哈里斯10kW调频发射机构成及检修实例

摘 要：美国产哈里斯Z10CD调频全固态数字发射机，因其性能稳定，数字化程度高，维护简便，被许多发射台站采用，文章将主要阐述Harris调频发射机系统构成以及对工作中遇到的两例发生在隔离板和电源的故障作分析判断。

关键词：调频发射机；隔离板；电源故障

哈里斯Z系列是一个功能强，效率高的数字调频发射机，采用正Z三维电子设计，在分配器，功率放大器和合成器各部分之间建立了高效的信号路径，并且发射机的功率放大器装置分成小块，在同一时间引入热插拔的概念，使整个设备的维护，修理，更换所有操作都变得简单。同时其数字激励器可以同时输入两路模拟SCA信号和一路RBDS，调频调制过程充分实现数字化，并且设备高稳定度。我台采用三台哈里斯Z10CD调频发射机构成2+1系统，为郑州人民广播电台发射FM91.2和FM98.6信号。使用两年，对发射机的性能和维护技巧都有了一定的了解。由于受节目时长和环境等诸多的因素影响，两年内也发生了几起较为典型的故障，对其系统构成和故障进行分析，有一定的现实意义。

1 系统构成

Z10CD调频发射机采用Z系列三维电子工具设计，结构紧凑，数字化集成程度较哈里斯此前的设备有了很大的提高。它的激励器采用带有DSP立体声发生器的数字调频激励器，配备AES数字音频插口，可以产生16位低噪音、低失真的数字立体声信号。整机构成如下。

1.1 数字激励器

哈里斯Z10CD调频发射机采用数字激励器。具有同步调幅零电路，增强型的立体声信噪比电路，数字处理的立体声发生器电路以及32位数控晶振调制电路。

1.2 功放和中放电路

哈里斯的每一个功放模块均有两个相同的独立MOSFET功率放大器构成，每个放大电路均可实现热插拔，而且中放和末级放大模块极端条件下可以对调使用。常温下可是实现660W的稳定功率，驻波不高于1.5。

1.3 射频合成

设备的八个模块为一组。在Z轴彼此绝缘的合成器内合成，模块之间阻抗保持50。合成谐波在混合型合成器内合成，有效的避免了射频互调。

1.4 控制电路

哈里斯调频发射机的运行参数存储在微电脑控制器内，操作人员通过RS-232通信串口即可实现对运行参数的查询和设备的遥控。并且可以对设备自身的故障进行判断并通过代码形式反映在设备的LCD显示面板上，方便查阅和处理。

2 常见电源故障及电源结构综述

2.1 实际运行中电源典型故障

Z10调频发射机故障在严重程度上可以分为重要故障和次要故障。重要故障发生将会导致发射机保护性停机，如果是电源模块的非重要故障，发设计的自动优化功能可以使发射机仍然保持设定的功率正常运行，其系统自检功能可以判断出故障点，并通过故障提示灯和故障代码显示在发射机操控面板上面详细的提示。在针对电源部分故障而言，三相电缺相是重要的故障，外电的瞬时缺相将直接导致发射机保护性关机20S。整流板的30A保险丝和可控管故障为次要和较为常见的电源故障。在实际操作中，整流板30A保险丝因开机瞬时电流过大损坏是较为常见的。一旦出现故障，电源控制器会自动调整输出电压，并在面板提示故障PS#_tap#。电源故障将不可避免地对发射机输出功率产生影响。如果有一个电源变压器故障，输出功率只保持正常输出的30%。如果电源控制器故障，输出功率仅为正常的16%。

2.2 电源结构综述

HARRIS Z10CD调频发射机由四个独立变压器构成供电电源表示为PS1、PS2，PS3、PS4。四个电源变压器被分两组工作。各变压器初级可接成三相三线或三相四线和单相等三种常见工作方式。三相四线制在我国较为常使用。每个变压器次级线圈均有两个星形接法的绕组，每个绕组均输出48V、50V、52V、54V四种直流电压。每端设置可控硅来控制次级线圈以决定不同的电压输出。四个变压器为32个功放模块提供电源，其中PS1、PS2为功放组Z-Plane A、Z-Plane B以及IPA_AB提供工作电压。PS3、PS4为功放组Z-Plane C、Z-Plane D以及 IPA_CD提供工作电压。低压电源部分设置在发射机主接触器旁。由三个继电器和相应的整流滤波电路组成， 目的是提供发射机开机控制电源和各控制器板卡的直流电源供电。输出直流有+20V，-20V，+10V等三种电压。

