XG300UT-1KD-Ⅱ型地面数字电视广播发射机性能与维护

2022-08-19刘宏

电视技术 2022年7期

刘宏

（营口新闻传媒中心广播电视发射台，辽宁营口 115000）

1 概述

XG300UT-1KD-Ⅱ型地面数字电视广播发射机，于2016 年在营口广播电视发射台安装并投入运行，担负起转播、发射中央地面无线数字电视广播节目任务，工作在47 频道。该机自投入运行以来，运行平稳可靠，故障率低，没有出现过大的故障问题，具备良好的工作性能。

XG300UT-1KD-Ⅱ型地面数字电视广播发射机采用自主知识产权的AVS+视音频编码标准格式、COFDM 调制方式，是新一代分米波基于卫星传输的单频网地面数字电视广播发射机，具有高效节能、输出功率稳定、输出非线性失真小、带肩比高、调制误差率低、寄生输出小、输出载波精确度高、操作直观方便以及整机维护简捷的特点[1]。发射机采用性能优越的基于卫星传输的地面数字电视单频网激励器、高线性前置放大器，并有飞思卡尔和恩智浦公司生产的最新大功率LDMOSFET 构成的线性功率放大器组成的前级、末级功放单元，高精度工作参数检测、处理电路，触摸式彩色液晶显示屏以及单板机整机控制技术等，其专有的“N+1”数字电视发射机系统远程管理监控平台，可以组成“N+1”数字电视发射系统，保证电视节目不间断播出。

2 整机构成与工作原理

XG300UT-1KD-Ⅱ型地面数字电视广播发射机整机采用19 英寸标准钢架结构柜体，配有整机前门，触摸式彩色液晶显示屏置于其外侧上部，柜体中部有4 个300 W 功放单元、风机冷却单元、显控单元、前置功放单元、激励器单元以及双模授时器单元，下部有电源单元和配电单元，柜体后部由前置功放输出切换器、四功分器、四合成器及输出滤波器等单元组成[2]。各单元结构设计全部采用标准化、模块化、EMC 电磁兼容设计，实现了维护装卸方便、防干扰、防尘、减少能耗的特性。整机原理如图1 所示。

图1 整机原理方框图

整机为交流380 V 三相供电。供电进入机柜接入配电单元，由配电单元的分线器分配成多路交流220 V 输出电源供给所需单元。电源单元输出两组直流电源50 V 主电源和12 V 辅助电源，供给前置功放单元和末级功放单元。由AVS+专业卫星接收综合解码器传输来的数字电视信号基带TS 码流送入本机激励器。激励器在多频网工作时使用高稳定性、高精度的恒温晶振本振源，工作在单频网时采用外接北斗/GPS 双模授时器提供的10 MHz 信号作为本振源。数字电视信号经过激励器转换，调制成额定频率的射频信号，经频道滤波器输出给前置功率线性放大器放大。其输出经主备切换器和四功分器将前置线性功率放大器输出的推动功率信号一分为四，输出给4 个300 W 末级功放模块放大；其输出给四合成器，合四为一，总合成功率大于1 200 W，经过末级输出滤波器后输出标准的额定功率1 000 W 的射频数字电视信号。

本机激励器工作采用双激励器互为热备份方式，整机的安全保护功能由总显控单元通过各单元的数据采集检控电路实施检控，并通过彩色液晶显示屏，实时显示整机的激励器、功率放大器及供电电源的运行参数和状态[3]。当出现故障，显控单元指示出故障单元并发出报警。各单元的信息联网传输采用RS-485 通信方式。

3 整机各单元性能分析

3.1 前置线性功率放大器单元和末级高效功率放大器单元

发射机前置线性功放由三级功放链路组成。第一级采用性能优越的倍增放大器，增益大于15 dB，能够减少对激励器的功率放大要求。第二级是由MRF3090 功放管组成的功率放大器，具有高线性和功率冗余量，增益为21 dB，最大输出高线性5 W 功率，实际工作输出1.5 W，工作电流400 mA。第三极是XGPA100D 功放，是由BLF888B 功放管组成的功率放大器，采用多赫蒂功率放大器设计，具有高增益、高效率、高线性的特点[4]，增益高达20 dB，可输出高线性功率50 W，实际工作25 W，工作电流大约1 A，并设计有采样检流保护电路，采集输出功率和反射功率。功放的电压、电流及功放温度信号，提供给显控单元和保护电路进行显示和保护。

