科技时代新浪首页 > 科技时代 > 通讯与电讯 > 正文

卫星与网络:地球站天馈线系统的播出维护


http://www.sina.com.cn 2006年12月19日 16:28 《卫星与网络》杂志

    广播电视卫星传输(连载五)

  5.1 机械维护

  (1)为防止因生锈造成反射功率过大及其它性能下降,天馈线系统波导内部必需保持干燥,因此应随时检查充气机内的硅胶干燥剂,发现其变红应及时更换;

  (2)天馈线系统最薄弱的环节是馈源膜,馈源膜一旦破损或密封不好不仅直接影响天馈线系统的保压性能,而且一旦有雨水进入馈源,造成的损失是重大的,因此应保证在充气机开启时最多每隔几小时就能巡视一次充气机的工作状态,或通过网管系统自动实时监测充气机状态。这样做一方面可以及时发现天馈线系统的异常漏气,对及时定位故障、排除故障非常有益,另一方面可以防止因馈线系统严重漏气使充气机长时间工作不停、烧毁气泵的现象;

  (3)暴露在外易受雨水侵蚀的线缆、接头及其它有关器件,如限位开关及其输入输出接线等,最好能保证每月巡检一次,以便及早发现问题,防止因线缆受损等导致天线工作异常;

  (4)应视气候条件,每半年左右用汽油清洗一次丝杠并更换

润滑油,此过程中如发现有铜末应检查螺母,需要时应及时更换,同时应紧固天线支撑有关螺丝,更换含油轴承润滑油;

  (5)如果条件许可,在天线半年检中最好使天线方位、俯仰在正常工作姿态正负一定角度内,如20度,大范围转动一次,检查天线的转动关节及丝杠是否受损;

  (6)此外维护人员还至少应熟悉上行天线室外控制单元中方位、俯仰、极化调整的马达驱动信号线及天线的手动调整方法,以备异常情况下及时恢复天线姿态,保证正常播出;

  (7)对于采用交流电机驱动的天线电源缺项极可能烧毁电机,因此上行天线室外驱动单元的供电接头及电缆应给予更多的重视;

  (8)需要给予特殊注意的是上行天线的姿态调整直接依赖于接收信标信号,因此对于信标接收链路应给予足够重视,并保证信标偏置及斜率稳定。

  5.2 电性能维护

  天馈线系统(不包括控制部分)一旦投入运行很难有机会进行其电气性能的测试维护,一般不需要,也不推荐做这方面的维护工作。如果上行站因特殊情况认为确有必要,可在播出允许且转发器所属卫星公司同意时,测试天馈线系统的旁瓣特性、驻波比、极化隔离度等指标。

  6 地球站辅助设施的维护

  6.1 配电系统

  良好的供电系统是地球站不间断、安全工作的基础,因此地球站应投入较大精力保证供电系统的安全可靠。

  6.1.1 供电设备维护

  对于单路外电或外电可靠性不高的地球站,

柴油发电机是一种比较有效的备用措施。发电机平时应设为自动启动状态,对于发电机的维护要注意以下几个问题。

  (1)因发电机的启动要通过启动机,所以一定要保证启动部分的正常、电瓶的电力充足。如果电瓶电力不足,将导致启动困难或无法启动;

  (2)发电机是以柴油为燃料,以压燃的方式工作的,要求柴油必须达到一定的温度,否则将造成启动困难,所以在北方寒冷的冬季,要有一定的柴油加热或保温措施;

  (3)应按具体厂家要求定期更换机油、柴油,对于非免维护启动电瓶还应定期更换电解液;

  (4)日常维护:应该随时注意检查发电机燃料、机油以及冷却水是否充足;启动后,还要注意水温应在80~85度之间,超过90度要引起注意。因为发电机在转速过高、水温过高的情况下,将会保护停机;

  (5)要定期带载或不带载启动发电机,检查发电机的状态,冬天更应加大柴油机的启动频率;

  (6)发电机启动后,要保证有良好的空气循环通道,保持良好的进气,从而保证燃烧比;

  (7)发电机启动后,发电机房应有专人值班,随时监看发电机状态,密切注意水温、转速、设备排烟情况及电源电压、频率等。正常运行时,发电机机油压力应为400~600KPa;

