HSFM-10型全固態(tài)調(diào)頻發(fā)射機(jī)工作原理和維護(hù)

摘要：著重介紹遼寧數(shù)字廣播電視設(shè)備集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的HSFM-10型全固態(tài)調(diào)頻廣播發(fā)射機(jī)基本組成、工作原理、技術(shù)特點和使用維護(hù)。
關(guān)鍵詞：調(diào)頻發(fā)射機(jī)；工作原理；維護(hù)使用

    HSFM-10型全固態(tài)調(diào)頻發(fā)射機(jī)是遼寧數(shù)字廣播電視設(shè)備集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的一種新型發(fā)射機(jī)。山西省廣播電視總臺于2011年在我臺共安裝使用了四臺該發(fā)射機(jī)，采用3+1方式進(jìn)行省內(nèi)交通、經(jīng)濟(jì)、健康三套節(jié)目的覆蓋。投入運(yùn)行以來，發(fā)射機(jī)工作穩(wěn)定，安全可靠。

1 整機(jī)工作原理
    HSFM-10型調(diào)頻發(fā)射機(jī)由意大利RVR公司生產(chǎn)的原裝30 W激勵器、推動級、3dB分配器、五路分配器、1．2 kW調(diào)頻功放單元、五路合成器、3dB合成器、定向耦合器、濾波器、整機(jī)顯示控制系統(tǒng)等組成，具有技術(shù)先進(jìn)，穩(wěn)定可靠，操作簡單，環(huán)保節(jié)能，保護(hù)齊全等特點。整機(jī)工作原理如圖1所示。

1．1 激勵器
    激勵器是意大利RVR公司生產(chǎn)的30 W原裝激勵器，可以在87．5 MHz～108 MHz之間間隔0．01 MHz任選規(guī)定頻率，直接頻率合成，保證高質(zhì)量的線性偏差和極小的失真；激勵器具有駐波比保護(hù)電路，在駐波比高于要求或鎖相電路失控時，無功率輸出。
1．2 推動級
    該級是將激勵器送來的射頻信號進(jìn)行第一級放大。由一支BLF278組成，最大輸出功率為300W，本機(jī)僅使用150W左右，余量大、線性好。
1．3 末級
    該級是發(fā)射機(jī)的最后一級功率放大，它將推動級送來的射頻信號放大到本機(jī)要求的額定功率。由10個1．2 kW功放模塊、五路合成器、3 dB合成器、定向耦合器及低通濾波器等組成。
1．3．1 1．2 kW功放模塊
    末級采用1．2 kW寬帶功放模塊，由4個300 W調(diào)頻功放單元、四路分配器、四路合成器、顯示控制電路、2725 W開關(guān)電源、軸流風(fēng)機(jī)等組成，如圖2所示。功放模塊為全固態(tài)單元結(jié)構(gòu)，具有效率高、增益高、輸出功率穩(wěn)定等特點，在87 MHz～108 MHz頻段內(nèi)增益波動僅為±0.2 dB，為一典型的寬帶放大器。功放單元設(shè)有輸出過大保護(hù)、反射過大保護(hù)、過壓保護(hù)、過流保護(hù)、過溫保護(hù)和過激勵保護(hù)功能，并可以單獨顯示功放模塊的輸出功率、反射功率及電流。

