哈里斯10 kW 调频发射机维护经验及维修实例

罗 昱

（广西广播电视技术中心南宁分中心，广西 南宁 530022）

0 引言

随着科技与时代的进步，调频广播以其失真小、抗干扰、便于立体声、多节目和附加信息广播、整机效率高等优点在国内城市广播覆盖中得到广泛使用。2014 年，广西广播电视南宁微波台装备了哈里斯公司Flexstar 系列10 kW 调频发射机。调频发射机根据调频原理将单声道音频信号、立体声复合信号或双节目基带信号调制到发射机的载频，经功率放大后发射出去。立体声调频发射机的组成如图1所示，包括音频信号、调频激励器、射频功率放大器（固态功率放大器或电子管功率放大器）、谐波滤波器、定向耦合器、电源、控制及冷却系统等[1]。本文通过介绍哈里斯大功率调频发射机的运行、维护经验及故障维修实例，了解美国哈里斯公司的Flexstar系列发射机。

图1 立体声调频发射机框图

1 哈里斯发射机简介

哈里斯Flexstar 系列发射机设计精巧、结构紧凑，具有7 个电源模块、8 个功放模块（包括1 个中功放、7 个功放模块，中功放和功放模块可互换），如图2 所示。发射机可运行调频、数字、调频+数字放大3 种模式，其中调频模式实际效率可达60%以上。

图2 哈里斯10 kW 调频发射机简图

1.1 发射机组成

发射机主要由供电系统、射频放大系统、监控及控制系统组成。

1.1.1 供电系统

发射机支持3 种供电模式，分别是三相380 V 3D（三角形接法）、380 V 3Y（星型接法）及单相220 V 1PH/50 Hz 交流电。交流电通过供电模块接口板为7 个可热拔插、高效率电源模块供电，供电模块将交流电转化成44 ～52 V 的直流电为功放模块、中功放、散热风扇、监控控制模块供电。7 个模块集中供电，可保证某一电源模块故障时，中功放及风扇仍有供电，支持发射机正常运行输出功率。

1.1.2 射频放大系统

激励器将射频信号输入中功放，中功放将射频信号放大后一分为二，每一路分为7 路分配，共14 路，分别送入7 个功放模块的14 路功放单元（每个功放模块中有A、B 两个功放单元），放大后再合成一路信号输出。

1.1.3 发射机监控系统

发射机监控系统具有内部监控输入/输出接口电路，也具有用于监控激励器、发射机外部控制、监控的接口、前后面板各一个以太网接口以及各种重要接口。发射机监控系统内置各种重要参数，可保证发射机长期稳定运行，也可以设置、查询各种参数。

1.2 发射机控制模式

发射机有正常模式、硬件控制模式以及生命支持模式三种控制模式。

1.2.1 正常模式

正常模式下，发射机系统功能完整，主要由前面控制面板中的硬件系统工作，微模块也可控制硬件系统。发射机的关机状态量如开关机、远程控制等均存储在记忆芯片中。

1.2.2 硬件控制模式

微模块如果出现异常，就会与硬件控制系统断开，以防止数据冲突导致发射机基本操作。这种情况下，控制显示板上只能保留开关机功能，保留发射机的保护功能和远程开关机控制，整机输出功率增加和减少功能将被禁止，可以通过多路系统接口板上的调整旋钮调整。由于微模块没有工作，很多自动功能无法工作，如激励器的开关、液晶面板和功能显示板、网络接口等均无法工作[2]。

1.2.3 生命支持模式

此种模式下，前面板和系统接口板或多系统接口板控制均失效，发射机通过位于系统接口板的生命支持电路工作。生命支持系统在上述硬件系统模式处于运行状态。发射机基本保护和基本操作（仅远程开关机）可运行，其他远程控制操作均无法进行。

2 哈里斯发射机运行维护经验

哈里斯发射机控制系统检测全面、功能强大。运行时，显示控制板和子系统均有显示灯，绿灯为正常、橙色为告警、红色为故障。可直接在显示屏查看中功放输出功率、各电源模块输出电压及电流，各功放A、B 面电流和输出功率等各项数据。当有状态灯显示橙色或者红色，可进STATUS（状态显示界面）查看日志，日志可显示报警或者故障的原因，如中功放切换A、B 面输出故障，功放和电源模块输出故障、驻波比超限及系统故障等。以下为各个子系统发生告警时可考虑的维修方向。

若功放、电源模块故障告警，可直接更换备份的功放、电源模块。

若中功放切换A、B 输出告警，可能的原因有两个。一是A 面故障、无功率输出，切换到B 面。对于此情况，可更换备用功放，维修A 面。二是因中功放的正常工作电流在8 ～9 A，出厂设置的中功放过流阈值为10 A，当工作在高频或者高温情况下，电流会超过10 A，此时系统认为中功放A 面过载，自动控制切换到B 面运行输出，此时可不必操作。

