数字电视发射机的原理及常见故障维修方法

2023-01-17张鹏

电视技术 2022年4期

张鹏

（贵州省广播电视局七六一台，贵州贵阳 550000）

0 引言

随着我国通信技术的高速发展，便捷的信息获取方式成为广大受众追求的目标。模拟电视由于传输节目单一、清晰度差、覆盖面窄、不能实现移动便携收看，已经不能满足受众的收视需要。地面数字电视广播的普及避免了传统模拟电视带来的问题，提升了用户收视节目的质量。随着数字和网络技术的不断创新，数字电视的普及助力广播电视行业在市场上占据了一席之地[1]。为更好适应地面数字电视广播技术的快速发展，提升技术人员对数字电视发射机的维护水平，确保发射机安全播出，对发射机的工作原理和维护进行探究十分必要。

1 数字电视发射机发展历程

数字电视技术最早起源于欧洲国家。20世纪80年代初期，英国、德国、法国等已经开始对数字电视技术进行研究，并发明了MAC1、MAC2、MAC3（模拟分量时复用传输技术）等三代数字卫星电视节目广播[2]。

到1982年，美国数字电视公司率先研制成功新一代数字式电视机。1995年9月15日，美国正式审核通过了ATSC数字电视国家标准。ATSC调制方式采用格形编码的八电平残留边带，由美国高级电视系统委员会开发。1996年4月，法国率先在全国实施数字电视商业广播技术，从此世界各地数字电视广播技术得到了高速发展，其中以DVB-S广播技术发展最广泛。

2006年8月18日，我国颁布了地面数字电视广播DTMB标准，它是由我国自主制定的有关数字电视和流动数字广播制式，采用时域同步正交频分复用调制方式。该标准优势明显，具有频谱利用率高、覆盖范围广、移动性能强、多业务广播等优点。该标准于2007年8月1日起正式实施[3]。

2 数字电视发射机工作原理与构成

2.1 数字电视发射机的工作原理

数字电视发射机输入的信号为TS流信号，其格式为MPEG-2或MPEG-4/AVS。该流信号经激励器进行信道编码与调制处理，形成符合一定制式标准的数字基带信号，然后上变频调制成所需射频信号。输出的射频信号经逐级放大，达到设定功率后输出。

发射机主要由激励单元、功率放大单元、无源部件单元以及监控单元这4个工作单元构成。激励单元主要对来自数字播控中心的流信号进行信道编码与调制，上变频调制成所需的射频信号，同时对该射频信号进行前置放大，使其达到功率放大单元的输入标准。功率放大单元对激励器送来的射频信号进行功率放大。无源部件单元由带通滤波器、功率分配器及功率合成器等组成，其中带通滤波器可以滤除带外无用发射信号，使得发射机信号符合频谱模板要求。监控单元是数字发射机测控系统的核心，负责控制各个单元的工作[4]。

2.2 数字电视发射机的构成

2.2.1 数字激励器

数字激励器是发射机的重要组成部分，主要功能是将前端送来的TS流信号进行信道编码、调制与变频处理，形成符合一定制式标准的模拟射频信号输出。因此，数字电视激励器的技术指标直接影响发射机播出性能好坏。

按照DTMB标准的要求，数字电视激励器需具备预校正功能。其作用是对整个发射机系统链路中的阻抗不匹配和非线性失真进行校正，从而提高发射机的技术指标，改善发射的信号质量。同时，激励器还应具备监控和监测功能，以实现对发射机运行期间的远程监控、远程监测、及时报警等功能。

2.2.2 功率放大器

在内部控制质量方面，张淑惠等（2016）认为企业聘请的具有海外背景的人才担任董事会的独立董事能够提高企业内部控制的质量，且其水平越高，企业内部控制的效果越好，刺激董事会为了满足日常营运需求而持有更多现金。进一步研究认为企业在董事会成员中应当适当加入拥有海外背景的董事，这样可以合理控制企业的风险，同时将有海外背景的董事和无海外背景的董事人数之比控制在合理范围内。

功率放大器对功率分配器输出的射频信号进行功率放大，一般为UHF波段高增益宽带线性功率放大器，由2～4级功放组成，最后利用功率合成技术输出增益为30～60 dB的大功率高频信号送到发射天线。数字电视发射机的末级功率放大器一般都采用型号相同的功率放大模块，大功率数字电视发射机末级功率放大器由多个相同功率放大模块组成，利用功率合成技术输出满足设定要求的大功率高频信号。采用相同型号的功率放大模块，为后期维护和备件购买提供了便利。