1．3．2 300 W功放單元
    1．2 kW功放模塊主要由4個300 W功放單元組合而成，300 W功放單元采用寬帶設(shè)計，在調(diào)頻波段具有平坦的頻率特性及良好的線性，工作在丙類狀態(tài)，工作電壓48 V，增益約為20 dB，最大輸出功率為300 W時，工作電流為7．5 A，效率為79．7％，在同等功率下使用元器件數(shù)量少，降低了整機(jī)故障率，節(jié)約了運(yùn)行成本，節(jié)能環(huán)保。
1．3．3 2 725 W開關(guān)電源
    緊湊型功率平臺的CP2725AC54前端電源，特別作為分布式功率系統(tǒng)中的一個完整部分。該款電源具有高功率密度，效率高，體積小，功率大，支持熱插拔、均流等功能。風(fēng)向從前到后，應(yīng)用上縮小占用的空間，并為未來功率增加有能自如的擴(kuò)展。包括POE隔離要求，RS485和雙冗余I2C通訊總線功能，如此它能在許多應(yīng)用中使用。這款電源有靈活的特征設(shè)置，對于要求模塊AC-DC中間母線電壓的場合(分布式供電)它是個很好的選擇。
1．3．4 模塊保護(hù)電路
    模塊保護(hù)電路主要完成對射頻信號的檢波，然后對檢波信號的邏輯比較和判斷，是否工作正常；對電流取樣電阻的電壓放大，然后對電流檢測電壓的邏輯比較和判斷，是否工作正常；將各個取樣電壓及狀態(tài)量送到單片機(jī)控制電路，由主控系統(tǒng)分析、顯示各個數(shù)據(jù)，判斷各個狀態(tài)保護(hù)，決定是否要關(guān)機(jī)或者降功率。該電路主要包括以下幾個部分：電源供電電路、輸入輸出接口電路、射頻檢波電路(輸出功率、反射功率)、電壓比較電路、電流檢測電路、LED狀態(tài)顯示電路以及狀態(tài)控制量輸出電路。
1．3．5 模塊控制電路
    模塊單片機(jī)控制電路主要完成對模擬信號和狀態(tài)量的檢測，顯示功放模塊的各種工作參數(shù)，同時將檢測數(shù)據(jù)通過串口傳送到整機(jī)主控系統(tǒng)，并對功放模塊進(jìn)行控制。該電路主要包括以下幾個部分：保護(hù)狀態(tài)檢測電路、溫度檢測電路、RS485通訊電路、多路選擇開關(guān)電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、電源供電電路、功放模塊控制電路、指示顯示電路。
1．4 控制單元
    控制單元是發(fā)射機(jī)控制系統(tǒng)的核心處理模塊，處理來自發(fā)射機(jī)的射頻功率輸出、反射等監(jiān)測，以及整機(jī)的電源、風(fēng)機(jī)、激勵器等控制。同時還完成對各個模塊保護(hù)量的監(jiān)測，當(dāng)模塊發(fā)生保護(hù)時，控制整機(jī)完成執(zhí)行保護(hù)動作。
1．4．1 功率的監(jiān)測
    整機(jī)狀態(tài)監(jiān)測主要包含了整機(jī)輸出功率(FWD)和整機(jī)反射功率(REFL)兩個真值有效功率的監(jiān)測，兩個量經(jīng)整機(jī)保護(hù)板上的功率檢測芯片將功率值變成對應(yīng)的電平信號，功率與電平信號成反比關(guān)系，該電平信號經(jīng)AD轉(zhuǎn)換后，經(jīng)MCU處理后再還原成功率值，并顯示在整機(jī)顯示屏。
1．4．2 開、關(guān)機(jī)過程
    在控制單元前面板的(ON／OFF)按鈕為開關(guān)機(jī)按鈕，該按鈕為長按鍵，在關(guān)機(jī)狀態(tài)下，按住該按鈕大約4 s，控制系統(tǒng)首先會先啟動風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)啟動后大約5 s會自動啟動功放模塊的開關(guān)電源，當(dāng)激勵器完全啟動后，發(fā)射機(jī)處于開機(jī)工作狀態(tài)。當(dāng)處于開機(jī)狀態(tài)下，按住該按鈕將關(guān)閉發(fā)射機(jī)。
1．4．3 切換過程
    切換按鈕為面板上的(EX)按鈕，該按鈕為短按鈕，按一下該按鈕則系統(tǒng)會進(jìn)行切換，從當(dāng)前工作的激勵器切換到備用激勵器。
1．4．4 復(fù)位過程
    整機(jī)保護(hù)或者功放模塊發(fā)生保護(hù)時，面板對應(yīng)的保護(hù)燈會亮起，同時控制系統(tǒng)會執(zhí)行保護(hù)動作，檢查維修后，按一下復(fù)位按鈕，然后再按開機(jī)鍵開機(jī)。如果保護(hù)還存在，證明發(fā)射機(jī)仍然處于保護(hù)狀態(tài)。
1．5 整機(jī)顯示系統(tǒng)
    整機(jī)顯示控制系統(tǒng)具有手動開關(guān)機(jī)、定時開關(guān)機(jī)，輸出功率與反射功率的定時存儲、查詢，雙激勵的手動切換、自動切換等功能。整機(jī)可以顯示輸出功率、反射功率、日期、時間以及每個功放單元的輸出功率、反射功率及其電流等發(fā)射機(jī)的實時參數(shù)。
    該系統(tǒng)是專門為發(fā)射機(jī)設(shè)計開發(fā)的一套監(jiān)測與控制系統(tǒng)，包含了整機(jī)(TX)、激勵器(EX)、末級放大單元(PA)等三個部分的數(shù)據(jù)采集與狀態(tài)監(jiān)測，同時實現(xiàn)對整個發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)的邏輯控制。
    在監(jiān)測到非正常的工作狀態(tài)后，控制系統(tǒng)自動關(guān)閉發(fā)射機(jī)。實現(xiàn)發(fā)射機(jī)的保護(hù)。該系統(tǒng)的操作方式是通過觸摸屏實現(xiàn)的，同時對于開機(jī)、關(guān)機(jī)等重要的控制還可以通過觸摸屏外部的按鍵進(jìn)行人工控制。
    液晶顯示屏主要顯示內(nèi)容包括：
    (1)輸出功率表，單位是W。
    (2)反射功率表，單位是W。
    (3)輸出功率數(shù)值指示，單位是W。
    (4)反射功率數(shù)值指示，單位是W。
    (5)激勵器工作狀態(tài)指示，工作的激勵器顯示為紅色線條，另外一個則為白色線條。
    (6)控制單元，包含開機(jī)、關(guān)機(jī)、復(fù)位等按鈕。
    (7)狀態(tài)監(jiān)測區(qū)，包括激勵器、模塊放大單元等狀態(tài)。
    (8)功能設(shè)置區(qū)，包括參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)查詢、定時控制。
    (9)整機(jī)狀態(tài)指示燈，包括電源指示、駐波保護(hù)指示、缺相保護(hù)指示和整機(jī)保護(hù)指示。
    (10)時鐘指示。
    在發(fā)射機(jī)接入外部電源后，進(jìn)入啟動過程，此時盡量不要進(jìn)行控制系統(tǒng)的操作，否則容易造成死屏現(xiàn)象，如果發(fā)生死屏現(xiàn)象，則需要打開工控機(jī)的面板，快速按一下關(guān)機(jī)按鈕，工控機(jī)會在安全模式下自動關(guān)機(jī)，但不影響發(fā)射機(jī)的正常工作，在關(guān)閉工控機(jī)后，再按一下該按鈕進(jìn)行重新開機(jī)。
    在操作系統(tǒng)時，每次點擊功能按鈕要有一定的時間間隔，大概5 s左右，否則容易造成系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)的紊亂。
    在系統(tǒng)中進(jìn)行關(guān)機(jī)指令的操作后，發(fā)射機(jī)將自動關(guān)閉，在延時約150 s后，關(guān)閉總電源，所以在延時的過程中應(yīng)該退出監(jiān)測與控制系統(tǒng)，同時在對話框出現(xiàn)時點擊確定按鈕關(guān)閉工控機(jī)，否則如果沒有關(guān)閉工控機(jī)，在發(fā)射機(jī)自動關(guān)閉總電源后，會造成工控機(jī)的非法關(guān)機(jī)，甚至造成工控機(jī)操作系統(tǒng)的崩潰。

