数字电视发射机组成及故障维护

张 辉

（辽宁省广播电视锦州医巫闾山转播台，辽宁 北镇 121300）

随着广播电视技术的发展，模拟电视节目因套数少、接收信号质量差等原因，已逐渐退出历史舞台，应运而生的节目套数多、画面质量高、抗干扰能力强的数字电视节目逐渐走进千家万户。但是，作为发射数字电视节目的载体——数字电视发射机的工作原理与模拟发射机却有着天壤之别。如何尽快提高发射台技术人员的业务能力和水平，更好地保障数字电视发送设备安全稳定运行，对维护人员是个极大的考验，因此本文对我台当前的数字电视发射机原理进行讲解以及典型故障案例上做详细分析，为同仁们提供一点借鉴，以便共同提高技术维护水平。

我台在2016年10月更换了数字发射机，是AZGDDTV-300w型地面数字电视广播发射机，是辽宁普天股份有限公司最新研制成功的新一代全固态VIF波段数字电视发射机，借鉴了当前国际上先进数字电视发射机的先进技术和制造工艺，结合公司原有数字电视发射机的研发基础，在大功率LDMOS射频功放模块、大功率合成、射频器件快速保护以及智能化监控等核心技术取得关键性突破。本机为双激励器配置，并能实现主备激励器的自动切换。发射机整体结构采用分离式模块化设计，生产、组装和维修简便可靠。全固态电路设计，采用NXP高增益大功率LDMOS功率管，型号BLF888D，工作更稳定更可靠，模块化设计使得操作维护简单，并且每个功率模块具有温度补偿电路。系统散热采用强迫风冷的方法，新型风道散热设计，散热效果好。

1 数字电视发射机工作原理及组成

含有数字电视信息的数码流（TS）送入地面数字电视单频网激励器内，本机有一个低相位噪声的VCO，以保证混频后相位噪声能满足数字电视的要求。来自地面数字电视激励器的信号，进入本机的前置功放。输出的功率信号，经功分器将前置功放的功率信号一分为三，经3个功放单元放大后，由合成器进行三合为一，滤波后输出高质量功率，由天线发射出去。

地面数字电视发射机的组成部分主要有激励器、前置放大单元、监控单元、开关与电源、无源部件、冷却系统、末级功放单元。如图1所示。

图1 数字电视发射机原理图

1.1 数字发射机的功放单元

本功放单元主要由三功分器、3个功放单元、三合成器、数据采集控制单元、检流单元和显控单元组成。由功分器输出的一路射频信号经由本单元的三功分器一分为三，分别由3个功放单元放大后，由本单元的三合成器三合为一。

数据采集控制单元采集来自检流单元、温度计和三合成器的各种工作参数和工作状态，由本单元的显控单元分析处理后，由LED指示灯在单元面板显示，并上报至整机总显控单元。如有故障，显控单元会给出相应的控制指令，数据采用控制单元和检流单元执行相应操作，保证单元工作正常。

1.1.1 三功分器

三功分器是功放单元的输入部分，为了达到损耗低，匹配好的目的，采用经典的威尔金森电路设计，优选了高介电常数、低损耗、高导热的优质印制板材，经过多次反复的计算机仿真、实际测试和功率试用后，获得了优良的性能和高度的一致性。

1.1.2 功放单元

高效功放单元由RFE6VP8600（BLF888）及其外围器件组成，具有高增益、高效率及高线性的特点。为了获得优越的性能，专门设计了导热性能优良的热承，使其更加稳定可靠，效率更高。

1.1.3 三合成器

三合成器是功放单元的功率合成部分，三合成器专门设计了耦合检波器，提供功放单元的输出功率和反射功率检测，方便单元的监测、管理和控制，为了提高功放单元匹配性和隔离度，在三合成器输出处设置了高品质的隔离器，增加了本单元的可靠性。

1.1.4 检流单元

检流单元主要是采集各个功放单元的供电电压、电流和控制其供电的通断。控制其供电的通断是接收数据采集控制单元的开关指令，开通或关断各个功放单元的供电，保护该功放单元。

