HSFM-10型全固态调频发射机工作原理和维护

摘要：着重介绍辽宁数字广播电视设备集团有限公司生产的HSFM-10型全固态调频广播发射机基本组成、工作原理、技术特点和使用维护。
关键词：调频发射机；工作原理；维护使用

    HSFM-10型全固态调频发射机是辽宁数字广播电视设备集团有限公司生产的一种新型发射机。山西省广播电视总台于2011年在我台共安装使用了四台该发射机，采用3+1方式进行省内交通、经济、健康三套节目的覆盖。投入运行以来，发射机工作稳定，安全可靠。

1 整机工作原理
    HSFM-10型调频发射机由意大利RVR公司生产的原装30 W激励器、推动级、3dB分配器、五路分配器、1．2 kW调频功放单元、五路合成器、3dB合成器、定向耦合器、滤波器、整机显示控制系统等组成，具有技术先进，稳定可靠，操作简单，环保节能，保护齐全等特点。整机工作原理如图1所示。

1．1 激励器
    激励器是意大利RVR公司生产的30 W原装激励器，可以在87．5 MHz～108 MHz之间间隔0．01 MHz任选规定频率，直接频率合成，保证高质量的线性偏差和极小的失真；激励器具有驻波比保护电路，在驻波比高于要求或锁相电路失控时，无功率输出。
1．2 推动级
    该级是将激励器送来的射频信号进行第一级放大。由一支BLF278组成，最大输出功率为300W，本机仅使用150W左右，余量大、线性好。
1．3 末级
    该级是发射机的最后一级功率放大，它将推动级送来的射频信号放大到本机要求的额定功率。由10个1．2 kW功放模块、五路合成器、3 dB合成器、定向耦合器及低通滤波器等组成。
1．3．1 1．2 kW功放模块
    末级采用1．2 kW宽带功放模块，由4个300 W调频功放单元、四路分配器、四路合成器、显示控制电路、2725 W开关电源、轴流风机等组成，如图2所示。功放模块为全固态单元结构，具有效率高、增益高、输出功率稳定等特点，在87 MHz～108 MHz频段内增益波动仅为±0.2 dB，为一典型的宽带放大器。功放单元设有输出过大保护、反射过大保护、过压保护、过流保护、过温保护和过激励保护功能，并可以单独显示功放模块的输出功率、反射功率及电流。