2 使用
2．1 環(huán)境要求
    (1)發(fā)射機(jī)機(jī)房應(yīng)距中短波發(fā)射臺及各種強(qiáng)電磁場發(fā)生源至少1000 m遠(yuǎn)，以避免干擾。
    (2)發(fā)射機(jī)周圍要留有充裕的空間，以便有良好的通風(fēng)散熱條件和方便維護(hù)。
    (3)發(fā)射機(jī)機(jī)房要求清潔，空氣中應(yīng)極少塵埃。
    (4)供電電源應(yīng)符合發(fā)射機(jī)說明書中的規(guī)定，并有可靠的避雷設(shè)備及有效接地。
    (5)發(fā)射天線駐波比應(yīng)≤1．1，工作頻帶應(yīng)覆蓋發(fā)射機(jī)工作頻道，避雷設(shè)施有效可靠。
2．2 正常開機(jī)
    第一次開機(jī)后，各個單元開關(guān)處于開啟狀態(tài)，以后開機(jī)只要先開整機(jī)的空氣開關(guān)，再按整機(jī)面板上的開關(guān)機(jī)鍵(ON)，發(fā)射機(jī)按照設(shè)定的程序進(jìn)行開機(jī)，開機(jī)順序：先開啟功放開關(guān)電源，5 s后開啟激勵器射頻輸出，緩步加到額定功率，整機(jī)即全部進(jìn)入正常工作狀態(tài)。
2．3 關(guān)機(jī)
    若要停止發(fā)射機(jī)的工作或出現(xiàn)異常需要關(guān)機(jī)時，只要按整機(jī)面板的開關(guān)機(jī)鍵(ON)，發(fā)射機(jī)按照預(yù)先的程序關(guān)機(jī)，先關(guān)閉激勵器的射頻輸出，再關(guān)閉功放開關(guān)電源，但此時380 V還存在，待散熱器冷卻后關(guān)閉面板上的電源空氣開關(guān)，此時發(fā)射機(jī)完全停止工作，然后再關(guān)外電。
2．4 保護(hù)
    整機(jī)保護(hù)：整機(jī)具有輸出過大保護(hù)、反射過大保護(hù)等保護(hù)功能，保護(hù)后發(fā)射機(jī)執(zhí)行關(guān)機(jī)程序，先關(guān)閉激勵器射頻輸出，再關(guān)閉功放開關(guān)電源。檢查發(fā)射機(jī)無誤后，按整機(jī)面板的復(fù)位開關(guān)復(fù)位，然后按開機(jī)鍵開機(jī)。
    功放單元保護(hù)：功放單元具有輸出過大保護(hù)、反射過大保護(hù)、溫度保護(hù)、過激勵保護(hù)等保護(hù)功能，任意保護(hù)后執(zhí)行關(guān)閉對應(yīng)功放模塊的功放電源的直流輸出，檢查功放模塊無誤后，按模塊的復(fù)位開關(guān)復(fù)位，然后按對應(yīng)功放模塊的開關(guān)機(jī)鍵(ON)。
2．5 激勵器轉(zhuǎn)換
    手動轉(zhuǎn)換：按整機(jī)面板上的“EX”轉(zhuǎn)換鍵，先關(guān)閉當(dāng)前工作的激勵器射頻輸出，然后將同軸開關(guān)轉(zhuǎn)換到另一路，最后開啟另一個激勵器，緩步加到額定功率。
    自動轉(zhuǎn)換：在當(dāng)前工作的激勵器的輸出功率小或者沒有輸出時，發(fā)射機(jī)自動關(guān)閉當(dāng)前工作的激勵器射頻輸出，然后將同軸開關(guān)轉(zhuǎn)換到另一路，最后開啟另一個激勵器，緩步加到額定功率。
    在轉(zhuǎn)換完成后，待功率穩(wěn)定后，再調(diào)整發(fā)射機(jī)功率。