若发射机检测驻波比超限，自动降功率播出。功率下降后，若驻波比降到阈值1.5 内，发射机保持播出。若降功率后也无法保证驻波比在1.5 内，发射机会自动关机。

系统告警是原因较复杂的告警，如APC 关闭、内部温度超限、散热风扇风量不足等问题均会引起系统告警。对此，需要在实际运行维护过程中一一排查[3]。

维护人员需要在日常巡查过程中不断积累发射机运行维护经验，将各个子系统作为一个整体来考虑，在故障检修过程中将整体思维代入，同时结合仪器测量来确定故障点。

3 故障检修

3.1 控制系统故障

发射机控制系统犹如人体大脑，是人与发射机之间联系的窗口。了解发射机运行的参数、进行开关机等操作，均需要发射机控制系统。以下介绍两个控制系统的故障。

第一，发射机监控系统无供电。维护人员在例行巡机过程中发现发射机显示控制板上液晶显示屏、状态灯均熄灭，各种按钮失效，发射机各种状态和参数均无法查询，但激励器依然有功率输出1.12 W，发射机其余各系统均正常工作，7 个电源模块、中功放和7 个功放也正常显示绿灯。使用钳型电流表对三相供电电流进行测量，各相电流与正常运行时电流相差无几，此时可以确定故障原因为显示控制板处故障。从供电电压开始检查，检查+5 V 供电时就发现了故障，显示控制板+5 V 供电电压为0 V。由于显示控制板无供电，此时发射机控制方式由正常模式进入生命支持模式，发射机各种状态、参数无法查询查看，仅能进行远程开关机。+5 V 由电源模块集中供电输出汇集在电源接口板特定位置，然后输出到各个需要的位置，其他需要+5 V供电的位置并未出现故障告警，可以确认仅仅是显示控制板的+5 V 供电出现故障。+5 V 通过供电接口板上的保险线F4 及各种接口的特定管脚到达显示控制板。正常停机后，维护人员拆下保险丝F4，发现保险已损坏。再测量各个接口，没有短路现象。更换保险丝F4，测试显示控制板使用正常，故障修复[4]。

第二，某次断电维护后，发射机开机时出现整机输出与电源模块输出总电流不匹配，具体现象为整机输出8.2 kW，总电流显示109 A，与运行登记记录上的8 kW 对应270 A 电流不符。此时增加发射机输出，显示总输出增加至9.2 kW，总电流仅增加至129 A，电源模块输出直流电压47.5 V，按照公式P=V·A·65%计算得出功率应为3 982 W，显示的9.2 kW 与实际有较大的出入。与另一台哈里斯发射机正常输出7.8 kW、直流总电流250 A 对比可知，这台发射机显示与输出严重不符。现可以判定，发射机内部存储芯片数据紊乱。此故障的原因是：哈里斯显示控制板上有一个1.5 V 的纽扣电池给记忆芯片供电，此电池失效后如果不及时更换，会导致记忆芯片无法存储本机的工作运行参数。更换电池后，需重新标定发射机输出功率等级，具体方法如下：开启发射机状态下，先将电流调整至130 ～135 A（此电流下整机输出4 000 W），进入SETUP（设置）菜单，进入TX CALIBRATE（系统校正）子菜单，在TPO（最大输出）选项，将数值改为4 000，之后选取APPLY PWR（适用功率）按下确定，发射机系统经过7 ～8 s 的设定后会自动关机后重启。发射机启动后显示输出电流为132 A，功率为4.0 kW。此时可以继续增加输出使电流达到330 A，此电流下对应整机输出功率为10 kW 左右。重复上述设置动作，只是在TPO 选项处将4 000 改为10 000，最后确定适用功率，发射机系统7 ～8 s 后自动关机后重启，再次开机后功率输出会增加到最大输出（即10 kW）。随后可将发射机输出功率下调至日常运行功率。

3.2 元器件配件损坏导致的故障

发射机运行过程中，供电模块也曾发生过故障，具体现象是：发射机在运行过程中突然自动降至3 kW输出功率运行，维护人员手动增加输出功率，半小时后发射机又自动降至3 kW 输出运行。查看工作日志，仅仅显示system err（系统错误），没有其他记录。检查各种设备和参数均正常。第二天开机时，发射机又能以较大的输出功率运行，但运行几个小时后，又自动降功率运行。为解决此问题，维护人员在发射机开机3 h 后在发射机面前守候观察，功率下降时，观察到有几个供电模块散热风扇未能工作，导致模块内部散热不足。控制系统检测到供电模块温度超过预设阈值后主动降功率运行。因此，工作日志中仅能查看到system err（系统错误）报警信息。找到设备故障原因后，维护人员更换散热风扇，供电模块散热良好，发射机恢复稳定运行。维护人员在日常巡机工作中增加观察散热风扇运行情况的任务[5]。

一例激励器故障的现象如下：例行巡检时，维护人员观察到发射机激励器有告警，激励器系统显示+15 V 电压不足告警，界面显示电源输出电压为+12.88 V，经过30 min 观察，发现输出电压已经下降到+11.45 V，此时已经可以判断激励器内部+15 V 电源故障。更换备份激励器，拆下故障激励器后查看电源，肉眼检查无烧蚀、无打火发黑现象，只发现一个35 V、470 μF 的电解电容外壳鼓包，维护人员判断电容失效。由于此电源并未配备电路图，无法检修，只能将目测损坏的电解电容更换。更换电容后，将激励器安装恢复，接上假负载，给激励器启动信号，激励器立即启动。检查+15 V 电源显示+14.99 V，各项数据均为正常值。电解电容在电源模块中为易损元件，本次故障中就是+15 V 输出电路中随着电解电容不断减小直至失效，导致电源不起振，电压输出越来越小。由于+15 V 输出电压越来越小，激励器内部供电不稳，无法正常工作。更换了同型号的电解电容后，电压输出正常，激励器工作正常。

4 结语

本文分享了哈里斯发射机日常维护及检修经验。由于哈里斯发射机在广西是首次使用，维护人员的维护经验不足，能力稍有欠缺，维护检修均需自行琢磨，期间走了较多弯路。本文将这些经验和思路记录下来，分享给需要维护哈里斯系列发射机的读者，希望对大家有所帮助。