1.1.5 数据采集控制单元

数据采集控制单元采集本功放单元的工作参数，如电流、电压、功率、温度等，经放大滤波等处理后送于显控单元。本功放单元出现故障，如温度过高、功率过大或电流过大时，该单元输出一个高电平，关断各个功放单元的供电，保护各功放单元。

1.1.6 显控单元

显控单元处理分析本单元的工作参数，判断工作状态，驱动LED显示，发出相关控制指令，上传相关工作参数和工作状态，拨收总显控单元的指示，发出相关控制指令。为了保证本功放单元的稳定可靠，设置了较为完善的监测、控制与保护，包括供电电压、电流、温度、输出功率和反射功率的监测，过压、过流、过温、过功率、过反射等。

1.1.7 单元面板（LED）

本单元的后面板上是射频输入、输出和供电通信控制接口，采用热插拔方式。前面板上的LED灯，表示本单元的工作状态。（1）电源（+50 V）指示灯（绿色）：正常工作时，亮。（2）负载失配指示灯（红色）：当负载失配反射过大时亮红色；正常工作时，灭。（3）功率过荷指示灯（红色）：当功率过荷时亮红色；正常工作时，灭。（4）过流保护指示灯（红色）：当电流过大时亮红色：正常工作时，灭。（5）过激励保护指示灯（红色）：当激励过大时，亮红色；正常工作时，灭。（6）过温保护指示灯（红色）：当温度过高时亮红色；正常工作时，灭。以上任何一个保护灯亮红色，同时启动了相应保护功能电路，关闭了功放模块。当故障排除后，再开机，使整机恢复正常工作。单元面板上还有I、Po、Pr 3个小孔，用于调试维修。

1.2 合成器及热拔插

末级功放单元的输出由合成器进行合成。本机的功率输出合成器采用典型吉赛尔电路设计原理。优越的设计技术，精密的加工，保证了优良的性能和一致性。本合成器匹配好、隔离度高、插损小，合成功率大。性能优越的功率输出合成器保证了本机的末级功放单元在出现故障时，整机能够减功率工作。末级功放单元的热插拔设计，让本机可以在不停机的情况下，快速更换故障单元，缩短更换时间，提高更换效率，为用户系统的正常播出提供了更多的保证和方便。

1.3 滤波及输出单元

发射机的末级功放单元经功率合成后，通过一个耦合器和带通滤波器输出，同时将耦合输出的射频信号检波送给显控单元，检测输出功率和反射功率。带通大功率滤波器采用了交叉耦合技术和温度补偿技术；尤其是温度补偿技术，采用的是不同金属材料的线膨胀与温度补偿之间的关系;经过长期的研发，掌握了丰富的实践经验。使滤波器能在-40～60℃之间，很宽温度范围内正常工作。且损耗小，选择性高，适合邻频多工合成，单天线发射。邻频合成既可降低天馈成本，又可节省频率资源。

1.4 电源单元

电源单元主要为本机末级功放单元供电。本机的末级功放，采用优质高效的开关电源。采用的机箱电源，设计上可放置4台电源模块。根据供电实际并尽量保持三相平衡，采取了第一电源模块槽位空置，2、3、4槽位内置3台电源，并联均流为系统供电。该电源是高密度、大功率、高效率、高品质的一流开关电源，效率达95%以上，配置2台即有足够的冗余。为了提商电源的可靠性，总共配置了3台电源为2+1备份。这样任何一台电源出现故障，都能保证本机末级功放供电正常。而且本电源单元为热拔插设计，任何一台电源都可以直接拔插，方便维修、维护。

1.5 配电、供电、防雷

通过分线器、避雷器、交流接触器、固态继电器等，将三相交流380 V的输入电压分配为单相交流220 V电压，供给电源单元，功放单元，前置功放单元，风机单元，激励器（调制器）单元和总显控单元。激励器（调制器）单元和总显控单元直接供电，不受任何控制；而电源单元，功放单元，前置功放单元、风机单元的供电受固态继电器的控制，可以对其实施遥控开关机。防雷措施在电源输入处有两重，一是在交流输入处接有避雷器，该避雷器具有避雷、相序识别、缺相告警等功能，保证在交流输入正常的条件下方能启动发射机。二是开关电源具备防雷功能，保证末级功放单元在雷击万一通过第一级防雷设施的情况下，仍然不会被雷击损坏。

