尚 磊姚春暉

1.2.內(nèi)蒙古新聞出版廣電局501臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010070

PowerMax固態(tài)高功放系統(tǒng)簡(jiǎn)介及維護(hù)

尚 磊1姚春暉2

1.2.內(nèi)蒙古新聞出版廣電局501臺(tái) 內(nèi)蒙古 呼和浩特市 010070

高功率放大器是衛(wèi)星地球站上行系統(tǒng)中的信號(hào)發(fā)射設(shè)備，要求其具備較高的工作效率和穩(wěn)定性。本文就PowerMax固態(tài)高功放系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，闡釋了系統(tǒng)的工作原理和設(shè)備的日常維護(hù)。

固態(tài)高功放 射頻放大 功率合成 維護(hù)

高功率放大器（HPA）簡(jiǎn)稱高功放，是無(wú)線通信業(yè)發(fā)展所需的重要電氣設(shè)備，是信號(hào)發(fā)射鏈路的重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到信號(hào)發(fā)射系統(tǒng)的工作效率和穩(wěn)定性。依據(jù)工作原理，高功放系統(tǒng)可概括為三大類：行波管高功放、速調(diào)管高功放和場(chǎng)效應(yīng)管高功放。其中，場(chǎng)效應(yīng)管高功放（SSPA）也就是常說(shuō)的固態(tài)高功放。固態(tài)高功放因良好的頻帶適應(yīng)性、工作穩(wěn)定性、使用維護(hù)便捷性、節(jié)能高效、固態(tài)化和模塊化的特點(diǎn)，在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中更具優(yōu)勢(shì)，逐漸在電子通信領(lǐng)域被廣泛使用。

內(nèi)蒙古廣播電視衛(wèi)星地球站（以下簡(jiǎn)稱內(nèi)蒙古地球站）原配備1∶1冗余備份的兩臺(tái)速調(diào)管高功放，但近年來(lái)隨著設(shè)備的逐漸老化，可靠性有所降低。為更好的保障播出安全，2016年引進(jìn)美國(guó)Power Max公司設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的固態(tài)高功放設(shè)備一部，作為離線備份設(shè)備。

1 PowerMax固態(tài)高功放系統(tǒng)簡(jiǎn)介

PowerMax固態(tài)高功放系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)元件是場(chǎng)效應(yīng)管放大模塊，系統(tǒng)所采用的單個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管模塊只能輸出最大250W的放大信號(hào)。考慮到內(nèi)蒙古地球站的實(shí)際需要，PowerMax公司設(shè)計(jì)了一部4模塊系統(tǒng)，即本文所述固態(tài)高功放系統(tǒng)總輸出功率由4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管模塊的輸出功率合成。

PowerMax固態(tài)高功放系統(tǒng)共包含三部分，即射頻放大系統(tǒng)、功率合成系統(tǒng)和供電系統(tǒng)。射頻放大系統(tǒng)包括4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管放大模塊，它們的結(jié)構(gòu)和特性完全相同。功率合成系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，由一些連接線和接頭組成。供電系統(tǒng)是為射頻放大系統(tǒng)及其他一些用電元件供電的部分，是整個(gè)系統(tǒng)正常工作的基礎(chǔ)，因而也采用1∶1冗余備份方式加強(qiáng)穩(wěn)定性。

1.1 射頻放大系統(tǒng)

射頻放大系統(tǒng)由場(chǎng)效應(yīng)管放大模塊組成，而場(chǎng)效應(yīng)管放大模塊的“心臟”就是場(chǎng)效應(yīng)管放大器。Power Max固態(tài)高功放設(shè)備采用了基于砷化鎵（GaAs）材料的場(chǎng)效應(yīng)管放大器。砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)管放大器是當(dāng)前市場(chǎng)應(yīng)用的主流元件，具有線性好，節(jié)約能源的優(yōu)點(diǎn)。為了進(jìn)一步優(yōu)化場(chǎng)效應(yīng)管放大器的線性特征，模塊內(nèi)部還增加了線性器電路。