末级功放单元功放模块XGPA300D 由3 个XGPA120D 功率放大器、三功分器、三分配器、数据采集控制电路以及检流和显控电路组成。XGPA120D 功率放大器由BLF888B 功放管和外围器件组成，采用多赫蒂电路设计，具有高增益、高线性、高效率的特点，增益大于20 dB，输出功率110 W，工作电流4.5 A，与前级功放电路数字预失真技术配合使用，可提升功放的线性和效率。3 个XGPA120D 功率放大器通过三合成器合成XGPA300D 功放模块，为提高本单元模块的匹配性、安全性和隔离度，在XGPA120D 功率放大器输出端安装了高品质的500 W 隔离器，避免因电路失配而损坏放大器。合成后单元功放模块功率输出300 W，工作电流约13.5 A，4 个XGPA300D 功放模块合成末级功放单元。

末级功放电路工作在高频、大电流、大功率状态，整个功率放大是一条逐级放大、多级合成的链路。功放管比较贵重，一旦失配、失谐或者电压波动、激励过大，都会造成电路烧毁、器件损坏，导致机器停播事故。为了监控和保护末级功放单元模块的工作，整机设置了检流电路、数据采集控制电路及显控电路，通过采集功放供电电压、供电电流和功放模块的功率、温度、电压电流、驻波、激励等工作参数进行监控。一旦出现异常，发射机发出指令关断XGPA120D 功率放大器的供电电源，保护电路不受到进一步的损坏，并驱动LED 灯显示，通过RS-485 通信总线将信息上传至总显控单元进行屏显和控制。本机末级功放具有三级控制保护功能，第一级是功放本级保护，第二级是总显控单元监控保护，第三级是总显控单元检测到其他单元出现严重故障，也会发出指令关断供电，从而更好地保护末级功放。末级功放采用了高效铲片式散热器，热导率高达230 W/（m·K），设计了导热性能优良的热承，功放管输出120 W 时管结温低于95 ℃，具备很高的热稳定性。

3.2 激励器单元

本机激励器使用的是XG913G01-S 型地面数字单频网激励器，采用双激励模式，具有主备激励器快速切换的功能。整机设计的是激励器与前置线性功放一体的方式，有两路主备激励，通过总显控单元通信监控实时获知双激励器和双前置功放的工作参数和状态，一旦有故障发生，立即切换到备用激励器，保证播出安全，故障排除后即可恢复。主备激励的切换可自动切换，也可设定人工切换，从总显控单元显示屏上进行快速人工切换。主备激励互为热备份，备份切换开关采用单刀双掷的RF 切换开关，响应时间小于20 ms，可保证整机在任何状态下不出现失配和射频冲突，保证了系统的可靠性和快速性。

本机激励器由基带处理、数模转换、频率合成、射频放大输出以及系统监控等单元组成，具有自适应全数字预校正多维度非线性预失真和精密解调技术，直接数字射频宽带全自动平衡技术可实现精准的调制和频率变换，自适应输出阻抗匹配技术和精准的系统级AGC 自动增益控制功能[5]，保证系统功率稳定输出。操作系统采用全中文界面，可通过RS-485、RJ-45 接口和按键进行检测和控制。激励器具有技术先进、电路简洁、性能稳定的特点，可连续、长时间运行。

3.3 功分器与合成器

本机功放链路在XGPA120D 功放模块输入输出端使用了三功分器和三合成器，在末级功放单元输入输出端分别使用了四分配器和四合成器。三功分器和三合成器采用经典的威尔金森电路设计，选用高介质、低损耗、高导热的印制板制作，具有插入损耗低、匹配性好和高度一致性的特点。四分配器采用威尔金森原理，混合介质设计，工作在10 W 级功率等级，具有插入损耗低、匹配度高、频带宽、体积小的特点。四合成器采用典型的吉赛尔电路原理、空气带状线设计，加工工艺精细，具有性能优良、一致性强、工作合成功率高、隔离度高、匹配好、插损小的特点，是一款大功率、高品质的合成器，可以保证在末级功放单元某个模块出现故障时降低功率工作，并有热插拔设计，可在不停机状态下更换故障模块，减少维护时间，保证安全播出。

3.4 风机冷却单元

冷却系统是发射机正常运行的保障。本机采用独立的插箱式轴流风机冷却，设计冗余一倍的风机热备份。当有风机损坏，不会影响整机正常工作，不会因温度升高烧坏功放模块。系统独立的设计方便维护和检修，并设计有温度检测和保护电路，保证了整机的稳定性和可靠性。

3.5 输出滤波单元

末级功放功率经耦合器和带通滤波器输出。耦合器输出低量级耦合RF 信号送到总显控单元，检测出入射功率和反射功率用于显示和控制。带通滤波器是性能优良的大功率六腔椭圆函数带通滤波器，采用交叉耦合技术和温度补偿技术，可在-40 ～+60 ℃很宽的温度范围内工作，具有插入损耗小、选择性高的特点，适合邻频多工合成和单天线系统工作。

