频谱分析仪在数字电视发射机检修中的运用

2021-11-12熊金超凌翠莲农天焕林舒豪

视听 2021年11期

熊金超凌翠莲杨睿农天焕林舒豪

一、引言

随着数字电视的不断普及，推广应用数字发射系统已是大势所趋。数字发射系统从数字信号处理到射频信号的发射不仅有一个完整的处理转换流程，还拥有一套复杂的数字化检测方式。以广西广播电视台的德芯1kW DUT-8313数字电视发射机（下文简称“我台发射机”）为例，因其检测方式只在内部开展检测，如遇发射机的功率放大器故障问题或发射机某个环节节点的射频输入信号故障问题，系统会检测到发射机存在的问题，保护机制立即启动，关断发射机整机的运行（发射机整机电源全部关断，主控停止工作）。此时，检测系统未能提供给技术人员相关问题故障点或机器参数变化值，导致开展故障排查工作和检修工作变得尤为困难。同样的检测机制和保护机制在国内数字电视发射机领域中属于常见机制。基于此，本文通过介绍运用频谱分析仪（以下简称“频谱仪”）对数字电视发射机进行检测、维修、排查的方法，为缺少维修方法和维修经验的技术人员提供一种有效的检测方法，供同行参考。

二、德芯1kW DUT-8313数字电视发射机工作原理

输入的传输码流（TS流）经激励器进行编码与调制处理成数字信号IQ，IQ进行D/A转换并将其送入上变频处理成射频RF信号。将RF信号输送到前级推动进行推动放大，再经过增益放大、AGC的控制后输出到功率放大器。三个功率放大器进一步对射频信号进行功率放大，并将放大后的射频信号整合成一个符合发射机所播出的1kW发射功率信号，再通过滤波器对杂波进行滤除后输送到天线进行信号发射。如图1所示。

图1 地面数字电视广播发射机1kW原理框图

三、故障现象及常规处理方式

以下为广西广播电视台发射机的故障现象及常规处理方式。

故障现象一：播出状态下发射机突然掉功率，触摸显示屏及各单元指示灯均不亮，发射机无法自启恢复工作。处理方式：手动关断电源，重启发射机，但故障现象依旧，未能解决问题。由于我台发射机的各系统数据参数及开关机操作均需要通过触摸显示屏进行读取和设置，当显示屏不能正常工作时，无任何应急启动的方法。既无法操作也不能判断故障部位，只能利用万用表通过“排除法”的维修经验，对发射机各系统进行逐一排查，且在维修过程中部分节点供电参数还需厂家提供技术指导，费时又费力。

故障现象二：发射机开机输出功率正常，发射机各系统显示正常，但播出无视频画面。处理方式：初步怀疑是信号源问题，通过拔插激励器输入信号查看是否恢复播出。当故障依旧时，查看激励器各参数设置是否正常，若不正常，需断电重启激励器电源开关，发射机播出才恢复视频画面。该检查过程步骤繁琐且费时。

故障现象三：发射机因工作需要进行搬迁挪动或重新改动发射机的接线情况，触摸显示屏一直显示正在运行中，长时间无法进入发射机系统界面。处理方式：只能断电重启。当故障依旧时，需逐一排查各个系统部件及线路。

通过对上述三起故障现象及处理方式可见，广西广播电视台发射机的维修及故障检测在常规的处理方式中，大部分是利用万用表“排除法”，对各系统进行逐一排查。

四、对频谱仪的功能需求

如今，频谱仪的精度越来越高，分析功能越来越多，价格也越来越高，频谱仪的投入使用往往是一件大事。在以频谱仪作为辅助设备检测工具使用时，对频谱仪仅有以下几点要求：一是屏幕尺寸尽可能大，便于检测时观察波形；二是应符合有8MHz的测量带宽，以便满足检测需求；三是可快速截获和读取RF载波信号。

频谱仪只要满足以上三点要求，即可作为辅助设备检测工具，能够简单地分析检测数字电视发射机系统射频信号的频谱情况。不对频谱仪的设备型号、款式、机器磨损程度等作要求。

五、频谱仪做检测辅助工具的方法

在数字电视发射机系统中，要准确地定位到故障的位置，最根本的办法就是能够找到关键部位输出的射频信号在各个节点的反应情况，只要找到那个问题点就可以很快判断出故障位置，由此运用到频谱仪查看数字发射机各个节点的射频信号曲线。通过对比正常信号曲线，可以快速找到信号不正常的位置，迅速判断故障原因，同时，使用频谱仪也能检测出激励器是否输出正确的射频信号，排除射频信号不正确导致的故障。

以某一频率为例，当数字电视发射机发生故障时，使用频谱仪检测的方法如下。

首先，用射频信号电缆线（以下简称“射频线”）将激励器的射频输出端口（RF OUT）接入频谱仪的射频信号输入端口（RF Input）。发射机在关机状态下，激励器无射频载波输出，通过设置频谱仪中心频率和扫描宽度即可得出激励器无载波输出时，频谱仪上显示的波形，如图2（左）所示。发射机在开机状态下，激励器正常工作，激励器处有射频载波输出，频谱仪即可测量出激励器的输出射频载波信号波形图，如图2（右）所示。通过对比参考激励器有无载波输出的波形图，可以很快地判断出激励器工作是否正常，激励器输出的射频载波是否是正确的频率和幅值。

图2 激励器无射频载波输出（左）有射频载波输出（右）

其次，用同样的方式将射频线接入前级推动单元射频（RF OUT）和频谱仪的射频信号（RF Input）。此时需要注意的操作是，由于前级推动的射频信号比激励器强很多，必须在接入频谱仪的射频信号输入（RF Input）前接一个5W 40dB的信号衰减器，以防止过强的射频信号接入频谱仪致其损坏。再通过发射机在开、关机状态下，前级推动有、无射频信号输入、输出状态来查看射频载波信号的波形，以此来判断前级推动工作是否正常，是否对射频载波信号进行预放大，信号是否偏移失真，如图3左、右所示。

图3 前级推动单元无射频信号（左）有射频信号（右）

再次，用射频线通过转接头将任一末级功放的射频输入（RF IN）接到频谱仪的射频信号（RF Input）。同理，因射频信号过强，所在的射频信号输入（RF Input）前接一个5W 40dB的衰减器。发射机在关机状态下，设备不工作，功率分配器没有信号输入末级功放，得到功率分配器无射频信号输入到末级功放时信号的波形。当发射机工作正常时，其末级功放的输入端信号正常。通过对比波形就能判断进入末级功放前的射频信号是否正常，方便排除前级推动到末级功放之间的射频切换器和功分器的故障问题，信号波形如图4。

图4 末级功放无射频信号输入（左）有射频信号输入（右）

最后，需要检测的是末级功放的输出端监测端口。该监测口是发射机预留的悬空端口，可在发射机正常开机状态时接入频谱仪，实时查看数字发射机对应的功放输出情况，直观判断发射机射频信号的运行情况。用射频线通过转接头将其中一个末级功放的输出端监测端口接到频谱仪的射频信号输入端口（RF Input）处（无需信号衰减器）。当发射机工作正常时，得出其输出监测的信号波形图，具体操作和波形图如图5所示。