線纜是否接反。

駐波比報警：檢查諧波濾波器的功率檢測器內(nèi)器件是否正常；檢查諧波濾波器與天線的連接是否良好；檢查諧波濾波器的功率檢測器的正反向功率電平線纜是否接反。

4 結(jié)語

值機人員只有了解ZX-2kW-II型短波發(fā)射機的工作原理，熟悉業(yè)務(wù)流程，掌握設(shè)備的結(jié)構(gòu)和特性，才能夠在發(fā)射機出現(xiàn)故障時迅速定位故障，提升故障處理能力。為了保證短波廣播發(fā)射機的正常運行，必須對其進行定期的檢查和維護。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時，快速排除問題并恢復(fù)信號傳輸至關(guān)重要。尤其是在重要時間節(jié)點降低故障發(fā)生概率可以保證播出任務(wù)的連續(xù)性和播出質(zhì)量，減少安全播出事故的發(fā)生[4]。隨著時代的發(fā)展，發(fā)射機也需要不斷更新和改進以滿足新的發(fā)展要求及不同的業(yè)務(wù)需求[5]。而值機人員及時總結(jié)故障排查過程中所獲得的經(jīng)驗，能夠為短波發(fā)射機的優(yōu)化和改進提供重要的參考和建議。