  (8)在对发电机进行日常清洁时,必须使其工作在手动状态,避免突然启动伤人;

  (9)发电机组平时一般为自启动状态,需手动启动或停机时,应严格按启动程序执行;

  (10)发电机房内严禁烟火,严禁堆放易燃、易爆等危险品及各种杂物,保持良好的工作环境,做好发电机组除尘清洁工作,严格按照发电机组维护周期进行定期维护,保证发电机组随时处于最佳的待机状态;

  UPS是每个地球站供电的核心,UPS的维护必须做到科学适宜,对于UPS所用蓄电池应严格保证其环境温度在25℃左右,因为此项指标直接影响到蓄电池的寿命。同时,定期检查并确保UPS冷却风机正常工作是UPS安全运行的基础。此外,还应每2个月左右定期对蓄电池定时充放电一次,每6个月左右对电池深度放电一次,以保持蓄电池的活性,并通过放电或电池自动检测辅助系统及时发现性能下降的电池,及时更换,保证整个系统的安全工作。

  6.1.2 供电系统维护

  对于所有低压配电开关、接线排及电缆应3个月全面检查一次,及时排除接头松动、电缆老化等问题,对于与正在播出的设备有关的部位应选择适当时机或做好充分备份手段后才可进行此项工作。

  如果外电长期未停,还应每3个月检查一次低压外电电源的自动倒换功能。

  6.2 空调新风系统维护

  空调和新风系统是设备安全运行的重要基础保障,应逐月维护,并视环境洁净情况调整过滤网清洁周期。

  6.2.1 新风机

  (1)检查新风机运行电流、电压(用钳形表测量并进行记录);

  (2)清洗或更换新风机亚高效过滤网;

  (3)清洗、保养新风外壳;

  (4)检查新风管道,各阀门开启(关闭),即执行情况。

  6.2.2空调

  (1)检查空调运行电流、电压(用钳形表测量并进行记录);

  (2)检查空调氟压,进行追加氟;

  (3)检查空调各元件及电源接线端子等是否有过热及打火现象;

  (4)清洗空调室外机冷凝器及外壳保养;

  (5)清洗空调室内机过滤网。

  6.3 保护接地系统

  良好的保护接地系统是地球站设备安全运行的基础。地球站的保护接地目前有两种方式:信号、防雷、电源共地;信号、防雷、电源分地。这两种方式在国内各行业均有使用,两种方案的优劣比较至今没有结论,但无论哪种方式均要求接地电阻不超过4Ω。地球站应保证每年至少测试一次系统接地电阻,同时检查系统各主要接地点的连接可靠情况。

  7 系统链路维护

  保证优质播出除了需要做以上分系统维护外,还应有一个良好的系统维护概念。上行站最重要的指标应是在不干扰别人的情况下保证最佳的节目传送质量,因此广播电视卫星上行站还应实时或至少每3个月左右测试一次卫星环路指标,保持卫星数字传输信道的调制特性、传输误码率、幅度频率特性等指标优良。有条件的上行站还应一年左右调测一次上行系统中频-射频幅频特性和群时延特性,保证系统幅度及群时延失真在正常范围内。

  第5节 地球站高功率放大器的选择及系统电平配置

  1 地球站高功率放大器的选择使用

  1.1 几种功放的基本工作原理

  高功率放大器是地球站上行系统中的关键设备,其性能的好坏对上行信号质量影响很大。在地球站上行设备中高功放设备造价昂贵,长期运行成本(包括耗电量、备品备件、维护量等)较高,故障率也高于小信号设备。如果高功放选择使用不当,不仅可能花掉更多的购置费用,而且将会给运行维护工作带来一系列的问题和不必要的开支。因此,高功放的正确选择使用是地球站建设和维护中需要认真考虑的重要问题。

  目前用于卫星上行的高功率放大器根据所使用的放大器件的不同划分为三大类:速调管高功放(KPA)、行波管高功放(TWTA)和固态高功放(SSPA)。这3种类型的高功放各具特色,使用要求也不尽相同,因此选用前首先要了解各类高功放的特点和适用范围,根据实际情况选择最为适用和经济的高功放设备。高功放设备的选择需要从性能、可靠性、价格、维护运行成本等各方面综合考虑,不要试图选择出最完美的高功放设备,可以说没有最好的高功放,只有最适用的高功放,适用性是高功放选择的基本准则。