3 維護(hù)
    (1)維護(hù)人員應(yīng)具有廣播電視技術(shù)和電子技術(shù)知識及基本技能，并應(yīng)詳細(xì)了解發(fā)射機(jī)工作原理和技術(shù)特點。
    (2)應(yīng)維護(hù)和保持發(fā)射機(jī)所要求的基本工作環(huán)境和條件。
    (3)要定期清理發(fā)射機(jī)內(nèi)和熱管散熱器的灰塵，經(jīng)常保持機(jī)內(nèi)清潔，嚴(yán)防雜物、昆蟲及其它動物進(jìn)入機(jī)內(nèi)，防止積垢，以避免電場極化擊穿損壞電子原器件。
    (4)每年至少一次檢修，測試供電電源、天饋系統(tǒng)和避雷設(shè)施，以確保其有效可靠。
    (5)發(fā)射機(jī)一旦發(fā)生故障，應(yīng)采用逐級負(fù)載法或逐級信號法，逐步縮小故障范圍，最終找出故障原因及故障點。有條件時也可以采用替換法。
    (6)發(fā)射機(jī)使用了較多的MOS電路和絕緣柵場效應(yīng)晶體管。因此在檢查和更換這些器件時，必須使用數(shù)字式萬用表和防靜電電烙鐵及防靜電工作臺。當(dāng)不具備條件時，使用普通電烙鐵，拆裝這種器件時，必須將電烙鐵斷電和用余熱進(jìn)行錫焊，同時，人體必須接地線操作，防止靜電損傷器件。
    (7)測試儀器必須接有可靠地線后，才能對發(fā)射機(jī)電路進(jìn)行檢測。
    (8)調(diào)試高頻電路，必須使用無感螺絲刀。
    (9)對邏輯電路、保護(hù)電路的檢測，可采用模擬信號法，按電路工作原理進(jìn)行正確予置。
    (10)維護(hù)工作中，另外一個重要工作就是要定期檢查和保持全部電纜接頭和轉(zhuǎn)接器件的可靠性，以便隨時發(fā)現(xiàn)和糾正由于機(jī)械應(yīng)力和熱應(yīng)力造成的松動及接觸不良等故障。