DCM 50kW发射机工作原理及射频推动级的故障检修

杨 浩

黑龙江省新闻出版广电局微波总站 黑龙江省 哈尔滨市 150090

前 言

中波广播发射机DCM 50kW是哈尔滨广播器材有限责任公司生产的新型数字调幅发射机，采用了先进的数字调幅技术，集国外数字调幅广播发射机的技术于一体，并使用了循环调制和浮动载波技术。因此，又称为数字循环调制中波广播发射机。黑龙江省新闻出版广电局804台购进了两部这种型号的发射机，已全部安装使用，在使用过程中，发现其推动级工作不够稳定。经分析和试验，有针对性地对其做了一些改进，达到了很好的效果。

1 DCM 50kW中波广播发射机的基本工作原理及特点

1.1 DCM 50kW中波广播发射机的基本工作原理

DCM 50kW数字循环调制中波广播发射机主要由四大部分组成：利用广播电视制作技术将播出信号做技术处理的部分（简称数字音频处理系统）、发射机实行人机交互执行的部分简称控制系统、发射机房放的动力系统简称供电系统、发射机的天馈高频部分简称射频功率系统。

发射机的射频功率系统，主要是产生载频信号，并将其放大至发射机所需的功率电平。它与传统电子管发射机的区别不但是使用的放大器件不同，整机的工作方式也不同。它的推动级和末级功放由功率放大模块组成，且功率放大模块工作于D类开关状态，将调制编码器输出的音频数字信号进行调制使其每个射频功率放大模块的关闭和开通受控，被开通的所有射频功率放大模块瞬时输出，通过磁环合成器叠加，再经过不同的带通滤波器可以滤除不需要的谐波分量和量化台阶，进而得到原始的中波调幅波输出。

数字音频处理系统可以将模拟音频信号转换为数字控制开关信号，用来控制射频功率放大模块工作的数量。其工作过程是先将音频信号送入模拟输入板处理，变成“音频+直流”信号后，再由模/数转换器变换成一个数字串信号（12位字节），这就是一个“数字音频”信号。技术人员将数字信号送到调制编码板进行编码成为功放级所需的开/关控制信号。这些控制信号被用来对各个独立的射频放大器模块进行开或关的操作。

控制系统提供开关机、升降功率控制，在LCD显示屏上可以直观地观察机器的主要运行状态及相关数据，从而实现对发射机的数字化智能控制。

数字调幅发射机实际上是一个大功率射频A/D与D/A转换器。音频信号经过数字化处理，最后输出仍是模拟信号，模块合成输出其实是D/A转换的过程。

1.2 DCM 50kW发射机的特点

采用循环调制方式。射频功放单元轮流工作，使其热负荷均匀，提高了功放单元的使用寿命，循环调制功能是由循环调制编码板完成的。

具有浮动载波功能。该机采用了浮动载波调幅技术，在音频信号小的情况下（M＜0.5），载波功率随着音频信号的增加也线性的增加，保证了边带功率，同时降低了能耗。

在频率合成振荡器中，设有同步广播激励信号的接口和相应的放大电路，同步信号精度可以达到10-12的精度。因此，优先使用同步信号自动切换功能即是。同步信号优先使用，其次是用激励信号。

LCD显示系统是以单片机为核心的智能控制来完成的，使其达到对发射机进行智能化检测、诊断、控制、记忆等控制保护功能，从而达成了界面状态显示和人机界面对话的功能，LCD显示屏上可直观方便地观察机器的实时运行状态和主要数据。

具有远程控制微机接口电路（RS422），可利用电脑对发射机进行遥控和联网控制，并通过电脑将发射机的各种运行状态数据实时打印。

设有外部各种联锁的保护电路，如风接点联锁、门开关联锁、电缆到位联锁、功放到位联锁等。

2 中波广播发射机DCM50kW射频推动级的工作原理

射频推动级是由多种相同的放大器模块来组成（本机是14块），然后将前置放大器经射频分配器分配后送来的射频信号放大后（本机为28路），再送到由T2～Tl5组成的推动功率合成器进行功率合成输出，然后由射频分配器（2）分配后送到末级功率放大模块的输入端，作为功率放大器的射频推动电压。