  1.1.1 速调管和行波管高功率放大器

  速调管和行波管高功放基本结构相似,由固态中功率激励级、真空管功率放大级、高压电源、辅助控制电路等部分组成,两者均采用真空管作为功率放大器件,通过射频信号对电子流进行调制获得放大效应。目前地球站使用的速调管和行波管高功放都已采用了冷风散热方式,减少了故障率及维护量。

  速调管高功放的功率放大器件采用速调管,速调管放大是一项非常成熟的技术。速调管由灯丝、阴极、收集极、谐振腔等部分组成。灯丝加热阴极发射出的电子束在高压电场中被加速进入调谐在工作频率附近的谐振腔组中,由射频输入信号产生的交变电磁场对电子束进行速度调制,最终使电子束产生群聚现象,形成受控于输入射频信号的密度调制电子束,此密度调制电子束将在输出谐振腔中激发出射频电流,产生出放大的射频输出信号。电子束轰击收集极,剩余能量在收集极变成热量通过冷却装置散发。各谐振腔的调谐对速调管的增益、带宽性能至关重要,一般各腔体采用电感调整参差调谐方式,在满足一定带宽的条件下获得较大的功率增益。通常五腔速调管增益为45dB左右,C波段每通道带宽约45MHz,输出功率可达3.3kW,Ku波段每通道带宽约80MHz,输出功率可达2.5kW。

  基于速调管的上述特性,以速调管为核心放大器件的速调管高功放具有窄带大功率放大特点,一般某一高功放只对单一卫星转发器发射信号,如要改变上行频率则需倒换相应的预调通道或重新调谐五腔腔体螺钉。因此速调管高功放非常适合于窄带、大功率、固定业务,特别是广播电视直播业务的上行使用,是地面站抗恶意干扰的有效武器。

  行波管高功放功率放大器件为行波管(TWT)。行波管具有特殊设计的慢波系统,沿此慢波系统传输的输入射频电磁波减缓了其轴向运动的相位速度,与由加热阴极释放并被阳极电场加速的电子运动速度相近,射频行波与高密度电子束之间发生连续性的相互作用,形成与输入射频波形一致的电子簇。在管子输出端电子簇产生的高能电磁场感生出与输入射频信号具有一样变化规律的波形,此信号能量将大大高于输入射频信号,从而实现了功率放大作用。电子束剩余能量将在行进管子末端轰击收集极间壁转化为热量散失。

  由于行波管没有采用速调管的独立谐振腔结构,因此具有宽带功率放大特性,一般可覆盖C波段500MHz带宽,Ku波段800MHz带宽,增益约为40~60dB。行波管功率放大器可以实现几瓦至数千瓦的输出功率,适用范围很广,不仅运用于固定及移动卫星上行,而且还常常被用做卫星转发器的功率放大器使用。特别是在地球站高频、宽带、大功率应用领域,行波管功率放大器具有其它类型功放不可替代的优势。

  1.1.2 固态高功率放大器

  固态高功率放大技术在近几年发展很快,极具发展潜力。其功率放大器件采用砷化钾金属半导体场效应晶体管(GaAs FET)。与硅类晶体管相比,砷化钾场效应晶体管是一种压控器件,可以适用于较高工作频率,具有极长的使用寿命和较高的可靠性。目前由于工艺水平所限,砷化钾场效应晶体管还存在热传导性能不佳、击穿电压较低的缺点,限制了其在高频大功率放大领域的应用。固态功率放大器一般采用低压电源,通过由多个场效应晶体管级联组成的标准功率放大模块实现功率放大功能。为得到较高的输出功率,常常将多个功率模块通过波导功率合成器件组合并联输出,但随着并联模块数目的增加;特别是在高波段,组合损耗增大,结构更为复杂,冷却困难,体积增大,费用也急剧上升,因此并联功率模块的数目受到了一定的限制,额定输出功率还不能做得很大。目前固态功率放大器实用产品的额定输出功率C波段可达到1000W,Ku波段可达到100W。

