探討地面數字電視發(fā)射機功放運行原理及其故障維護

王先勇

（廣西廣播電視技術中心南寧分中心，廣西 南寧 530015）

現階段中國數字電視（DTV，Digital Video Broadcasting）的覆蓋網絡已完成。與以往的模擬電視相比，數字電視具有更清晰的畫面、更多的通道、更高的音質、更完美的功能，而且可以實現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。

地面數字電視發(fā)射機為了向用戶提供更好的視聽體驗、更加充實的功能和服務，在穩(wěn)定運轉中發(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)射機為例，碼流進入勵磁器，通過頻率變換調制后，輸出射頻信號。開關通過控制器對輸出射頻信號進行雙驅動切換。將一個射頻信號選擇給射頻分離器，該分離器將信號分配給3 個信道，并驅動3 個400 W 功率的放大器。功率放大后，3 個射頻功率信號由功率合成器合成，經由定向耦合器和帶通濾波器發(fā)送到發(fā)射天線。勵磁器、電源和功率放大器是重要部件。發(fā)射機設備的發(fā)射機原理如圖1 所示。

圖1 發(fā)射機原理框圖

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 個功率放大器單元板構成，并經由功率合成器提供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—不平衡轉換）網絡，標稱阻抗50 Ω，電源50 V，ab 類工作，推挽共源擴大，工作電流7.5 A。

2 發(fā)射機功放板塊的常見故障和維護方法

功率晶體管的損壞或組合器的輸出短路故障將降低發(fā)射機的輸出功率，通過確認控制臺上顯示的數據，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，證明第一個合成電源存在短路故障[1]。相關人員必須迅速調整電流頭，以檢查故障部位。

發(fā)現并糾正缺陷是為了建立一個良好的維護平臺。后臺主要由數據發(fā)送器、放大器連接端口和備份電源組成。將氣動開關從連接端口連接到電源，連接380 V 的電源。調試接口安裝在所放置的計算機上，通過數據傳輸線連接，保證執(zhí)行參數和計算機顯示數據一致。維護比較簡單，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，極板的總功率就會異常，一般反射功率會保持穩(wěn)定，但輸出功率會降低。由于功率晶體管的損耗，單個放大器模塊的電流強度隨著輸出功率的減小而降低，通常降低到25 A 左右，因此數字信號監(jiān)視平臺通常能夠檢測到這種故障。功率晶體管通常在安裝初期會損失一部分，因此設備長期運轉后整體性能會下降。所以，相關人員需及時檢查，進行整體交換作業(yè)。當功率晶體管的損耗較大且未能趕上更換時，可以降低總功率以減少由于損傷結構而引起的其他正常部件的損傷。當設備的功率為3 dBm或更高時，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，在數字信號背景下，2 個故障的影響會下降，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)送板破損而產生的，因此，相關人員需對該板的裝置構造進行檢查，并逐個排查故障。操作者用手觸摸機器的零件，可以具體分析是否有太多的熱量，發(fā)射機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 以實現功率增強和分離。更換后，負責人使用矢量分析器進行功率相位調整，直到達到正常水平[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據，其值取決于放大器板之間的相位匹配和功率水平。該發(fā)射機由32 個放大器模塊構成，通常其正常平衡功率應該保持在2 W。

由于放大器輸出部及線路節(jié)點的劣化，有時幾個電路的電流強度異常變動，從而導致平衡功率異常增大。在問題出現的初期階段，并不會出現嚴重的脫焊問題，如果處理不當會導致工作人員出現傷亡情況。因此，在除去接合處的灰塵后，必須重新進行焊接工作，從而保證放大器正常運行。

2.4 微開關損耗

微開關裝置一般安裝在電源板外的保護外殼上，很容易受到外部影響干預，從而導致通信出現中斷現象。微開關一般控制放大器的功率，設備容易損壞進而導致連接電容器破損，導致柵極電壓強度異常變化，在一定程度上阻礙放大器板正常動作。

針對這些問題，維修人員必須加大檢查力度，及時發(fā)現故障并更換開關，蓋上外面的電路設備更安全，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)電流強度和柵極漏極電壓強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部并行連接的4 個電阻器（0.05 Ω）連接到漏極。因此，通過測試電阻部的電壓強度，能夠估計功率放大器的靜止狀態(tài)下的電流強度。盡管兩極電壓的強度處于正常值范圍內，但電流強度明顯高于正常值范圍時，可能會損壞放大管。

