PDM1kW全固态中波发射机无功率输出故障检修

孟凡才 淮安中波发射台

1.引言

我台新采购的ZF-1B1kWPDM全固态中波发射机是北京广播电视股份有限公司自主研发的换代新产品，其控制原理、技术参数采集显示方式等都有别于之前的PDM发射机。该发射机采用采用单片机智能控制，低压电源，高压电源，调制推动，天线驻波比，门开关等故障在LCD屏有对应的故障指示。发射机出现故障时，维修人员通常习惯使用同功能小盒的替代方式快速定位故障部位，但前提是要确保使用的替代小盒是完好的，否则会产生误导，贻误设备的故障排除。

2.ZF-1B PDM1kW全固态中波发射机构成及常见故障检修思路

2.1 全固态中波发射机构成及工作原理

ZF-1B为1kWPDM全固态中波发射机,由射频通路，PDM通路，控制部分，电源部分组成。

射频通路有振荡器、中间放大器、RF功率放大单元、功率合成、带通滤波和网络匹配等；PDM通路包括音频输入板，PDM调制放大器，PDM滤波器；控制部分包括取样保护采集电路单元、单片机控制单元；电源部分包括高压电源和低压电源单元。

该发射机采用脉宽调制(PDM)调制方式。PDM是一种高效率的调制方式，通过高速比较器把连续的音频信号变换为调宽脉冲信号,再通过工作于开关状态的丁类放大器把调宽脉冲放大到需要的电平,最后通过解调器(低通滤波器) 还原出音频去调制高频末级功率放大器。

2.2 1kW全固态中波发射机系统常见故障原因分类

（1）外部因素引发的故障。例如：外电，雷击引起的发射机器件损坏引发的故障；

（2）设备自身故障。例如：器件质量缺陷、元器件过压击穿、过流烧毁或存在漏电现象，接插件接触不良，浪涌电压等造成的集成电路器件损坏等引发的故障；

（3）人为操作不当引发的故障。例如：槽路匹配调整不当、检测中带电测试误短接、器件更换方法不当受损等引发的故障。

故障通常有两种表现形式，一种是显性故障，故障现象明显，无论有无故障指示，发射机不能正常运行；另一种为隐性故障，故障现象随机，时有时无，故障出现时发射机不能正常运行。

2.3 全固态中波发射机常见故障检修思路

熟练掌握发射机的原理，了解设备相关运行参数，是维修人员排除设备故障的基础。在全固态中波发射机故障维修中，首先要了解和分析故障现象，由现象大体判断产生故障的单元，进行故障部位的定位，缩小故障排查的范围。有时还要重点检查电路的接插件，防止因接插件连接松动、损坏以及接触不良等导致故障。采用替代法，用同类型功能的单元小盒替换故障部件，可以快速找到故障部位，提高维修效率。

3.一起无功率输出故障现象及检修

3.1 故障现象

图1 故障时主机显示屏模拟量状况量参数

检修案例：ZF-1B1kW全固态中波发射机运行中突现无输出功率现象，查看主机显示屏故障记录，显示一切正常，无故障报警。值班人员认为可能是外电跌落或瞬间过载保护引发关机，手动重新开机，加高压后，开播出仍无功率输出，显示(0)w。查看显示屏有关状况指示正常，模拟量参数除了输出功率外其它参数显示正常，观察发射机其它功能单元外部指示灯也无异常，重复关机再开机后故障现象依旧。故障时主机显示屏模拟量状况量参数如图1所示。

3.2 故障检修

据发射机工作原理，载波功率输出在发射机末级，前端任一个单元如激励器、调制器、中间放大、功放模块及末级槽路匹配有故障均会造成无功率输出。

首先，我们将故障发射机接假负载进行检修。开低压电源观察，低压电源指示灯显示一切正常，开高压有继电器吸合声响，显示屏高压参数数值指示正常，再闭合播出开关观察显示屏功率输出指示，显示为0W数值，调节脉宽旋钮没有改变。

显示0W数值通常是某处单元电路状态改变或故障，控制器执行了调制封锁指令，此类情况通常在显示屏状态量图应有故障指示，如功放温度，门开关，驻波比保护等，但现在所有状态显示正常，显然发射机无功率输出是某处单元电路出现故障。

然后，我们在休机时采用更换同类型发射机对应单元小盒作替代检修，先后依次更换了功放模块板、调制器、中间放大及低压电源单元小盒和激励器，故障依旧。由此，我们判断故障不在单元小盒，而是由发射机处于调制封锁状态所致。用线排将调制器小盒移出，检测外部调制封锁电平。调制器小盒有两路外部输入调制封锁，一路从单片机控制器来，另一路从输出监测取样板驻波比保护电路来。开机测量脉宽调制封锁电平，发现驻波比保护电路有低电平封锁。往前进一步查找输出监测驻波比保护电路，发现输出监测驻波比保护电路板有一只发光管亮度偏暗，查看图纸为5V稳压电压指示灯，检测该电压偏低。拆下输出驻波比保护电路板，观察电路板器件无明显损坏，但5V稳压块管脚有虚焊，重新补焊安装后开低压，测量电压和观察发光管亮度都正常。