  固态高功放具有宽带放大特性,适合中小功率的功率放大使用,特别是作为移动站和VSAT站的上行小功率放大带,固态高功放具有很强的

竞争力

  1.2 地球站高功率放大器的选择

  1.2.1 几个概念

  (1)饱和输出功率(PS):在高功率放大器输出功率与输入功率的传递特性曲线上,输入功率增加而输出功率不再增加时对应的输出功率,即在曲线平直部分的输出功率称为饱和输出功率。如图1中A点。高功放的饱和输出功率就是高功放的最大输出功率。

  (2)ldB压缩点:在高功率放大器输出功率与输入功率的传递特性曲线上,当高功放实际输出功率电平比假定此时高功放仍为线性时下降ldB的输入功率电平称为ldB压缩点,对应图2中高功率放大器输出功率与输入功率的传递特性曲线上的B点。

  (3)三阶交调截止点(IP3):当高功放输出三阶互调产物的功率电平与两等幅测试载波总输出功率电平相等时,即图1中互调功率线与线性增益线的交汇点C,C点对应的高功放输出功率称为三阶交截点输出功率(OIP3)。从图中可以看出,高功放未达到三阶交截点时就已经进入了饱和区,输出功率不再增长,实际上高功放最大输出功率也达不到OIP3功率,因此OIP3不能够通过直接测试得到,但可根据高功放在线性区工作时的互调失真电平变化曲线通过计算得到。

  1.2.2 选择的依据

  在地球站的许多应用场合,两种甚至3种类型的高功放都可以满足同样的上行使用要求,此时在选择使用何种高功放时,往往难以取舍,不知从何下手。实际上3种类型的高功放在正常工作情况下,主要指标并没有明显的差异,重要的是如何选择最适用的高功放设备。根据3种类型高功放的特点,在中小功率及宽带应用领域,主要在行波管高功放和固态高功放之间进行选择;在大功率及高频应用领域,则主要在速调管高功放和行波管高功放之间进行选择。因此以下主要针对行波管和固态高功放、行波管和速调管高功放在使用上的不同特点分别加以对比,从以下几个方面进行选择考虑。

  1.2.2.1 额定输出功率

  根据实际使用情况确定选择多大输出功率的高功放。确定高功放输出功率首先要进行上行系统链路计算,链路计算要根据上行系统实际配置情况、业务量、卫星参数及可能使用不同卫星的情况综合考虑,并应留有一定功率余量,对于Ku波段则应充分考虑上行雨衰的功率储备量。其次要确定可能上行的业务是采用单载波还是多载波工作方式,若采用单载波方式,则高功放可工作在近饱和点,此情况下高功放的最大输出功率可基本根据链路计算结果确定,若采用多载波工作方式则要进一步考虑为避免互调、保证高功放工作在线性区所需的功率回退量,此情况下高功放的最大输出功率要在链路计算得到的功率数值上加上功率回退作为所选高功放的最大输出功率。

  注意在高功放额定输出功率的标定上,固态高功放和行波管、速调管高功放的标称方法有所不同。

  通常固态高功放额定输出功率标定的是位于1dB压缩点的输出功率,而行波管、速调管高功放的额定输出功率标定的是饱和输出功率。从图2中可以看到固态高功放的传递特性曲线在ldB压缩点以上部分弯曲很大,在ldB压缩点以上ldB左右即达到饱和,而行波管或速调管高功放的传递特性曲线在ldB压缩点以上部分弯曲较为缓慢,在ldB压缩点以上3dB左右才达到饱和。ldB压缩点以下,3种类型的高功放的线性基本相同。

  在单载波工作时,由于高功放可以工作于近饱和点,因此固态和行波管高功放均可工作在所标称的额定输出功率点,即可选用同样的标称额定输出功率的固态或行波管高功放。

  多载波工作时,在保证相同的互调指标情况下,固态高功放输出功率只需从额定输出功率点(1dB压缩点)回退2~3dB,而行波管高功放输出功率则需从额定输出功率点(饱和点)回退6dB左右,比固态高功放的输出功率回退量多3dB左右。例如多载波工作时若实际所需最大输出功率为50W,可选用额定功率为100W的固态高功放或200W的行波管高功放。但如果在行波管高功放中增加线性器可以有效地补偿行波管在接近饱和点的增益下降和相位滞后,增大行波管高功放的线性范围,输出回退量可减少至3dB左右。此情况下保证相同的互调指标时,行波管高功放可与固态高功放选择相同的额定输出功率。