功率放大管的損傷通常通過交換來維持。為了保護功率放大器周邊的電氣部件和電流通路，通常會取下電極附近的部件。確認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，必須確認已消除靜電而正確接觸地面。當上述作業(yè)完成后，將交換裝置配置在規(guī)定的位置進行按壓，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，要嚴格把握焊接時間，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破壞功率平衡，因此優(yōu)選更換整個功率放大管。如果只能根據條件的限制進行部分交換，則需要基于預先通電加熱來調整柵極部分的電壓強度，以維持相同的靜止電流強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換，因此在正常操作期間經常會產生大量熱能。一旦這些熱能散失不及時，那么溫度會急劇上升，從而加快各種電氣部件的氧化反應，導致極板無法正常工作，縮短電氣部件的工作壽命，極其不利于數字電視發(fā)射機的運行。

發(fā)射機通常使用冷空氣來進行散熱，為了進一步提高散熱效率，除了換氣扇之外還應增加換氣扇空調。工作室兩側都配置了空調，以改善均勻性氣流。

除了定期清除灰塵外，維護人員還必須優(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 個口之外，其他間隙應當嚴格封閉，預防灰塵入內。

除了溫度和灰塵外，維護人員還必須控制設備室內空氣的濕度。空氣中的水分質量高，會損害功率放大器模塊的高頻性能，從而失去電氣部件。因此，相關人員應保持設備間干燥。

3 地面數字電視發(fā)射機的常規(guī)維護措施

當出現黑畫面時，頻道接收器不正常工作，地面數字電視發(fā)射機的勵磁器發(fā)出警告信號，電視畫面會出現無圖像信號、黑畫面等現象[3]。發(fā)現這些故障后，需提高發(fā)射機整體工作效率的總維護。根據實施維護期間的不同，可分為通常維護和月度維護、季度維護、年維護和整體維護[4]。

3.1 日常維護

日常維護中，需保持數字電視發(fā)射機始終處于連接狀態(tài)。為了將記錄在地上數字電視發(fā)射機的動作狀態(tài)顯示在屏幕上時，需要將它用作比較傳輸數據的基礎，以控制傳感器顯示的信息。與提供數據的制造商差異較大時，應適當調整。特別是在雷雨、風雪、黃沙等惡劣天氣，不利于天線供電系統(tǒng)工作時，需要格外檢查機器的運轉情況，維持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。地面數字電視發(fā)射機的技術人員必須定期檢查各種指標，去除灰塵。為提高地面數字電視發(fā)射機的操作穩(wěn)定性，需在良好的環(huán)境下操作發(fā)射機，并在一定程度上保持溫度和濕度[5]。

3.2 月度維護

在月度維護過程中，需要分析人員陳述工作概況，分析數據，解決問題，確認電源系統(tǒng)的狀態(tài)。如果燈變紅，需要更換。檢查地面數字電視發(fā)射機的電源，偶爾用手檢查發(fā)射機設備表面溫度情況。保證地面數字發(fā)射機正常運作，還要保證各個設備通道干燥且整潔，每月對通風孔進行一次過濾。同時，清潔風扇罩、葉片和散熱器，以檢查風扇是否正常工作。

3.3 年度維護

在年度維護中，所有的數字電視發(fā)射機風葉都必須接受測試，確定風力是否減弱，如果工作異常，則需要更換風扇。檢查濾波器是否正常運作，如果出現異常，要及時調試。檢查觸摸屏，出現接觸不良時，重新拔插連接，如果還是接觸異常則需要更換連接線。檢查地面數字發(fā)射機，更換電解液的電源，更換配電盤上的交流電容器。出現連接不良或發(fā)射機顯示不正常的觸摸屏必須立即更換。

4 結束語

綜上所述，數字化是未來技術發(fā)展的必然趨勢。數字電視發(fā)射機的應用不僅為觀眾提供了更好的服務，而且還可以為觀眾帶來高質量的節(jié)目內容，滿足觀眾的觀看習慣。此外，現代數字電視的發(fā)展極其依賴于地面數字發(fā)射機的應用，因此，分析發(fā)射機功放的工作原理及如何進行故障維修具有極其重要的現實意義。