2 发射机的功放故障维修及案例

功放对发射机的功率输出起着决定性作用，也是发射机出现故障较多的地方，功放故障是发射机检修的重点难点，故障一般是LDMOS场效应管烧坏，有时是电压电流不正常导致过压过流保护。

维修实例1：发射机无输出，射频输入和供电均正常，打开发射机盖板，各指示灯亮，功放块48 V直流电压正常，功放块输入端有射频输入而输出端没有射频输出，判断功放烧坏，打开功放块盖板，发现LDMOS管有烧焦的痕迹，后更换LDMOS管，发射机工作正常。

维修实例2：发射机输出功率下降，此发射机有3个功放单元，监控单元LCD显示功放3无输出且报警，测试3个功放单元的AGC控制电压，功放1、2的AGC控制电压为1.6～1.8 V，而功放3的AGC控制电压超过1.8 V，调整功放3的AGC控制电压，功放3输出正常，整机输出功率也正常，报警解除，故障排除。分析原因是由于功放3的AGC控制电压较高，致使功放3输入电平较高，功放电路过载保护所致。另外，还有过热保护、冷却系统故障、过压过流保护、滤波器失调和授时器失锁等。

维修实例3：功放模块内的功放管电流异常（正常时工作电流为3～5 A），检测数值意见有两种情况：一是工作时LDMOS管的电流为0.4 A左右；二是工作时LDMOS管的电流为0 A。故障分析与处理：（1）LDMOS管有电流但基本和静态电流一致，原因为无推动功率。因全固态电视发射机在低电压、大电流的状态下工作，且LDMOS工作在甲类或甲乙类状态，发热量大。电路连接点热胀冷缩，会出现焊点开裂现象，导致电路开路。重新焊接推动功率的输入接点可排除故障。（2）LDMOS管电流为0 A，测量电位器阻值异常。需重换LDMOS管，更换步骤如下所示。a.松开功放管上的各个固定螺钉，用两个电烙铁同时加热LDMOS管的两个栅极。待栅极上的焊锡融化后，向上撬动LDMOS管，使栅极脱离电路板。同样方法处理LDMOS管的漏级，使整个LDMOS管脱离电路板。b.将功放模块散热板上的旧导热硅脂清理干净。c.在新的LDMOS管外壳底部均匀涂抹导热硅脂后，把LDMOS管安装好位置，用螺钉固定好。d.为LDMOS管上锡焊接，焊接人员需着防静电腕带，将腕带连接到地。焊接时拔掉电烙铁电源，每次焊接时间不要太长。e.调整LDMOS管的偏置电压及输入匹配。总结：维修时往往发现在损坏的LDMOS晶体管输出端，都出现脱焊的情况，于是在某些方面可以认为，由于输出特性阻抗等参数的改变而导致LDMOS晶体管的损坏，我们将进一步实验分析这种可能性。在出现故障，来不及对故障LDMOS功放管进行更换处理时，应先降低整体发射功率，以减小其他未损坏功放组件进一步损坏的可能性，在整机功率不低于3 dBm的情况下，基本可以维持主要覆盖区域面积不变。

3 结束语

随着地面数字电视发射机大规模的应用，对常出现的发射机主要功放部分进行了一些技术总结，为了保证安全播出，提高设备的安全稳定性，在设备运行中应该采取一些必要的措施。首先是机房的工作环境，应严格控制机房的温度、湿度、灰尘，它们对高频设备的安全稳定运行有着很大的影响，过高的温度会影响设备内部元器件的效率和可靠性，过大的湿度影响电路的高频特性，导致元器件损坏；其次，对于大型的数字发射设备在使用一段时间后，应该使用专业仪器进行统调，特别对多次进行维修过的高功放部分，更应该进行工作点等参数调整，保证高频性能。

技术维护是一项理论与实践结合性很强的工作，要求具有细致的观察力、准确的判断力和科学的分析处理方法，我们要多学习、多实践、多钻研新技术，以丰富的理论知识指导实际工作，并在实际工作中积累经验，充实自己，做好平时的维护工作，及时排除存在的问题，保证数字电视发射机的安全运行。在技术设备不断快速更新换代的今天，应该不断地学习维护方法和手段，以适应今天新时代、新技术发展的要求。