3.6 供配电单元和电源单元

本机的供配电单元将接入的三相交流380 V 供电变成单相交流220 V 电压，输出给电源单元、激励器单元、风机单元、总显控单元以及前置功放单元。

电源单元通过开关电源将交流220 V 变成直流50 V 和12 V 两路直流电源，供给前置功放单元和末级功放单元作为供电电源。激励器和总显控单元是直接供电，不受逻辑控制，其他单元受总显控单元的逻辑控制供电，从而可以实现远程开关机和整机监控功能。

整机防雷设置是两级防雷模式。第一级是在供电接入处安装避雷器。该避雷器具有避雷、相序识别、缺相断电告警功能，只有在供电正常情况下才能启动发射机。第二级是电源单元的开关电源具备的防雷功能，双重保护末级功放单元免受雷电破坏。电源单元由3 台GE 公司生产的开关电源CP2725并联均流构成，单台功率2 700 W，输出两组直流电源50 V 和12 V 供给末级和前置功放，采用2+1 备份方式，有很大的冗余量。任何一台电源出现故障，都能保证末级功放供电正常，支持热插拔，方便维护。电源单元设有RS-485 接口和总显控单元通信连接，可对每台电源的运行状态和参数进行监控显示。

3.7 整机总控显控单元

总控显控单元由显控系统和触摸式LCD 彩色显示屏组成，应用自动控制技术、计算机技术及数字化图形显示技术，展现整机的人机界面。进入主显示屏界面，即可对整机和各单元的工作状态、运行参数进行浏览监查。它是整机数据处理和管理控制的中心，采用本机特有的发射机综合显控平台，对整机各单元发出人工指令，实时进行工作数据采集，通过RS-485 通信总线传输到中央处理中心进行数据分析，判断各单元的运行状态，给出相应的指令进行控制，并可组成“N+1”数字电视发射管理平台系统。

4 日常维护与常见故障处理

4.1 日常维护

数字发射机的日常维护工作中有其自身的特点。数字发射机应用数字计算机技术和自动控制技术，使整机操作和监控更简捷直观方便，但也需要维护人员掌握更多的先进技术，对机器有更多的了解和掌握。维护人员要定时通过人机界面对机器进行巡查，查看各单元的运行状态和参数的变化，如果发现问题要及时处理。维护人员要严格执行检机制度，进行周检、月检和季检，坚持使用听、看、摸、闻的方法进行巡机检查，认真记好巡机记录，定期对机器进行清理除尘，每周一次小清洁，每月一次大清洁，保持各单元内部清洁，保持冷却风道畅通；对连接电缆接头时常检查防止松动，对冷却风机要定期检查，发现问题及时更换；控制好机房温度，最高不能超过35 ℃，最好保持在22 ℃恒温状态下，否则会增加机器的故障率，尤其是末级功放单元和电源单元。维护人员要定期检查天馈线系统，尤其是雨季和恶劣天气情况下，要经常查看馈线接头有无渗水现象、馈线有无变形、松动和机械损伤；应每月测试天馈线驻波，保持天线驻波在1.1 以下，要对馈管充干燥空气，保持馈管0.04 个大气压；每年雨季前要检查测试天馈系统接地电阻，检查机房接地线排安全接地情况，防止危害设备，保护人身安全。

4.2 常见故障处理

数字电视发射机由工作硬件和整机控制软件两大部分组成，一般情况下功放单元和控制软件系统容易出现故障，其他单元很少出现问题。该机自投入运行以来出现过几次故障，但总体运行平稳。

故障一：末级一路功放单元没有输出，整机功率下降，Po 指示灯变红，查看监控单元显示屏发现该路功放没有输出，工作电流为零。逐一将功放模块拆卸下来放在检修台上，打开模块，首先查看线路板有无异常，重点检查测量功放电路输入输出连接线有无开焊烧毁现象。经查，发现模块输出与合成板连接线开焊烧毁，测量发现功放管BLF888B已损坏。将连接线重新进行焊接，更换功放管，加电，对静态偏置进行调整，将机器恢复，上电试机，发射机恢复正常输出。经分析，这次故障发生的主要原因是输出连接线焊接时存在虚焊，长时间工作后此点接触电阻逐渐增大发热，最后烧断连接线，使功放负载开路电路失配，烧坏功放管。

故障二：面板触摸式彩色显示屏显示不正常，有时死屏，数据不更新，整机操作失效。经分析检查，怀疑是总显控单元有问题。首先检查了控制显示屏和总显控单元之间的连线和插头，没有发现问题；然后检查总显控单元，发现数据传输指示灯没有闪烁，断电重启后开始闪烁，过段时间后又停止闪烁。最后和厂家联系，返厂重装了软件并进行了更新升级，排除了软件故障。经分析，故障原因是安装的软件有缺陷，运行一段时间后就出现死机现象，重装更新系统软件后，再没有发生此故障现象。