1．3．2 300 W功放单元
    1．2 kW功放模块主要由4个300 W功放单元组合而成，300 W功放单元采用宽带设计，在调频波段具有平坦的频率特性及良好的线性，工作在丙类状态，工作电压48 V，增益约为20 dB，最大输出功率为300 W时，工作电流为7．5 A，效率为79．7％，在同等功率下使用元器件数量少，降低了整机故障率，节约了运行成本，节能环保。
1．3．3 2 725 W开关电源
    紧凑型功率平台的CP2725AC54前端电源，特别作为分布式功率系统中的一个完整部分。该款电源具有高功率密度，效率高，体积小，功率大，支持热插拔、均流等功能。风向从前到后，应用上缩小占用的空间，并为未来功率增加有能自如的扩展。包括POE隔离要求，RS485和双冗余I2C通讯总线功能，如此它能在许多应用中使用。这款电源有灵活的特征设置，对于要求模块AC-DC中间母线电压的场合(分布式供电)它是个很好的选择。
1．3．4 模块保护电路
    模块保护电路主要完成对射频信号的检波，然后对检波信号的逻辑比较和判断，是否工作正常；对电流取样电阻的电压放大，然后对电流检测电压的逻辑比较和判断，是否工作正常；将各个取样电压及状态量送到单片机控制电路，由主控系统分析、显示各个数据，判断各个状态保护，决定是否要关机或者降功率。该电路主要包括以下几个部分：电源供电电路、输入输出接口电路、射频检波电路(输出功率、反射功率)、电压比较电路、电流检测电路、LED状态显示电路以及状态控制量输出电路。
1．3．5 模块控制电路
    模块单片机控制电路主要完成对模拟信号和状态量的检测，显示功放模块的各种工作参数，同时将检测数据通过串口传送到整机主控系统，并对功放模块进行控制。该电路主要包括以下几个部分：保护状态检测电路、温度检测电路、RS485通讯电路、多路选择开关电路、模数转换电路、电源供电电路、功放模块控制电路、指示显示电路。
1．4 控制单元
    控制单元是发射机控制系统的核心处理模块，处理来自发射机的射频功率输出、反射等监测，以及整机的电源、风机、激励器等控制。同时还完成对各个模块保护量的监测，当模块发生保护时，控制整机完成执行保护动作。
1．4．1 功率的监测
    整机状态监测主要包含了整机输出功率(FWD)和整机反射功率(REFL)两个真值有效功率的监测，两个量经整机保护板上的功率检测芯片将功率值变成对应的电平信号，功率与电平信号成反比关系，该电平信号经AD转换后，经MCU处理后再还原成功率值，并显示在整机显示屏。
1．4．2 开、关机过程
    在控制单元前面板的(ON／OFF)按钮为开关机按钮，该按钮为长按键，在关机状态下，按住该按钮大约4 s，控制系统首先会先启动风机，风机启动后大约5 s会自动启动功放模块的开关电源，当激励器完全启动后，发射机处于开机工作状态。当处于开机状态下，按住该按钮将关闭发射机。
1．4．3 切换过程
    切换按钮为面板上的(EX)按钮，该按钮为短按钮，按一下该按钮则系统会进行切换，从当前工作的激励器切换到备用激励器。
1．4．4 复位过程
    整机保护或者功放模块发生保护时，面板对应的保护灯会亮起，同时控制系统会执行保护动作，检查维修后，按一下复位按钮，然后再按开机键开机。如果保护还存在，证明发射机仍然处于保护状态。
1．5 整机显示系统
    整机显示控制系统具有手动开关机、定时开关机，输出功率与反射功率的定时存储、查询，双激励的手动切换、自动切换等功能。整机可以显示输出功率、反射功率、日期、时间以及每个功放单元的输出功率、反射功率及其电流等发射机的实时参数。
    该系统是专门为发射机设计开发的一套监测与控制系统，包含了整机(TX)、激励器(EX)、末级放大单元(PA)等三个部分的数据采集与状态监测，同时实现对整个发射机的工作状态的逻辑控制。
    在监测到非正常的工作状态后，控制系统自动关闭发射机。实现发射机的保护。该系统的操作方式是通过触摸屏实现的，同时对于开机、关机等重要的控制还可以通过触摸屏外部的按键进行人工控制。
    液晶显示屏主要显示内容包括：
    (1)输出功率表，单位是W。
    (2)反射功率表，单位是W。
    (3)输出功率数值指示，单位是W。
    (4)反射功率数值指示，单位是W。
    (5)激励器工作状态指示，工作的激励器显示为红色线条，另外一个则为白色线条。
    (6)控制单元，包含开机、关机、复位等按钮。
    (7)状态监测区，包括激励器、模块放大单元等状态。
    (8)功能设置区，包括参数设置、数据查询、定时控制。
    (9)整机状态指示灯，包括电源指示、驻波保护指示、缺相保护指示和整机保护指示。
    (10)时钟指示。
    在发射机接入外部电源后，进入启动过程，此时尽量不要进行控制系统的操作，否则容易造成死屏现象，如果发生死屏现象，则需要打开工控机的面板，快速按一下关机按钮，工控机会在安全模式下自动关机，但不影响发射机的正常工作，在关闭工控机后，再按一下该按钮进行重新开机。
    在操作系统时，每次点击功能按钮要有一定的时间间隔，大概5 s左右，否则容易造成系统采集数据的紊乱。
    在系统中进行关机指令的操作后，发射机将自动关闭，在延时约150 s后，关闭总电源，所以在延时的过程中应该退出监测与控制系统，同时在对话框出现时点击确定按钮关闭工控机，否则如果没有关闭工控机，在发射机自动关闭总电源后，会造成工控机的非法关机，甚至造成工控机操作系统的崩溃。

