中波广播发射机技术维护与故障浅谈

广东省广播电视技术中心五二二台 郭 新

目前我国中波发射台主要采用的全固态中波广播发射机（以下简称全固态发射机），电路集成度大大提升，实现原理也与电子管模拟发射机完全不同。要想对其进行很好的维护，维护人员必须掌握其工作原理，并在日常维护维修过程中不断累积经验，提升排除故障的能力。我台拥有8台国内外不同厂家的全固态中波发射机，涵盖了DAM、DX、3DX等不同型号，型号多，厂家多，维护、维修经验丰富。

1.全固态发射机工作原理及相关系统的构成

现阶段全固态发射机主要采用数字调制方式：发射机将音频信号和代表载波水平的直流信号叠加，然后转化为控制功放模块在每个射频周期的开通、关闭的信号，开通状态的功放模块输出方波电压，所有功放模块的输出电压通过功率合成器叠加为射频已调阶梯波形，最后经带通滤波器滤波，得到平滑的射频已调正弦波形。

总体地说，发射机包括电源部分、音频部分、射频部分、冷却部分以及监控部分。

（1）电源系统部分。与电子管发射机不同，除了冷却风机，全固态发射机其余电路都使用直流电源。电源系统的主体是整流模块，将交流输入电源转化为电压各异的直流电源，直流高压电源为射频部分实现调幅提供电源，直流低压电源为各电路板供电。

（2）音频部分。全固态发射机的音频信号，不再需要进行放大，而是在低压状态下与代表载波水平的直流信号叠加，然后转化为控制功放模块在每个射频周期的开通、关闭的信号。

（3）射频系统部分。射频部分是全固态发射机改进更多的部分：一是使用频率合成相关技术来获得稳定、准确的载波频率，还可以满足更换频率的实际需要。二是载频只需要在功放模块中以低至几十伏甚至TTL电平环境中工作，功放模块的载频方波信号通过功率合成、带通滤波形成上千伏的已调波。

（4）冷却系统部分。全固态发射机由于元器件集成度高、对温度敏感，冷却系统对机房环境的温度、湿度、灰尘有很高的要求。为确保发射机运行过程中安全性和稳定性，通常采取全封闭机房、空调制冷、除尘除湿设备等手段，功率较大的发射机选择更多地采用水冷系统。

（5）监控系统部分。连锁，状态监控。全固态发射机普遍采用微机、可编程器件控制发射机的运行，通过软件和硬件的相互结合，全面监控发射机的运行参数、安全连锁以及故障报警等，采用指示灯、显示屏进行状态显示和故障定位，人机交互直观友好，并能通过网络对发射机进行远程监控。

2.全固态发射机有关故障分析方面所遵循的原则

全固态发射机的比较显著是小型化，模块化，高度集成化，器件编程化；低电压，大电流；冗余度高，人机界面良好。这些特征是我们进行故障判断分析时可以遵循一定的原则：主要包括“看”、“听”、“闻”的方面，以及“测”、“换”的方面。

第一，“看”是指直接观察发射机的指示灯有无异态指示、仪表读数有无超出正常范围，设备元件外观有无变色、变形等损坏情况。通过“看”收集而来的信息初步判断故障类型，分析研究与故障相关的电路状态，采取相应的措施进行排查。

第二，通过最直观的“看”之后，都应该采取“听”的方式进行情况收集，对于发射机而言，电磁阀、继电器、风机运行时都会伴随声音。经验丰富的维修人员，通过“听”这些声音，可以辅助判断故障的情况。

第三，配合“看”和“听”，还有“闻”，所谓“闻”便是利用嗅觉检查发射机内部有无线路元件发热、打火情况。如果存在烧焦味道，必须立即切断电源，查找故障原因，将发热损坏的内部线路或者元器件及时更换。

经过“看”、“听”、“闻”后，结合设备运行原理，列举可能造成故障的原因，采用“测”的方法，使用相关仪器对各种原因进行逐一测量排查。找出故障点后还应该对其链路中上下游的相关元器件测量，排除其负载短路等造成二次故障的可能性。由于全固态发射机都是模块化设计制造，可以配合“换”的方式将相同的部件进行位置互换，确定故障点。

