地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)原理與故障分析

■ 焦作廣播電視臺(tái)發(fā)射傳輸部：王國(guó)勤

在數(shù)字電視廣播的模擬信號(hào)中，廣播信號(hào)由傳輸設(shè)備提供，其中的數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)（數(shù)字廣播發(fā)射機(jī)）通過(guò)接收廣播信號(hào)，將信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號(hào)或數(shù)字信號(hào)，并傳送到用戶(hù)的收音機(jī)或電視機(jī)上。數(shù)字電視廣播設(shè)備主要包括數(shù)字調(diào)頻、數(shù)字解碼和數(shù)字傳輸?shù)炔糠?。其中?shù)字調(diào)頻部分是在模擬信號(hào)中增加一個(gè)數(shù)字信號(hào)調(diào)制方法，調(diào)制成適合數(shù)字信號(hào)廣播輸出的音頻信號(hào)，同時(shí)可把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號(hào)，經(jīng)過(guò)編碼后發(fā)射出去。為了滿(mǎn)足電視廣播事業(yè)對(duì)數(shù)字視頻節(jié)目播出需要，廣播信號(hào)必須具備模擬、數(shù)字視頻傳輸功能。

1.地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)的原理

本文介紹了1kW的地面數(shù)字電視發(fā)射系統(tǒng)的工作原理。編碼電流輸入到驅(qū)動(dòng)器，然后通過(guò)調(diào)制的頻率轉(zhuǎn)換，輸出RF信號(hào)。選取一個(gè)無(wú)線(xiàn)電頻率信號(hào)傳送至RF分離器，將RF分頻器的信號(hào)傳輸給3個(gè)400W的功率放大器。經(jīng)過(guò)功率放大器的調(diào)制，三路射頻功率信號(hào)經(jīng)過(guò)功率耦合，經(jīng)過(guò)方向耦合和帶通濾波器傳輸至發(fā)射天線(xiàn)。接收器把高頻回波信號(hào)變換成中頻、基帶，從雜訊、干擾等方面進(jìn)行分離，最終達(dá)到下游數(shù)字電路的需要。經(jīng)過(guò)放大、整形、線(xiàn)性化，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為線(xiàn)性信號(hào)，再由帶通濾波獲得。與此同時(shí)，在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字電視廣播公司也必須針對(duì)客戶(hù)的要求不斷地進(jìn)行技術(shù)上的完善。在今后的發(fā)展中，將會(huì)不斷地改進(jìn)所使用的技術(shù)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定和高效率的運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)組成系統(tǒng)

2.1 激勵(lì)器與切換單元

激勵(lì)器可以有效區(qū)分模擬電視頻道和數(shù)字電視頻道，對(duì)覆蓋數(shù)字地面電視頻道和數(shù)字地面電視網(wǎng)絡(luò)起到非常重要的作用。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的接收端必須有一個(gè)具有信道調(diào)制和信道編碼功能的模塊。

信道的調(diào)制功能以發(fā)送為主要任務(wù)，其主要作用是增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性，確保接收者正確接收。兩個(gè)報(bào)警器的主要功能是確保接收到的信號(hào)能夠不中斷的正常進(jìn)行。通常情況下，頻率越高，則越敏感，而垂直及橫向檢測(cè)器的角度越低，故通常采用40kHz的檢測(cè)器。該開(kāi)關(guān)裝置具有手動(dòng)切換和自動(dòng)切換兩種功能，切換時(shí)間短，效率高，斷電記憶功能強(qiáng)。其主要功能是分離接收和發(fā)送的信號(hào)，使得發(fā)送與接收的信息不會(huì)被混雜。調(diào)制解調(diào)器技術(shù)、多種技術(shù)的結(jié)合、撥號(hào)連接等。通過(guò)對(duì)信號(hào)的改善，有利于加快數(shù)字化、雙向化、因特網(wǎng)化的發(fā)展，從而推動(dòng)廣播電視技術(shù)的發(fā)展和增值。

2.2 前級(jí)堆放與末級(jí)功放單元

前級(jí)升壓放大器和后級(jí)功放單元的主要組成部分是前級(jí)升壓放大器、功率分配器、后級(jí)功率放大器和功率合成器。由于系統(tǒng)受外界因素影響較大，通常需要安裝控制器對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)、檢測(cè)和保護(hù)設(shè)備，以保證系統(tǒng)持續(xù)的額定功率。而搭建前置放大器的最主要目的，是把前調(diào)諧器所產(chǎn)生的信號(hào)加以放大，從而達(dá)到下一個(gè)工作電平的要求，并獲得下一功率放大的結(jié)果。功分器將前置放大器所提供的信息，根據(jù)相同的頻率和相位進(jìn)行分頻輸出，將分頻輸出產(chǎn)生的四路信息饋送給末級(jí)功放，以放大最佳信息。經(jīng)過(guò)上述流程，合路器將四臺(tái)時(shí)速為350W功放的同相功率車(chē)組合成一個(gè)功率，并進(jìn)行輸出計(jì)算。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)接合器后，通過(guò)自適應(yīng)測(cè)試信號(hào)接口送到相應(yīng)的信號(hào)處理模塊進(jìn)行處理。