每個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管放大模塊可以發(fā)射的功率最大為250W，都是按統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)而成，模塊之間既具有相對(duì)獨(dú)立性，又可在特殊情況下互相替換，同時(shí)支持熱插拔，最大限度保障運(yùn)行安全和維護(hù)便捷。理論上，在設(shè)備僅輸出小于或等于250W的信號(hào)時(shí)，只有1個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管放大模塊處于主用狀態(tài)，其它3個(gè)放大模塊處于靜音模式，通電但未加高壓。如果主用場(chǎng)效應(yīng)管放大模塊出現(xiàn)故障，就會(huì)立即由另一放大模塊頂替它，轉(zhuǎn)做主用模塊。由于內(nèi)蒙古地球站日常發(fā)射功率約為200W，只要一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管放大模塊工作就可滿足需要，實(shí)際上整個(gè)設(shè)備可視作1∶3冗余備份的高功放系統(tǒng)，進(jìn)一步提升了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。為了提高系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性，解決常見的風(fēng)扇故障導(dǎo)致系統(tǒng)整體癱瘓的問(wèn)題，單個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管放大模塊都集成了散熱風(fēng)扇。

1.2 功率合成系統(tǒng)

內(nèi)蒙古地球站的固態(tài)高功放設(shè)備日常使用有1個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管放大模塊工作就可滿足需求，但設(shè)備還必須具有發(fā)射250W以上功率的能力，這是遭遇惡劣天氣或受到干擾等緊急情形所需要的。Power Max固態(tài)高功放實(shí)現(xiàn)大功率輸出是利用同相位信號(hào)合成原理，將4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管放大模塊的輸出功率合成整個(gè)高功放系統(tǒng)輸出的更大功率。不同模塊產(chǎn)生的信號(hào)在功率合成系統(tǒng)相遇時(shí)的距離須相等，以確保信號(hào)通過(guò)不同路徑到達(dá)相會(huì)點(diǎn)的延時(shí)盡量相等，從而使參與合成的每個(gè)信號(hào)相位趨于相同，否則會(huì)嚴(yán)重降低功率合成系統(tǒng)的效率。

PowerMax固態(tài)高功放系統(tǒng)采用每2個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管放大模塊合成較大功率之后，再由這2個(gè)較大功率合成一個(gè)更大功率信號(hào)的方案。功率合成路徑，如圖1所示。

圖1 PowerMax固態(tài)高功放系統(tǒng)功率合成路徑

在1個(gè)功率合成過(guò)程中，必然會(huì)造成總的輸出功率與單模塊功率之和相比有所損耗，本文的固態(tài)高功放系統(tǒng)最大輸出功率為58.7dBm（930W），即損耗了70W。

1.3 供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)由8個(gè)供電模塊組成，其中每2個(gè)模塊分為一組，分別對(duì)應(yīng)4個(gè)射頻放大模塊，同組中的2個(gè)供電模塊是以1∶1冗余配備的，防止由于一個(gè)供電模塊故障導(dǎo)致相應(yīng)的射頻放大模塊停止工作，供電模塊也內(nèi)置了監(jiān)控電路。

供電系統(tǒng)的作用是將外部接入的電壓為180V～264V的交流電轉(zhuǎn)換為射頻放大電路所需的12V直流電。對(duì)應(yīng)于每一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管放大模塊，處于常態(tài)時(shí)有1個(gè)主用電源模塊在線工作，另1個(gè)協(xié)同電源模塊處于備用狀態(tài)，一旦主用電源模塊出現(xiàn)故障，協(xié)同電源模塊會(huì)立即轉(zhuǎn)為主用狀態(tài)。為了在任何一個(gè)供電模塊出現(xiàn)故障后在最短時(shí)間內(nèi)將其用備品替換的要求，供電模塊都具有同樣的設(shè)備參數(shù)和接口，且可以熱插拔。另外，供電模塊內(nèi)也都集成有散熱風(fēng)扇。

