哈里斯Flexiva FAX 调频发射机原理及维护

2015-11-28周锟

山西电子技术 2015年3期

周锟

(山西省广播电视局228 台，山西太原 030001)

2013 年11 月我台安装了5 部哈里斯Flexiva FAX 系列10 kW 调频发射机，运行一年多来，该型发射机工作稳定、效率高、音质出色、用户收听满意度高。其采用了新型数字激励器和开关电源以及功率放大技术，在整个调频发射机领域中处于领先地位。本文对发射机的几大组成部分:功放模块、开关电源、控制和显示面板、系统控制接口板做了叙述，并对工作原理进行了剖析，希望对FAX 发射机的用户和维护工作者有所帮助。

1 系统原理

1.1 10 kW 射频方框图(10 kW RF Block Diagram Description)

和大多数发射机一样，音频信号在激励器经过数字处理和调制进入中功放模块(也叫IPA)，然后分配到各功放模块进行功率放大，最后经合成器合成输出。

图1 FAX 10 kW 方框图

图1 显示了射频方框图，射频从激励输出后进入到激励器继电器，在双激励器系统中，当激励器的射频功率低于设定值时，系统控制自动切换到备用激励器，继电器位于系统接口控制模块中。

激励器输出的功率不足以推动功放模块工作，所以需要中功放(IPA)的再次放大，然后分配到各功放模块(PA)。激励器和IPA 中间有个切换控制板，具有3 dB 的隔离度，当检测器到IPA 输出值低于0.5 V 时，IPA 负责选择内部另一个功放管工作。IPA 的切换时有两个继电器电路，一个位于IPA 的输入，另一个位于IPA 的输出，是前后串联方式，当切换时发射机会进入短暂的保护状态，类似于“缓冲”而不会损害内部电路。

整个发射机有7 个PA 和1 个IPA，它们结构完全相同，出现故障后可以互换，但在使用上有两点区别:一个是IPA只有一个场效应管工作，另一个处于备份状态。第二个是对于使用没有外部自动功率控制(APC)输入的激励器而言IPA可以接受APC 的控制。

参看图1，IPA 射频开关板的输出进入一个两路威金逊分配器，二分配的输出进入到两个7 路威金逊分配器，这样IPA的输出被平均分成14 等份，然后分别进入7 个模块中的14个场效应管。每个场效应管的输出又进入到一个14 路威金逊合成器，合成器装有低通滤波器可以去除来自放大器的有害成分。

威金逊分配器可以提供更好的隔离度，零度相位提升以及更低的插入损耗，相位对于20 kW 以上发射机是十分重要的。

1.2 功放模块(PA Module)

功放模块由2 对封装在一起的射频功率放大管组成，分别用“A”和“B”表示，功放内有控制电路提供简单的控制如:模块的开/关，设置模块的工作模式，以及故障检测和报告。

功放电路板安装在一块实心铜板上，散热铜板外有铝合金散热片，铜铝之间有一层薄薄的导热硅脂。功放模块在插槽中是倒置的，这样安装电路板不容易积聚灰尘。

射频信号在特殊设计的横向扩散金属氧化物半导体场效应管(LDMOS)被放大，该效应管根据工作模式有14～22 dB 的增益。推动功率通过J1 接口进入模块，射频首先通过一个过激励检测定向耦合器，然后到达Q1 匹配网络。场效管工作在推挽方式，产生大约800 W 的调频功率，再进入一个50 Ω 的负载，经过50 Ω 网络变换和反射功率耦合器实现低阻输出。

为了安全地热插拔，输出和输入以及直流供电金手指具有不同的长度，输出金手指最长，模块插入时可以保证负载首先被接触，取出模块时最后断开，长度居中的是供电金手指，输入金手指最短，插入时最后被接触，取出时最先被断开。

1.3 电源系统(Power Supply System)

电源系统由7 个开关电源模块和电源接口板组成，提供以下几种功能:

·为功放模块提供直流电源

·为IPA 和风机提供总线电源

·监测交流欠压

·监测新风量和排出风量温度

·提供系统复位所需的+5 V 电压

交流电输入线连接到发射机配电板，通过配电板进入到每个开关电源模块，配电板位于发射机后门中部的金属小仓内。开关电源使用单向电，工作电压从190 到300 V，频率50或60 Hz。

交流电在配电板上可以有三种接法;单相、三相三角形、三相星形。交流电监测电路监测到电压低于190 V 时报告一个故障，但不会产生下一步的动作，发射机仍然运行。失去一相或两相电时，发射机大幅降低功率后仍可运行。10 kW 发射机有7 个开关电源模块，A 相给开关电源1、2、3供电，B 相给开关电源4、5 供电，C 相给开关电源6、7 供电。

控制功放开/关的信号来自系统接口板，在电源接口板上命名为PS_ON，进入到每个开关电源，并控制直流输出的开或关，开关电源电压输出范围从+44 V 到+52 V。每个功放模块都有一个专用的开关电源，如果电源模块故障，对应的功放模块将被关闭，此设计允许多个电源模块失效，发射机降低功率后仍能运行。IPA 的供电来自一个二极管控制分享电路，由7 个开关电源共同分担，多个电源故障IPA 也能继续工作，IPA 在电路板上有个在线保险F10(15A)。

1.4 控制和显示面板(Front Panel Control/Display Board)

控制盒显示面板提供下列功能:

·微处理器单元界面

·前面板用户界面

·以太网接口

·硬件控制备份模式

·正常模式下普通APC 参考

·存储设置

控制和显示单元包括控制和显示电路板以及微处理单元。控制和显示板有简单的硬件控制电路，有基本的功能如发射机开/关，远程控制，IPA 切换等。微处理器单元提供关键控制功能，如WEB 界面，也提供用户LCD 界面和前面板状态按钮。

FAX 发射机有三种控制模式:正常模式，基本硬件控制模式，生命支持模式。

正常模式:发射机具有全部功能。

基本硬件控制模式:此模式下，微处理器假设失效或故障。

生命支持模式:此模式下整个控制和显示板不再运行，发射机通过系统接口板的生命支持硬件运行。与硬件控制模式相比，失去的主要功能有，前面板遥控和功率升降，但发射机开/关仍然有效。

发射机的设置也保存在这个电路板中，这些设置包括用户设置、双激励器、频率、激励器型号、校准等，配置文件可以下载到计算机中，更换控显板也可以上传替换。发射机初次安装、改变设置或校准完成后，备份配置文件是个不错方法。

1.5 系统接口控制板(System Interface Control Board)

10 kW 发射机的系统接口板位于开关电源的右侧，该电路板有以下几种功能:

·生命支持模式中的硬件控制

·激励器接口和激励器射频切换

·自动功率控制(APC)电路

·通过光耦合器的并行I/O 远程控制

·入射和反射功率的检测和取样

·驻波比保护和功率限制

·系统状态LED 灯

激励器接口可以设置使用任意型号激励器，使用非哈里斯激励器必须正确设置拨码开关。使用双激励器时，射频切换也在该电路板完成，为了到达自动切换的目的，激励器射频功率电压受到监控，小于设定值时，激励器自动切换。

发射机有外部和设备两个闭锁可以使用，外部闭锁必须接地否则发射机不工作，如果外部闭锁开路，运行中的发射机被关闭，需要开机命令才能恢复。设备闭锁接地后将关闭发射机，按下高开按钮发射机才能正常工作。

驻波比达到两个临界值:功率返送(foldback)和故障后可以触发保护，功率返送值可由用户在图形界面(GUI)设置保护点，范围从1.3 到1.5∶1。故障值是当驻波比超出1.5∶1时，可调锁存器给微处理发出一个系统故障关机命令，微处理器将关闭发射机然后再试图恢复发射机到开机状态，如果故障还存在，则执行三次这样的流程。三次故障流程只在正常模式中有效。