2.2.3 无源部件单元

无源部件单元主要包括功率分配器和功率合成器、带通滤波器等部件。

（1）功率分配器和功率合成器。数字电视发射机中，功率分配器主要对前级放大单元输出的射频信号进行分配，并输出信号到功放单元，其要求是：输出功率要按照一定比例进行分配，每个输出端之间要相互隔离，同时输入、输出端要做到匹配。功率合成器对末级功放单元输出信号进行合成，并输出信号送到带通滤波器。

（2）带通滤波器。带通滤波器的主要作用是滤除无用的发射功率，避免发射机输出信号的带外杂散对空间信号造成干扰。

2.2.4 数字发射机监控系统

数字发射机监控单元是发射机配套嵌入式计算机自动控制设备，主要功能是在嵌入式计算机系统控制下，负责收集发射机运行模拟参量和状态参量[5]。计算机系统按照编程算法对采集到的参量进行运算，当某一参量超出规定值，就会及时报警并对该错误采取相应控制，从而起到保护发射机的作用。除计算机监控系统外，其他各功能单元都具有本单元独立测控模块，主要负责采集本单元内部各种参量，同时将采集到的参量上传至监控单元。激励器作为发射机的重要组成部分，其测控模块不仅有控制功能，还可以接收监控单元发出的指令，做出相应反应。而功率放大器主要通过单独通信模块将采集到的数据上传至监控单元，由监控单元对上传来的数据进行统一管理，并发出相应指令。

2.2.5 冷却系统

数字电视发射机的冷却系统主要有风冷系统和液冷系统两种。目前，中小功率发射机的功率放大器大多采用强迫风冷的方式来降低发射机运行时所产生的热量。而大功率发射机的功率放大器大多采用液冷系统。液冷系统有逐步替代风冷系统的趋势。因为风冷方式容易受外界环境影响以及风机自身的磨损出现风冷效果差、噪音大等缺点，增大了平时的维护成本。而液冷系统有效克服了风冷方式的缺点，添加的冷却剂为乙二醇加水或者防冻液，在平时使用中，液冷系统比风冷系统的散热效果提升明显，能够保障数字发射机安全运行。

3 数字电视发射机的维护

3.1 发射机的日常维护

数字电视发射机是一部精密复杂的设备，经过长时间运行，设备表面和内部容易受到空气中灰尘、湿气的影响。因此，在发射机日常维护中，维护人员要注意机房的温度和湿度，定期检查设备内部灰尘，特别是风机和功放单元，对安装有滤尘网的地方，发现有灰尘应及时进行清理。进行除尘工作时，不要用压缩空气泵来吹扫灰尘，容易把灰尘吹入看不见的地方，给设备正常运行带来安全隐患，应采用真空吸尘器来除尘。

3.2 激励器检修方法

激励器作为发射机系统的重要组成部分，其性能好坏直接影响整个发射机性能的高低。一般情况下，激励器出现故障时，激励器面板上的故障指示灯会亮起，发射机输出功率会降低甚至降为零。在维修过程中，首先要检查硬件方面是否因为环境温度过高而造成器件损坏，应着重检查射频锁相环是否工作、电源模块损坏、10 MHz晶振失效或者嵌入式系统瘫痪等原因。其次，检查激励器的系统是否进入了保护机制，如码流丢失、1PPS基准丢失以及时钟丢失等情况。最后，检查是否因为人为操作不当造成射频信号被关闭或者在切换主备激励器时操作失误的原因。

3.3 功率放大器的检修

数字电视发射机末级功率放大器一般采用型号相同的放大模块，在每一个功放单元里存在多个LDMOS放大管，当其中一个功放单元出现问题，会导致发射机功率降低，影响播出质量。当功率放大器发生故障，主要为LDMOS放大管损坏、电流电压波动造成过流过压保护等问题。在维修时，首先检查功放盒内4～8个LDMOS放大管是否存在虚焊、损坏等情况。其次在功放单元上电的情况下，通过万用表来测量LDMOS放大管各极电压是否正常，数字发射机栅极直流电压一般为1.5～1.7 V，漏极直流电压为45～48 V。在更换LDMOS放大管时要注意选用相同型号进行替换，更换过程中要注意静电防护。在实际使用过程中，末级功放单元出现故障的几率较大，因此对末级功放单元的日常维护尤为重要。

3.4 冷却系统的检修

数字发射机冷却系统故障大多出现在风冷方式设备上，主要是由灰尘、风机长时间运转造成的自身磨损等原因，导致发射机温度升高，出现功率下降甚至过热保护情况的发生。因此，在日常维护中要加强风冷系统的除尘工作、对磨损风机要及时更换。液冷系统如果出现问题，主要查看流量值、压力值、水含量等指标是否在正常范围内，重点检查法兰盘、管道连接处、主备泵是否存在漏液问题。