2.3 电源故障代码分析

发射机电源控制主要是通过电源控制器进行。发射机的电源控制器由两块电源板构成，每个作用于两个功率放大器电源。PS controller1控制PS1，PScontroller2对PS2进行控制，设备运行时候电源控制器和对应的两个功放电源运行状态都是相对独立的。即便出现一个功放电源故障不工作的情况，另外一个仍可以正常运行。电源控制器设置的目的是检测电源输出电压维持在期望值，保证电源的限流启动和关机放电，监控电源条件和提供电源故障保护。涉及发射机功率控制的代码有：ps_disable，ps_discharge，ps_standby，Reset。当设备未能正常运行时候我们应根据不同的代码判断设备的故障点。

3 隔离板故障

3.1 故障现象

在运行过程中的发射机，出现自动关机的现象，在故障诊断系统的代码如下：iso_cz（R9隔离板C平面）故障，查询得知故障CZ-代码释义为隔离负载温度过高，设备热保护，当隔离负荷温度超过145度，主控制器开始报警并且使得发射机热保护停机。调阅发射机参数指示系统查看每一个Z平面系统的温度，发现CZ平面隔离板温度为160℃。而此时AZ、BZ、DZ平面隔离板的温度显示仅为50℃。查阅哈里斯厂家提供的设备说明，提示隔离板正常的工作温度均应在50℃的左右浮动，判断此次停机极有可能是因为C平面隔离板的吸收负载故障造成。

3.2 故障分析

此款发射机有四个Z平面对应相关隔离板四个。每块隔离板有隔离电阻RT1-RT8，两个四路Wilkinson合成器的射频断开开关以及1个二路Wilkinson合成器的隔离电阻RT9构成。四个隔离板上面不同位置的ID跳线JP1和JP2决定了隔离板的工作平面。设备运行正常隔离电阻RT1-RT8基本不损耗功率。一旦一个PA发生故障时，该模块的约一半功率会损耗在隔离电阻上，直接导致隔离电阻将被加热，升高的热量被热敏电阻测得当温度过高，PA控制器通过PA的栅极电压将模块的射频输出关闭，并启动相关联的射频开关。射频开关断开隔离电阻并将合成器接地，此时四路合成器变成三路合成器。影响被之后的二路合成器及其隔离电阻减至最小。2个四元组的输出由二路合成器合成。2个四元组的不平衡导致二路合成器的隔离负载RT9的温度上升。由此可见隔离板上面隔离电阻和射频开关对合成器运行的决定性作用。设置隔离负载目的是吸收不平衡而在合成器隔离端产生的功率信号。通过以上分析可知，隔离负载的温度升高，说明系统存在不平衡，不平衡程度和负载温度上升成正比。

3.3 隔离板维护更换

更换隔离板的第一步是要把连接到RFI滤波器板面上的两条电缆小心取下。接着拔掉隔离板拐角处的四个六脚插座。值得注意的是，隔离板拐角的4个定位插座不用处理。这个时候隔离板就可以直接从Z平面板垂直拔出。注意观察可以看到隔离板上面的吸收电阻都用环氧树脂和热敏电阻连接，要确保所有的热敏电阻密切接触。并且确保环氧树脂无裂缝，因为裂缝会导致温度测量误差。检查隔离板ID跳线JP1、JP2，不同的跳线位置对应此隔离板工作在不同位置的Z平面。隔离板紧固前要确保ID跳线和JP1、JP2在相应的位置。

安装新的隔离板必须注意上面4个6角插座和2条电缆电缆，首先确保插座针脚不被撞弯，电缆不打折还要保证各归原位。安装谐波滤波器时应小心要确保接头完全插入10千瓦的合成器并且连接丝扣旋转到位，避免因松动产生射频泄漏。

4 结束语

就目前电子设备更新程度而言HARRIS全固态调频发射机已不算是哈里斯厂家的最新产品，但通过几年的运行，该款机型稳定性和可靠性都值得赞扬。虽然调频不断推陈出新，但无论从设备维护角度还是经济角度考虑，哈里斯Z系列产品都是不错的选择。从我们广电部门的技术人员角度看，熟悉相关设备工作原理和故障现象将是广播电视设施安全运行的保障，更可以对日后台内相关设备的改造提供了颇有价值技术参考。

参考文献

[1]许娟.HARRIS 10kW调频发射机故障分析与处理—以南岳电视调频发射台为例[J].西部广播电视，2014（24）.

[2]钟湛池.Z10型10kW全固态调频发射机的日常维护和常见故障处理[J].广播电视信息，2012（47）.

[3]韩靖海，夏一晨，姜俊.Harris Z10CD调频发射机电源系统运行原理和故障分析[A].中国新闻技术工作者联合会第六次会员代表大会[C].2014.

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