14块射频放大器模块分别插在推动合成器母板上的J2～J15中。其中，9块射频放大器模块用作固定放大，另外4块由人工决定是否工作。13块固定放大模块的工作电压为+115VDC，还有一块放大器模块工作在可变放大状态，其工作的电源电压由推动稳压电源提供。高频功率放大器的所有模块均工作在“开/关”状态下。如图1所示。

图1 射频推动级方框图

3 推动放大板三种工作模式和功率合成器及电源调整板简介

3.1 固定推动放大板

推动功率放大板安装在推动器合成母板中（9块），以全桥方式工作，它的电源直接取自发射机的非稳压+115VDC供电。这些放大板不随载频变化而增减，机器加高压即工作，输出幅度为230V。

3.2 可选推动放大板

可选推动放大板安装在J6、J7、J10、J11插槽中，它也是以全桥方式工作。与固定推动放大板不同之处在于它们是随不同载频变化而增减的，或当固定推动放大板损坏多块（4块以内）时，人工替换之用，它的电源直接取自发射机的非稳压+115VDC供电。

3.3 自动调整推动放大板（D8）

自动调整推动放大板安装在J8插槽中，当发射机处于正常工作状态时， D8处于半桥工作。D8的电源电压是两路自动调整0～115VDC推动稳压电源，这两路0～115VDC电源正常工作时，只有一路有输出，而另一路处于预备状态。

推动器D8的功率放大模板安装在推动器合成母板的J8之中，正常工作时可以实现全桥方式工作，然而它的两个半桥1A和1B的电源电压是受推动级电源调压板通过自动调整，然后分别提供供电的。如果发射机功放模块发生过热或其他故障时，大多数故障可能是MOS管极间被击穿，形成极间短路，加重推动级的载荷，引起推动电平大幅度下跌；或者当固定推动放大板或可选推动放大板发生严重损坏时，造成推动电平下降；在市电发生波动时也会引起推动电平的相同波动。这时驱动器1A和1B的电源电压会也会相继升高或降低以动态补偿推动负荷的变化，从而获得稳定的射频推动信号电平。

3.4 推动功率合成器

射频推动级放大器模块（14块）输出的信号合成是由推动合成器来完成的，作为射频分配器的输入信号。

每个推动器的输出接入一个合成变压器的初级，推动合成器的次级是一根穿过合成变压器（14个）磁环中心的铜棒。铜棒底端与通地点铜排固定而成。该点也是推动合成器母板上的接地点，上端接L5和C3构成的串联谐振网络。功率推动器各部分的射频推动电压通过合成器来进行叠加，然后输送到推动功率各个分配板。检测电路的电压驻波比是T8提供一个射频功率合成器电流取样信号而获得的。

缓冲放大板的射频输入端的信号来自射频振荡板传输来的射频TTL信号的母板J1，放大后的射频方波信号输出到母板的前置放大板，届时射频输出信号也一并送到峰值检波器，检出的信号（直流）传送到LCD显示屏上。LCD显示屏上对应的“缓冲”指示为“正常”，当失去射频输出信号时，指示为“故障”。

3.5 推动电源调整板

作为推动放大级D8的电源，源自调整板提供二组电压自动调整（0～+115VDC）电源电压，使得推动功率放大级始终可以输出一个幅度适宜的射频推动电压。推动电源调整板上配备有功率MOS管（7个），固定在一块面积大于印制电路板的散热器上（背面衬着绝缘导电硅橡胶片）。全部组件安装在机器推动箱柜正面的右侧壁上。在机箱右门打开的情况下，可以控制操作推动电源调整板上的on/off环选择开关S1和调整开/闭环的参考电平电位器R2和R12。