2.3 帶通濾波器

帶通濾波器的主要作用是濾除帶外信號(hào)，其過(guò)濾材料是高頻信號(hào)。視頻信號(hào)經(jīng)末級(jí)功放合成輸出后，到達(dá)定向耦合器，再經(jīng)定向耦合器傳輸至帶通濾波器。濾波器可以消除不需要的頻帶信號(hào)，并可以使用其指定頻率范圍內(nèi)的頻率分量，應(yīng)用此屬性來(lái)選擇注入的高頻信號(hào)流響應(yīng)分量。

2.4 監(jiān)控單元

控制器的主要作用是控制功放的輸出功率、反射功率、電流、電壓、溫度等。具有信號(hào)讀取速度快、檢測(cè)元器件成本低、檢測(cè)靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。并且監(jiān)控單元還可以監(jiān)控整機(jī)的輸出功率和反射功率。監(jiān)控單元的正常工作狀態(tài)是保證數(shù)字電視發(fā)射機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。由于通信設(shè)備的運(yùn)行需要射頻信號(hào)的接收和發(fā)射，因此該設(shè)備所需的功率構(gòu)成了監(jiān)控設(shè)備總功率需求的很大一部分。

2.5 供電系統(tǒng)

大多數(shù)情況下，地面數(shù)字電視直放站的電源系統(tǒng)由整機(jī)三相網(wǎng)絡(luò)維護(hù)，通常采用兩臺(tái)或多臺(tái)相同功率的UPS并聯(lián)運(yùn)行。交流接觸器首先為風(fēng)扇供電，然后為最后一個(gè)功率級(jí)供電。通常，兩個(gè)電源并排運(yùn)行，每個(gè)電源承載特定負(fù)載。當(dāng)一個(gè)電源關(guān)閉時(shí)，另一個(gè)電源可以承載100%的主要負(fù)載。最終電源系統(tǒng)的主要組成部分是4個(gè)2500W的開(kāi)關(guān)電源模塊。另外，在地面數(shù)字電視廣播機(jī)供電線(xiàn)路的輸入端安裝了專(zhuān)用避雷針，具有一定的防雷作用。由于通信設(shè)備的工作需要接收和發(fā)射射頻信號(hào)，因此，這些設(shè)備所需的功率占監(jiān)控設(shè)備總功率需求的很大一部分。

3.地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機(jī)的故障現(xiàn)象與處置方法

3.1 報(bào)警保護(hù)問(wèn)題及處置方法

通常，1kW地面數(shù)字廣播發(fā)射機(jī)具有自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)。該系統(tǒng)在運(yùn)行期間的主要目的是防止在發(fā)生致命錯(cuò)誤時(shí)損壞變送器。當(dāng)1kW數(shù)字地面電視發(fā)射機(jī)損壞報(bào)警時(shí)，其控制系統(tǒng)會(huì)報(bào)警。該保護(hù)可自動(dòng)啟動(dòng)，因此在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)受到其他設(shè)備的干擾或影響，以確保數(shù)字廣播機(jī)的安全。其中，報(bào)警情況可通過(guò)地面數(shù)字電視廣播臺(tái)的液晶顯示器或設(shè)備的遙控連接進(jìn)行查詢(xún)。報(bào)警時(shí)顯示設(shè)備名稱(chēng)、安裝位置、代碼、維修時(shí)間、恢復(fù)時(shí)間、處理人員等信息。一旦設(shè)備離開(kāi)指定區(qū)域，系統(tǒng)會(huì)立即報(bào)警并記錄設(shè)備的位置和移動(dòng)路線(xiàn)，并進(jìn)行反饋，確保設(shè)備能夠及時(shí)取回。

報(bào)警器電路出現(xiàn)故障的原因之一是電路的傳輸控制部分出現(xiàn)故障，導(dǎo)致報(bào)警器不能正常傳輸電視信號(hào)，避免信號(hào)質(zhì)量變差對(duì)其他設(shè)備和用戶(hù)造成電磁干擾。發(fā)射機(jī)不能淘汰，發(fā)射機(jī)保護(hù)電路必須對(duì)其部分功能進(jìn)行保護(hù)處理，以保證發(fā)射機(jī)發(fā)射控制的可靠性。具體地，1kW地面數(shù)字電視播放關(guān)閉AGC引起的反射功率告警錯(cuò)誤現(xiàn)象時(shí)，需直接切斷1kW數(shù)字地面電視發(fā)射機(jī)。這樣整機(jī)停機(jī)后，要全面檢查射頻輸出接頭、元器件的多功能器件合成和線(xiàn)頭的連接，要全面檢查軟饋線(xiàn)是否有缺陷，水、功分器、饋線(xiàn)－連接器、天線(xiàn)等。檢查時(shí)應(yīng)避免同時(shí)使用多個(gè)設(shè)備，以免因電源和電路不穩(wěn)定而損壞設(shè)備。如果檢測(cè)到異常情況，必須立即做出響應(yīng)。只有這樣，才能確保地面數(shù)字電視廣播電臺(tái)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.2 整機(jī)部分故障及處置方法