3.全固态发射机典型故障及相应的处理措施

总结我台多个品牌共八台全固态中波发射机产生的故障，典型故障有三类：元件失效导致的，接触不良导致的，设计存在问题导致的。这三种故障类型都各自有不少故障案例。

3.1 元件失效导致的典型故障

故障案例1：

故障现象：我台北广50kW中波发射机ZF50A出现滤波器零位、天线零位反复摆动，高至3，超过门限值，并无法重上高压。

故障分析：全固态发射机实现调幅不再通过电子管进行，而是将一定数量的相同的正负方波电压通过功率合成器叠加起来，形成高电压大电流的正负方波，然后通过输出网络进行滤波、阻抗变换，形成正弦调幅波。滤波器零位用于监测输出网络输入端的电流电压是否同幅同相的参数，天线零位用于监测输出网络输出端的电流电压是否同幅同相的参数，都通过相位检波器完成。滤波器零位和天线零位同时异常，通常是输出网络有故障，还有较低可能性是两个相位检波器出现故障。

故障处理：检查输出网络及滤波器零位、天线零位电路，发现输出网络中用于选频的真空电容已经击穿，更换同型号电容后正常。

故障案例2：

故障现象：我台哈广中波发射机DAM50出现高、低压自动关断，无任何故障指示或者故障记录，重新开机却正常的现象。

故障分析：没有故障指示或记录而重开正常，这样的故障最不好查，导致故障的可能性很多：控制系统自身故障、供电电源故障、线路接触不良等。一般需要对发射机整体进行检查，对比发射机运行参数变化，从各种微小变化查找故障点。

故障处理：检查发射机各个电路参数，测量发射机三大指标，发现指标参数都有不同程度的劣化，将故障范围缩小到音频链路、功放电源+230VDC、功放模块等部位。最后确定故障原因在于+230VDC电源链路中多个起稳压作用的电解电容已经损毁，仍能工作的电解电容漏电流偏大。之后我台将所有发射机的电解电容进行测量、更换。

3.2 接触不良导致的典型故障

故障案例1：

故障现象：我台哈里斯中波发射机3DX50出现功放模块故障，并且功放管击穿，并整体碎裂的现象。[1]

故障分析：3DX50发射机功放模块的工作电流约8A，工作电压是300VDC，采用的功放管是IRFP22N50。一般的故障是功放管击穿，保险丝烧断，而本次故障中功放管整体碎裂是由于故障时工作电流产生的热量远远超过耗散功率。这很可能是功放模块的输出链路出现严重异常导致的。

故障处理：全面检查发射机的射频链路，特别是故障模块涉及的功率合成器、插接器件等。发现多个模块输出链路中的插接器件都出现不同程度的接触不良现象，一些发热严重的地方，插接的弹片出现碳化现象，或者已经焊接在一起。对比安全性、维护便利性的各种利弊后，我台采用了螺杆连接的方式替代了插接器件。

故障案例2：

故障现象：我台哈广中波发射机DAM50在雷雨天出现大规模功放模块故障的现象。[2]

故障分析：雷雨天出现大量功放模块故障的现象，是很典型的保护电路未能正确发挥作用的表现，但具体地说，导致大量功放模块同时故障的，可能有如下原因：一是发射机输出网络匹配不合格，导致反射功率过高。二是驻波保护电路工作异常，天馈系统阻抗变化时未能及时关闭功放模块。三是B-电源设置不当，导致功放模块开关时间过短，感应电压过高。四是发射机的射频驱动信号异常。

故障处理：全面检查发射机的输出网络、驻波保护电路、B-电源及射频驱动信号。最后确定故障原因是发射机从输出网络捡拾的振铃信号没有可靠地送回控制板，这个振铃信号用作发射机驻波时功放模块续流的射频驱动信号。这个信号的缺失，导致雷雨天大量模块故障。

3.3 设计存在问题导致的典型故障

故障案例1：

故障现象：我台哈里斯中波发射机3DX50无法正确地检测电源欠压情况。[3]

故障分析：3DX50发射机的电源检测电路，是用精密整流、电容稳压等电路将交流电源检测信号转换成相对稳定的直流电压信号，并将这个直流电压信号与自身15微秒前的大小进行比较，超出5%的波动则报警。然而电路的设计没有准确计算电容放电速度，导致电路永远无法检测出5%的交流电压压降。

故障处理：电路设计不当，并且电路板上可供改造的余地不足，采取设备外监测监控的手段进行弥补。

故障案例2：

故障现象：我台哈里斯中波发射机3DX50出现银膜云母电容炸裂的现象。[4]

故障分析：采用小体积元件是设备小型化的必然选择，银膜云母电容已经大量用于全固态数字中波发射机中。然而这种电容的使用寿命比真空电容要短得多，并受温度影响较大。我台3DX50发射机炸裂的云母电容均远未达到使用期限，并且刚刚经过了容量和耐压的定期测量检查。经过实地测量实验，我们认为云母电容寿命大量减少的原因，是由于发射机风道设计不合理，并未能将云母电容产生的热量带走，长期工作在设计使用的温度之上。

