PowerMax固态高功放系统简介及维护

尚 磊姚春晖

1.2.内蒙古新闻出版广电局501台 内蒙古 呼和浩特市 010070

PowerMax固态高功放系统简介及维护

尚 磊1姚春晖2

1.2.内蒙古新闻出版广电局501台 内蒙古 呼和浩特市 010070

高功率放大器是卫星地球站上行系统中的信号发射设备，要求其具备较高的工作效率和稳定性。本文就PowerMax固态高功放系统的结构、特点进行简单介绍，阐释了系统的工作原理和设备的日常维护。

固态高功放 射频放大 功率合成 维护

高功率放大器（HPA）简称高功放，是无线通信业发展所需的重要电气设备，是信号发射链路的重要环节，直接关系到信号发射系统的工作效率和稳定性。依据工作原理，高功放系统可概括为三大类：行波管高功放、速调管高功放和场效应管高功放。其中，场效应管高功放（SSPA）也就是常说的固态高功放。固态高功放因良好的频带适应性、工作稳定性、使用维护便捷性、节能高效、固态化和模块化的特点，在现实应用中更具优势，逐渐在电子通信领域被广泛使用。

内蒙古广播电视卫星地球站（以下简称内蒙古地球站）原配备1∶1冗余备份的两台速调管高功放，但近年来随着设备的逐渐老化，可靠性有所降低。为更好的保障播出安全，2016年引进美国Power Max公司设计和生产的固态高功放设备一部，作为离线备份设备。

1 PowerMax固态高功放系统简介

PowerMax固态高功放系统工作的基础元件是场效应管放大模块，系统所采用的单个场效应管模块只能输出最大250W的放大信号。考虑到内蒙古地球站的实际需要，PowerMax公司设计了一部4模块系统，即本文所述固态高功放系统总输出功率由4个场效应管模块的输出功率合成。

PowerMax固态高功放系统共包含三部分，即射频放大系统、功率合成系统和供电系统。射频放大系统包括4个场效应管放大模块，它们的结构和特性完全相同。功率合成系统比较简单，由一些连接线和接头组成。供电系统是为射频放大系统及其他一些用电元件供电的部分，是整个系统正常工作的基础，因而也采用1∶1冗余备份方式加强稳定性。

1.1 射频放大系统

射频放大系统由场效应管放大模块组成，而场效应管放大模块的“心脏”就是场效应管放大器。Power Max固态高功放设备采用了基于砷化镓（GaAs）材料的场效应管放大器。砷化镓场效应管放大器是当前市场应用的主流元件，具有线性好，节约能源的优点。为了进一步优化场效应管放大器的线性特征，模块内部还增加了线性器电路。

每个场效应管放大模块可以发射的功率最大为250W，都是按统一标准生产而成，模块之间既具有相对独立性，又可在特殊情况下互相替换，同时支持热插拔，最大限度保障运行安全和维护便捷。理论上，在设备仅输出小于或等于250W的信号时，只有1个场效应管放大模块处于主用状态，其它3个放大模块处于静音模式，通电但未加高压。如果主用场效应管放大模块出现故障，就会立即由另一放大模块顶替它，转做主用模块。由于内蒙古地球站日常发射功率约为200W，只要一个场效应管放大模块工作就可满足需要，实际上整个设备可视作1∶3冗余备份的高功放系统，进一步提升了设备运行的稳定性。为了提高系统整体的稳定性，解决常见的风扇故障导致系统整体瘫痪的问题，单个场效应管放大模块都集成了散热风扇。

1.2 功率合成系统

内蒙古地球站的固态高功放设备日常使用有1个场效应管放大模块工作就可满足需求，但设备还必须具有发射250W以上功率的能力，这是遭遇恶劣天气或受到干扰等紧急情形所需要的。Power Max固态高功放实现大功率输出是利用同相位信号合成原理，将4个场效应管放大模块的输出功率合成整个高功放系统输出的更大功率。不同模块产生的信号在功率合成系统相遇时的距离须相等，以确保信号通过不同路径到达相会点的延时尽量相等，从而使参与合成的每个信号相位趋于相同，否则会严重降低功率合成系统的效率。