1kW地面數(shù)字電視轉(zhuǎn)播設(shè)備中最常見(jiàn)的故障就是全系統(tǒng)的局部故障，占總故障的70%。特別是在提高傳送機(jī)的維修水平時(shí)，維修人員的技術(shù)實(shí)力是很關(guān)鍵的，它可以判斷設(shè)備是否發(fā)生故障、快速、準(zhǔn)確、可靠，同時(shí)也保證了機(jī)器的正常工作，減少了機(jī)器的局部故障。該系統(tǒng)包括設(shè)備的組成、原理、操作技術(shù)和維修技術(shù)，并能對(duì)設(shè)備的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)參數(shù)進(jìn)行有效的控制，能熟練地進(jìn)行設(shè)備的調(diào)試和維修。硬件發(fā)送器的日常保養(yǎng)指導(dǎo)，在設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)工作中，積極地解決整個(gè)設(shè)備的故障，有效地防止了設(shè)備的損壞。若空氣開(kāi)關(guān)會(huì)自動(dòng)關(guān)機(jī)，應(yīng)先查看電源模組的型號(hào)，避免人工開(kāi)啟風(fēng)門(mén)，并立即更換備用電源。尤其是重大的設(shè)備故障，要及時(shí)、準(zhǔn)確地處理后，要認(rèn)真地進(jìn)行分析，并與同事交流解決問(wèn)題的經(jīng)驗(yàn)，一起進(jìn)行改善，縮短維修周期。掌握設(shè)備維修的正確方法，提高對(duì)設(shè)備的診斷、定位和排除能力，以保證開(kāi)關(guān)柜安全、穩(wěn)定地使用。

3.3 功放故障的分析及處理

由于功放對(duì)設(shè)備的輸出功率起著關(guān)鍵作用，因此對(duì)通訊設(shè)備、攝像機(jī)、螺旋槳等設(shè)備的要求也非常高。因此，當(dāng)1kW地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，關(guān)鍵是功放故障，這是排除故障的難點(diǎn)。一旦發(fā)生故障，不僅損失巨大，而且影響巨大，即使是正常的維修，也會(huì)造成大量的設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用。要做到這一點(diǎn)，必須進(jìn)行合理的規(guī)劃，做到生產(chǎn)與維修并重，同時(shí)注意采用科學(xué)的維修方法，最大限度地提高維修效率。檢修時(shí)要根據(jù)設(shè)備故障的發(fā)生、歷史和后果，針對(duì)不同的后果和原因采取不同的檢修策略，不能孤立地考慮故障現(xiàn)象，而是要找到問(wèn)題的核心，對(duì)故障進(jìn)行綜合分析，避免故障不能及時(shí)修復(fù)。學(xué)會(huì)運(yùn)用根本原因分析法，實(shí)事求是，如實(shí)分析設(shè)備故障，共享故障信息，避免故障重復(fù)發(fā)生。

4.地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的維護(hù)措施

4.1 日常維護(hù)

首先，必須對(duì)整個(gè)主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行定期維護(hù)。在整機(jī)啟用之前，應(yīng)該進(jìn)行下列幾個(gè)方面的維護(hù)工作。首先檢查一下整個(gè)天線(xiàn)系統(tǒng)是否正常放置于連接，以防止在整個(gè)主機(jī)系統(tǒng)完全工作時(shí)會(huì)移動(dòng)或重新定位天線(xiàn)反饋系統(tǒng)。其次，一旦天饋系統(tǒng)出現(xiàn)異常或故障，主機(jī)顯示器上會(huì)出現(xiàn)報(bào)警或伴隨報(bào)警音，并要求維護(hù)管理人員徹底排除故障。故障消除后，按下“Recovery”按鍵重新供電。在啟動(dòng)前應(yīng)檢查一下機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)是否穩(wěn)定，是否卡阻，以及皮帶接線(xiàn)是否正常?？梢酝ㄟ^(guò)單元排查法及時(shí)找到故障單元，通過(guò)功放也可以及時(shí)找到有問(wèn)題的功放單元電流指示器。遇到不完全了解的異常情況，不要盲目操作，應(yīng)及時(shí)咨詢(xún)或通知專(zhuān)業(yè)維修人員，作出正確的評(píng)估和處理，以免造成故障或故障擴(kuò)大。如果明確錯(cuò)誤已得到有效糾正，則可以準(zhǔn)備調(diào)試。整機(jī)開(kāi)機(jī)運(yùn)行后，需要綜合觀察總輸出功率和勵(lì)磁機(jī)輸出功率，如果總輸出功率偏差較大，必須立即停止運(yùn)行，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障裝置。需要保持良好的工作狀態(tài)以確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，并應(yīng)根據(jù)使用環(huán)境、天氣狀況等因素定期更換零部件。如果需要更換，首先徹底清潔并干燥更換部件。另外，如果變送器部件因長(zhǎng)期暴露而老化、松動(dòng)或損壞，也會(huì)影響變送器的正常工作。因此，有必要定期進(jìn)行清潔操作，以確保變送器的正常運(yùn)行。