2 使用
2．1 环境要求
    (1)发射机机房应距中短波发射台及各种强电磁场发生源至少1000 m远，以避免干扰。
    (2)发射机周围要留有充裕的空间，以便有良好的通风散热条件和方便维护。
    (3)发射机机房要求清洁，空气中应极少尘埃。
    (4)供电电源应符合发射机说明书中的规定，并有可靠的避雷设备及有效接地。
    (5)发射天线驻波比应≤1．1，工作频带应覆盖发射机工作频道，避雷设施有效可靠。
2．2 正常开机
    第一次开机后，各个单元开关处于开启状态，以后开机只要先开整机的空气开关，再按整机面板上的开关机键(ON)，发射机按照设定的程序进行开机，开机顺序：先开启功放开关电源，5 s后开启激励器射频输出，缓步加到额定功率，整机即全部进入正常工作状态。
2．3 关机
    若要停止发射机的工作或出现异常需要关机时，只要按整机面板的开关机键(ON)，发射机按照预先的程序关机，先关闭激励器的射频输出，再关闭功放开关电源，但此时380 V还存在，待散热器冷却后关闭面板上的电源空气开关，此时发射机完全停止工作，然后再关外电。
2．4 保护
    整机保护：整机具有输出过大保护、反射过大保护等保护功能，保护后发射机执行关机程序，先关闭激励器射频输出，再关闭功放开关电源。检查发射机无误后，按整机面板的复位开关复位，然后按开机键开机。
    功放单元保护：功放单元具有输出过大保护、反射过大保护、温度保护、过激励保护等保护功能，任意保护后执行关闭对应功放模块的功放电源的直流输出，检查功放模块无误后，按模块的复位开关复位，然后按对应功放模块的开关机键(ON)。
2．5 激励器转换
    手动转换：按整机面板上的“EX”转换键，先关闭当前工作的激励器射频输出，然后将同轴开关转换到另一路，最后开启另一个激励器，缓步加到额定功率。
    自动转换：在当前工作的激励器的输出功率小或者没有输出时，发射机自动关闭当前工作的激励器射频输出，然后将同轴开关转换到另一路，最后开启另一个激励器，缓步加到额定功率。
    在转换完成后，待功率稳定后，再调整发射机功率。

3 维护
    (1)维护人员应具有广播电视技术和电子技术知识及基本技能，并应详细了解发射机工作原理和技术特点。
    (2)应维护和保持发射机所要求的基本工作环境和条件。
    (3)要定期清理发射机内和热管散热器的灰尘，经常保持机内清洁，严防杂物、昆虫及其它动物进入机内，防止积垢，以避免电场极化击穿损坏电子原器件。
    (4)每年至少一次检修，测试供电电源、天馈系统和避雷设施，以确保其有效可靠。
    (5)发射机一旦发生故障，应采用逐级负载法或逐级信号法，逐步缩小故障范围，最终找出故障原因及故障点。有条件时也可以采用替换法。
    (6)发射机使用了较多的MOS电路和绝缘栅场效应晶体管。因此在检查和更换这些器件时，必须使用数字式万用表和防静电电烙铁及防静电工作台。当不具备条件时，使用普通电烙铁，拆装这种器件时，必须将电烙铁断电和用余热进行锡焊，同时，人体必须接地线操作，防止静电损伤器件。
    (7)测试仪器必须接有可靠地线后，才能对发射机电路进行检测。
    (8)调试高频电路，必须使用无感螺丝刀。
    (9)对逻辑电路、保护电路的检测，可采用模拟信号法，按电路工作原理进行正确予置。
    (10)维护工作中，另外一个重要工作就是要定期检查和保持全部电缆接头和转接器件的可靠性，以便随时发现和纠正由于机械应力和热应力造成的松动及接触不良等故障。