2 PowerMax固態(tài)高功放系統(tǒng)的日常維護(hù)

2.1 PowerMax固態(tài)高功放系統(tǒng)的告警及處理

PowerMax固態(tài)高功放系統(tǒng)模塊化和智能化的特點(diǎn)，使得其使用維護(hù)相對(duì)簡(jiǎn)單，平時(shí)應(yīng)注意觀察計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控告警圖形或設(shè)備前面板上的故障告警指示燈，以全面掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，在出現(xiàn)故障告警時(shí)及時(shí)進(jìn)行維護(hù)。

PowerMax固態(tài)高功放前面板上有5個(gè)故障告警LED燈，分別是有故障告警燈（SUMMARY）、電壓告警燈（VOLTAGE）、溫度告警燈（TEMP）、電流告警燈（CURRENT）和供電故障告警燈（POWER SUPPLY），如圖2所示。

圖2 前面板故障告警LED燈

2.1.1有故障告警燈

其余4個(gè)故障告警燈中任意1個(gè)點(diǎn)亮的同時(shí)，有故障告警燈點(diǎn)亮，操作按具體告警項(xiàng)目進(jìn)行。

2.1.2電壓告警燈

若電壓告警燈點(diǎn)亮，則通過(guò)設(shè)備前面板上的顯示屏打開系統(tǒng)信息菜單，查看具體是哪個(gè)供電模塊出現(xiàn)問(wèn)題，再將有故障供電模塊更換。

2.1.3溫度告警燈

溫度告警燈點(diǎn)亮，需要確定是環(huán)境溫度過(guò)高導(dǎo)致告警，還是設(shè)備內(nèi)部散熱風(fēng)扇出現(xiàn)故障。風(fēng)扇對(duì)應(yīng)的電源模塊故障也會(huì)導(dǎo)致風(fēng)扇工作異常，確定原因后更換相應(yīng)模塊。

2.1.4電流告警燈

電流告警燈點(diǎn)亮?xí)r，需通過(guò)前面板上的顯示屏查看系統(tǒng)信息里電流數(shù)據(jù)，在靜音狀態(tài)下電流應(yīng)在0～5A之間。電流異常反映了有設(shè)備出現(xiàn)故障，需繼續(xù)排查故障環(huán)節(jié)。

2.1.5供電故障告警燈

供電故障出現(xiàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過(guò)前面板顯示屏“系統(tǒng)數(shù)據(jù)”菜單仔細(xì)查看電源的各參數(shù)及其變化情況，有時(shí)需要將場(chǎng)效應(yīng)管放大模塊降高壓后再觀察，有可能場(chǎng)效應(yīng)管放大模塊降高壓后供電故障告警就停止了，否則就要考慮更換供電模塊。

2.2 PowerMax固態(tài)高功放系統(tǒng)檢修時(shí)的注意事項(xiàng)

（1）設(shè)備內(nèi)電壓雖低但電流很大，一旦觸電后果嚴(yán)重，檢修需由專業(yè)人士謹(jǐn)慎操作，在打開底蓋檢修之前應(yīng)先與生產(chǎn)廠家溝通。

（2）設(shè)備檢修避免單人操作，應(yīng)有另一個(gè)人在現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)真監(jiān)督，防止操作失誤。

（3）檢修設(shè)備前要摘掉隨身佩戴的金屬物品、首飾，以免人為造成設(shè)備短路及其他故障。

（4）設(shè)備機(jī)柜內(nèi)存在強(qiáng)電磁輻射，必要時(shí)應(yīng)著防護(hù)服進(jìn)行檢修。

（5）檢修前操作人員必須進(jìn)行防靜電處理，否則可能造成設(shè)備故障。

[1]馮秋萍.模塊化大功率固態(tài)高功放的工作原理及維護(hù)[J].衛(wèi)星電視與寬帶多媒體.2007（06）.

審稿人：徐振媛 內(nèi)蒙古廣播電影電視科研所正高級(jí)工程師

責(zé)任編輯：王學(xué)敏

G206.2

A

2096-0751（2016）11-0027-03

尚 磊 內(nèi)蒙古新聞出版廣電局501臺(tái) 助理工程師姚春暉 內(nèi)蒙古新聞出版廣電局501臺(tái) 助理工程師