4.2 每月維護(hù)

首先，仔細(xì)檢查總輸出功率和反射功率。對(duì)監(jiān)測(cè)到的當(dāng)前數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，去除異常數(shù)據(jù)并進(jìn)行平滑分析。對(duì)于地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)，正常工作時(shí)總輸出功率計(jì)的反射功率是檢查發(fā)射機(jī)是否有故障的最重要標(biāo)準(zhǔn)之一。對(duì)于發(fā)射機(jī)來(lái)說(shuō)，首先是要規(guī)范設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間，需要每月檢查一次發(fā)射機(jī)總輸出功率表的反射功率，建立設(shè)備操作規(guī)程，制定設(shè)備操作手冊(cè)，嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行作業(yè)，確保安全運(yùn)行。一般每天檢查3次，如有困難至少早晚檢查2次。如果技術(shù)條件允許，可以用功率計(jì)測(cè)量發(fā)射機(jī)總輸出功率計(jì)的反射功率，用準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)評(píng)估發(fā)射機(jī)是否有故障需要維修。同時(shí)需要嚴(yán)格按照操作規(guī)程執(zhí)行，確保安全運(yùn)行。通過(guò)各種方式檢查溫度，看溫度是否正常，并詳細(xì)檢查連接器的情況。一般情況下，變送器表面溫度通常為10℃。當(dāng)機(jī)器溫度過(guò)高，溫度下降時(shí)，應(yīng)及時(shí)停止工作。同時(shí)，擋塊的正常工作也是保證變送器穩(wěn)定安全運(yùn)行的重要因素。該站需要對(duì)插頭進(jìn)行全面檢查。如果接頭指示燈為綠色，則為正常，如果為黑色，則表示需要更換，如果有燒焦的氣味，則表示離合器片因摩擦不當(dāng)而燒毀。變送器液壓系統(tǒng)的維護(hù)可采用各種電氣測(cè)試，根據(jù)實(shí)際情況，了解設(shè)備的健康狀況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患，防患于未然，確保安全和設(shè)備運(yùn)行的可靠性。

4.3 每個(gè)季度維護(hù)

每季度檢修的主要重點(diǎn)是檢查勵(lì)磁機(jī)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速是否正常，循環(huán)風(fēng)機(jī)是否正常，旋轉(zhuǎn)方向是否正確，有無(wú)損壞，特別是逆變風(fēng)機(jī)是否工作正常。并做好除塵工作。另外，設(shè)備維修計(jì)劃主要是根據(jù)設(shè)備的使用情況制定大中型維修計(jì)劃，確定設(shè)備的維修內(nèi)容，對(duì)一些容易出現(xiàn)故障的設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維修。還要注意設(shè)備的老化現(xiàn)象，如果設(shè)備出現(xiàn)故障，不要自行修理。需要專(zhuān)業(yè)維修人員進(jìn)行維修。平時(shí)注意設(shè)備的操作細(xì)節(jié)，保證設(shè)備的正常運(yùn)行，降低設(shè)備的故障率，保證設(shè)備的長(zhǎng)期運(yùn)行。

5.結(jié)束語(yǔ)

在深入了解地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的工作原理后，需要進(jìn)一步探索新的方法和規(guī)律，為當(dāng)前地面數(shù)字廣播發(fā)射機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供新的思路。當(dāng)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，要立即排查錯(cuò)誤原因，積極排除各種錯(cuò)誤因素，確保設(shè)備和變送器的安全運(yùn)行，并確保最長(zhǎng)的正常運(yùn)行時(shí)間和最短的維修時(shí)間，還要確保電視節(jié)目可以正常播放。日常連續(xù)運(yùn)行中也會(huì)出現(xiàn)一些機(jī)械故障，出現(xiàn)這些問(wèn)題必須根據(jù)具體原因分析解決，才能更好地解決問(wèn)題，使設(shè)備盡快正常工作。