故障处理：整体更换该位置的云母电容，并通过增加挡板、风扇等手段，将风道进行改变，有效降低云母电容的工作温度。

故障案例3：

故障现象：我台哈里斯DX100和DX200发射机功率微调功能失效，按下“升”按钮则直接升到本等级最高功率，松开“升”按钮则恢复本等级最低功率。

故障分析：DX系列发射机的功率微调功能，是通过计数器GAL22V10将“升”、“将”功率的按钮动作转化为数字信号，再通过单极性数模转换器AD7524体现到功率的变化上。按钮动作的功率微调异常就是计数器的问题。

故障处理：更换功率微调计数器后发射机工作正常，将计数器重新安装回去发射机工作也正常。反复试验后确定是计数器的编程设计存在隐患，工作电源存在残留电压时会出现的特定故障。我们采取了外接UPS电源的方式进行了改造，发射机工作稳定。

4.全固态发射机日常维护措施

全固态发射机小型化、模块化、集成化、智能化的特点，导致发射机有很多容易造成接触问题的接插件、开关，也有很多决定发射机工作状态的检测保护电路，需要认真细致的周期维护，对各种可能潜在的故障苗头进行有效的预防。

4.1 创造和保持良好的运行环境

全固态中波发射机相比之前的中波发射机来说精密了很多，导致它对电源质量、天馈参数、环境温度、环境湿度，接地可靠性等运行条件要求高了很多。为保证发射机运行稳定，减少故障发生几率，延长设备寿命，应尽量创造无尘、恒温、恒湿的机房，安装设计符合发射机运行要求的供配电系统、天馈线匹配系统。

4.2 定期进行除尘，确保设备清洁

对全固态发射机而言，灰尘危害不容忽视，灰尘对发射机内部线路以及各种元件的侵蚀，对其绝缘度、准确度及灵敏度方面造成影响，导致电源打火、信号失真等问题，甚至会引起系统崩溃。所以，除尘工作是日常设备维护工作的重要环节，不仅要确保除尘频率，对发射机进行定期除尘，还要选择合适的除尘工具，以确保除尘的彻底性和全面性。此外，在除尘过程中需对其内部元件进行保护，以免对内部元件造成损伤。

4.3 测量校正检测保护电路，确保其性能

发射机的工作状态，是通过检测电路反映出来的；发射机的状态转换，是通过保护电路控制的。定期测量、校正发射机的各种检测保护电路是发射机保持正常工作状态的必要维护内容。建立档案，记录各电路检测数值、波形，各电路的比较门限值、开关位置。这个档案既是发射机的运行状态跟踪分析资料，也是发射机调试参考资料。

4.4 对开关进行检查，确保其性能

全固态发射机的工作频率宽，与频率相关的元器件通常采用开关连接到电路，通过开关的开、关来调整匹配与否。开关产生火花痕迹问题、弹簧片部位张力减小问题、灵活度降低问题等，都会使得发射机无法正常工作。所以，在对发射机进行日常维护的时候需对开关性能进行定期检查，对于受损的开关需及时更换。此外，对开关出现异常的原因进行分析，需判断是内部线路出现短路而导致的，还是使用时间过长产生老化问题所导致的。

4.5 定期测量更新电容

全固态发射机大量使用电容，例如输出网络的高压云母电容、直流调幅电压的大容量电解电容，这些电容的使用寿命受工作环境及工作状态影响比较大，并且容易出现漏液、爆裂等现象，不但影响设备工作状态，还会危及其他正常工作的元件。应当定期对这些电容进行周期性检查，测量记录其容量、耐压等参数，参数异常的及时予以更换。

4.6 定期检查更换接插件

模块化设计使得全固态发射机应用了大量的接插件，接插件的连接效果均依赖于金属的弹性。长时间的形变、热效应等因素会引发弹性降低、接触不良的情况，并导致信号丢失、发热等发射机工作异常的现象。因此必须仔细维护、定期更换，确保其连接可靠，减少信号、电能的损耗，避免发热现象。

4.7 对发射机发生过的故障进行分析总结

发射机的故障记录，就是发射机自身弱点和维护人员工作盲区的最好佐证。发射机的“脾气”、故障维修的方法等等维护经验，都源自对发射机故障的分析总结。发射机的维护工作停留于周期维护及故障维修是不够的，仍然停留在“事故管理”阶段。结合发射机工作原理、发射机出厂参数、电路工作定量分析、维护维修记录等资料形成发射机工作指导手册，才能使得维护工作具备前瞻性，将故障隐患消灭于事前，升华为“危机预防”阶段。