驻波比保护电路板发现的管脚虚焊引起5V稳压偏低导致调制器封锁，是造成发射机无功率输出的原因。但排除5V稳压块管脚虚焊故障后，开机仍然无功率输出，并有驻波比保护故障指示，于是怀疑是否是脉宽超限功率大了出现保护。将脉宽调制旋钮调至最小位置，重新开机观察，还是无功率输出也无驻波比保护故障指示，稍加脉宽调制旋钮立刻出现驻波比保护，发射机故障灯亮报警，关闭总电源重新开机故障依旧，功率输出0W，至此通过常规检修未能排除故障。

该故障现象是无功率，是由驻波比保护产生的调制封锁造成的，找到驻波比保护的原因就能解决问题。之前，通过发射机使用假负载，排除了外部干扰原因，经各单元小盒互换也未排除故障，检查发射机末级输出匹配网络，元器件之间的接插件连接牢固，器件表面无变色和打火痕迹，唯有怀疑取样监测驻波比保护电路板工作异常。

监测驻波比保护电路板从输出端进行射频电压取样和射频电流取样，完成电压驻波比保护和入射/反射功率监测等功能。它包括两个取样变压器和一些阻容器件，取样变压器的次级绕组上产生射频电流取样信号在取样电阻上产生一个与电流成比例的电压信号，送到输出监测板中的定向耦合器电路输入端，电容分压电路采样的电压输出到监测板定向耦合器电路另一端。当发射机的匹配网络与天线系统正确调整时，位于输出取样板的阻抗应是50＋j0Ω，电压和电流同相位；当匹配网络或天线系统阻抗发生变化或产生电弧时，电压和电流的相位关系就会发生变化，产生电压驻波比故障。

厂家为了方便调试，在监测电路板上设置有许多选项开关和对应播出不同频率的元器件，如果选项开关接触不良或选用的元器件变质，谐振发生改变都将产生不同的结果。我们先对拆下监测电路板的一些焊点补焊以防虚焊，然后清洁选项开关，检测通断状态是否对应，对可疑元器件测试，检查电路板整体状况，一切都未见异常。再次安装回监测电路板，再通电试机，故障依旧。

图2 输出监测电路原理图

经分析，监测电路板电路检查未发现问题，发射机无功率输出由驻波比封锁引起，一动脉宽调制提升功率，驻波比保护封锁灯就亮并发出故障报警。分析驻波比保护电路板工作原理，取样电压、取样电流通过阻抗匹配比较电路产生，如果阻抗不匹配或电路有干扰均会产生驻波比保护封锁，故怀疑驻波比保护电路有问题。我们以减小驻波比为目标，人为选择器件改变驻波比保护匹配状态，正常开机然后逐步调整调制脉宽提升功率，在驻波比电路未产生超限动作时，观察显示屏驻波比参数，此时人为分别改变监测电路板选项开关组合状态，同时对照观察显示屏驻波比参数，看能否减小驻波比，在不出现超限报警条件下，只要驻波比减小就再提升功率。通过试验，发现刚开机在改变选项开关后驻波比有减小，提升功率驻波比也增大，在输出功率数值达到120W左右时，出现驻波比保护，继续改变选项开关驻波比不再减小，而输出功率数值已达到120左右稳定运行。在查看显示屏各类参数后突然有新发现，正常运行的发射机满功率状态下反射功率不过几瓦，现在120W低输出功率反射功率就有几瓦，原因还应在发射机前端。由于主机前端各个单元换用的是备机的单元，是在备机使用正常状况下换到主机的。我们尝试换回主机各单元小盒，于是恢复监测电路板选项开关状态，在换回主激励器开机后，发现发射机输出功率及状态全部恢复正常，原来是备机激励器损坏，工作频率偏移导致驻波比保护封锁，发射机无功率输出。

4．故障原因分析

在用替代法检修时，主机使用备机的激励器，由于激励器故障工作频率偏移，导致驻波比保护封锁，发射机无功率输出。激励器小盒中的振荡信号源有内激和外激，内激由晶振产生，外激由同步激励器产生，内激和外激在激励器小盒中自动切换，外激优先输出射频激励信号。发射台射频激励源通常采用发射机内激，而备机激励器在备机能正常使用，是因为备机的内激发现有频率不稳定漂移，为了安全加装了外激同步信号，备机工作使用的是外激同步信号。而主机没有加装外激，内激晶振信号刚通电尚稳定，时间一长就会发生频偏，驻波比保护封锁脉宽调制，出现无功率输出故障。这起发射机无功率输出故障的原因是稳压块管脚虚焊，引起供电电压下降，出现驻波比保护封锁脉宽调制，进而出现无功率输出。但由于在替代法检修时方法不当，人为失误造成了该起无功率输出故障的假象，增加了故障判断的难度。

5. 总结

这起发射机无功率输出故障是由监测电路板上稳压块管脚虚焊引起，但其后由于在替代法检修时方法不当，使用备机激励器造成了无功率输出故障的假象，增加了故障判断的难度，对此应深刻吸取教训。发射机单元小盒存在故障，应及时维修，一时修不了也要做标记；同时要改变检修习惯，用替代法检修更换单元小盒寻找故障，在判断无故障后应及时换回原单元小盒。