PowerMax固态高功放系统采用每2个场效应管放大模块合成较大功率之后，再由这2个较大功率合成一个更大功率信号的方案。功率合成路径，如图1所示。

图1 PowerMax固态高功放系统功率合成路径

在1个功率合成过程中，必然会造成总的输出功率与单模块功率之和相比有所损耗，本文的固态高功放系统最大输出功率为58.7dBm（930W），即损耗了70W。

1.3 供电系统

供电系统由8个供电模块组成，其中每2个模块分为一组，分别对应4个射频放大模块，同组中的2个供电模块是以1∶1冗余配备的，防止由于一个供电模块故障导致相应的射频放大模块停止工作，供电模块也内置了监控电路。

供电系统的作用是将外部接入的电压为180V～264V的交流电转换为射频放大电路所需的12V直流电。对应于每一个场效应管放大模块，处于常态时有1个主用电源模块在线工作，另1个协同电源模块处于备用状态，一旦主用电源模块出现故障，协同电源模块会立即转为主用状态。为了在任何一个供电模块出现故障后在最短时间内将其用备品替换的要求，供电模块都具有同样的设备参数和接口，且可以热插拔。另外，供电模块内也都集成有散热风扇。

2 PowerMax固态高功放系统的日常维护

2.1 PowerMax固态高功放系统的告警及处理

PowerMax固态高功放系统模块化和智能化的特点，使得其使用维护相对简单，平时应注意观察计算机远程监控告警图形或设备前面板上的故障告警指示灯，以全面掌握设备运行状态，在出现故障告警时及时进行维护。

PowerMax固态高功放前面板上有5个故障告警LED灯，分别是有故障告警灯（SUMMARY）、电压告警灯（VOLTAGE）、温度告警灯（TEMP）、电流告警灯（CURRENT）和供电故障告警灯（POWER SUPPLY），如图2所示。

图2 前面板故障告警LED灯

2.1.1有故障告警灯

其余4个故障告警灯中任意1个点亮的同时，有故障告警灯点亮，操作按具体告警项目进行。

2.1.2电压告警灯

若电压告警灯点亮，则通过设备前面板上的显示屏打开系统信息菜单，查看具体是哪个供电模块出现问题，再将有故障供电模块更换。

2.1.3温度告警灯

温度告警灯点亮，需要确定是环境温度过高导致告警，还是设备内部散热风扇出现故障。风扇对应的电源模块故障也会导致风扇工作异常，确定原因后更换相应模块。

2.1.4电流告警灯

电流告警灯点亮时，需通过前面板上的显示屏查看系统信息里电流数据，在静音状态下电流应在0～5A之间。电流异常反映了有设备出现故障，需继续排查故障环节。

2.1.5供电故障告警灯

供电故障出现时，应当通过前面板显示屏“系统数据”菜单仔细查看电源的各参数及其变化情况，有时需要将场效应管放大模块降高压后再观察，有可能场效应管放大模块降高压后供电故障告警就停止了，否则就要考虑更换供电模块。

2.2 PowerMax固态高功放系统检修时的注意事项

（1）设备内电压虽低但电流很大，一旦触电后果严重，检修需由专业人士谨慎操作，在打开底盖检修之前应先与生产厂家沟通。

（2）设备检修避免单人操作，应有另一个人在现场认真监督，防止操作失误。

（3）检修设备前要摘掉随身佩戴的金属物品、首饰，以免人为造成设备短路及其他故障。

（4）设备机柜内存在强电磁辐射，必要时应着防护服进行检修。

（5）检修前操作人员必须进行防静电处理，否则可能造成设备故障。

[1]冯秋萍.模块化大功率固态高功放的工作原理及维护[J].卫星电视与宽带多媒体.2007（06）.

审稿人：徐振媛 内蒙古广播电影电视科研所正高级工程师

责任编辑：王学敏

G206.2

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2096-0751（2016）11-0027-03

尚 磊 内蒙古新闻出版广电局501台 助理工程师姚春晖 内蒙古新闻出版广电局501台 助理工程师