4 欠推动级故障

DCM 50kW发射机末级功率放大模块的射频输入电压的高低值，可以直接影响发射机总的性能和指标及工作稳定性。信号的高低超越额定值时，射频推动信号都会使功放模块产生过热，效率下降或损坏MOS管及相关器件。所以射频推动信号必须稳定在一个适当的电平上。造成射频推动电压产生变化存在着诸多原因：如部分功放模块上的MOS管的损坏（极间短路、开路）均会加重功率推动器的负载，使推动电平降低，电源电压不规律的波动也会引起射频推动电压的变化。数字循环调制中波广播发射机推动级对机器的工作稳定性非常重要，如果推动电平过低或过高都会引起机器掉高压，严重时会损坏功放模块，从而造成停播。

4.1 故障一

现象：发射机正常工作时，自动关机。重开高压，LCD显示屏显示欠推动故障，检查推动模块，其中两块损坏。

检查处理过程：更换损坏的推动模块，断开末级功放电源（拆开保险丝），加高压，测量推动电平，只有25Vpp左右（正常值在37～40V之间）。调整电感变化范围较小，达不到正常值要求。检查电容C3发现其中一个漏电，更换该电容，开高压，推动模块仍发热严重，说明功耗过大。用电流表测量推动级工作电流为29A（正常为15～18A），调电感L5无法使输出电平和电流正常。后改变C3的容量，并一个10000p的电容，推动电流迅速降至12A，再调L使推动级输出电平在38Vpp，推动电流为17.5A，推动级工作即正常。

故障原因分析：电容漏电变值，造成串联谐振电路严重失谐，推动级模块过热并损坏，推动输出小而欠推动自动关机。更换电容后，开高压，推动模块发热严重，说明功耗过大。用电流表测量推动级工作电流为29A，调电感无法使输出电平和电流正常。改变C3的容量，并一个10000p的电容，再调L5，推动级工作即正常，原因是原电容容量不够，串联电路失谐，造成推动级工作电流过大。

4.2 故障二

现象：机器工作过程中，欠推动故障频繁出现，严重时会损坏功放模块，观察频率合成器的频率显示，有时会由正常的801KHz瞬间跳变到819KHz，用同步激励器作激励信号，故障消失。

故障原因分析：由于频率合成器频率不稳，造成前置放大器输出电平不足，因此出现欠推动故障。若频率偏移较大，时间稍长，则会造成功放模块损坏，严重时会损坏多块功放模块。

5 改进推动级电路几点建议

改变L5与C3（三个电容并联而成）的安装连接方法，尽可能减少电感发出的热量传至其中一个电容，造成该电容损坏。原机器将电感一端直接接到一个电容上端，然后再分别用铜片连接到另两个电容上，电感的热量直接传给中间那个电容上，造成该电容容易过热损坏。我们在一部机上做过试验，将电感接至其他端子，然后再分别用铜片接到三个电容的上端，这样既增加了散热效果，又减少电感发出的热量直接传至其中一个电容。

用电感的铜材纯度要高，减少电感的发热量。其中一部发射机推动级电感发热非常厉害，环境温度为25℃时，技术人员用红外线测温仪测得L5最高温度达到107℃，电容温度接近70℃，我们分析是电感铜材杂质多造成电感发热严重。后来技术人员采用纯度较高的铜带自制，并改变L5与C3的安装连接方法，电感的发热量明显减少，温升在15℃以内。三个电容发热均匀，温升在10℃左右，属正常现象（改变电感后要重新调谐，使推动级工作电流和输出电平达到正常值）。

在推动级安装工作电流和输出电平指示器（表），时刻反映推动级的工作状态。使我们及时了解并处理故障隐患。

建议厂家在推动级全部采用稳压电源供电，或在推动编码器中，增加推动放大模块工作自动增减控制电路。即在外电波动引起推动电平变化时，能自动增加或减少工作模块，从而保证推动电平的稳定度。