  当然,高功放输出波导口实际输出功率与标称额定功率往往会有微小的差异,同时管子、器件老化也会导致输出功率下降。因此在选定高功放的额定输出功率时一般还要再留出一定的功率余量。

  1.2.2.2 综合效率

  与一次性购置设备费用相比,从长期运行的角度考虑,高功放的耗电费用是相当一大笔开支,因此在满足使用要求的情况下选用效率高、耗电量小的高功放设备也是购置设备时需要认真考虑的问题。

  高功放的效率可以有多种定义标准,我们在选择高功放时要根据实际需要选择同一标准进行比较。

  高功放效率的一种简单定义是高功放三阶互调截止点输出功率与整机总耗电功率的比值。一般来说,三阶截止点相同的高功放具有相同的线性,因此此定义可以衡量相同线性的高功放总体效率的高低,但高功放实际运行中可能并非工作在线性范围内,因此不能做到与实际情况完全相符。由定义可得到行波管高功放的效率约为50%~60%,速调管高功放效率约为80%~90%.固态高功放效率约为25%~30%。行波管高功放比固态高功放效率约高出l倍,可见,人们一般认为固态功放效率高于管子功放是不符合地球站高功放设备目前的实际情况的。

  衡量高功放效率的一种更实际的定义是实际工作可输出的最大功率与整机总耗电功率的比值。实际工作可输出的最大功率分为两种情况:单载波工作情况和多载波工作情况。

  从图2中可以看出具有相同线性的行波管和固态高功放相比,固态高功放的饱和输出功率要比行波管高功放饱和输出功率低3dB左右。在单载波工作情况下,由于高功放可工作在近饱和点输出,因此行波管高功放可输出更大的功率,此时C、Ku波段行波管高功放效率(约25%)高于固态高功放效率(约15%),速调管高功放则具有更高的效率,约40%。

  多载波工作情况下,高功放工作在线性区,需要一定的功率回退。因在相同的线性要求下,

  行波管高功放输出功率要比固态高功放多回退3dB。故此情况下,C、Ku波段行波管高功放效率与固态高功放效率基本相当(约5%)。

  随着高功放额定输出功率的增大,固态高功放的功率合成损耗将大大增加,行波管高功放的效率将明显高于固态高功放的效率。一般来讲,在相同的互调指标要求下,OIP3高于56dBm,(400W)行波管高功放将比固态高功放更省电;OIP3低于56dBm,两者电力消耗相当。另外,随着功率增加,固态高功放由于功率合成系统更为复杂,对散热系统要求更高,高功放体积和重量大增,给使用造成了不便,特别对移动上行站的应用极为不利。从下面CPI公司生产的基本上具有相同线性指标的两种型号高功放的实际对比中可以看到这种情况。

  因此无论从效率和体积、重量上来考虑,目前情况下大功率应用时还是选择以管子为放大器件的高功放设备为宜。根据CPI公司的分析数据,综合考虑,C波段机架安装高功放OIP3<57dBm或天线后部安装高功放OIP3<56dBm,Ku波段机架安装高功放OIP3<50dBm或天线后部安装高功放OIP3<46dBm时,选择SSPA效益较好,高出上述功率限定选择管子类型的高功放将更为适宜。

  在高频、大功率应用,目前只能选用行波管或速调管高功放,特别是在Ka波段固态高功放由于功率问题目前还难以达到实际应用水平。行波管或速调管高功放也要根据不同应用场合加以适当选择。如果是固定业务窄带高功率放大还是选择速调管高功放为宜,相对而言,同等功率级别的速调管高功放的效率更高,三阶互调指标更好,在不需要额定功率输出时速调管高功放还可使用电源节省装置大大减小整机功耗。当然需要宽带多业务同时上行的高功率使用还是要选择行波管高功放。下表是CPI同功率级别的速调管高功放和行波管高功放的部分性能对比,可以看出在窄带应用时速调管高功放在综合效率上还是具有一定优势的。

发表评论 _COUNT_条

爱问(iAsk.com)



评论】【论坛】【收藏此页】【 】【多种方式看新闻】【下载点点通】【打印】【关闭




科技时代意见反馈留言板 电话:010-82628888-5595   欢迎批评指正

新浪简介 | About Sina | 广告服务 | 联系我们 | 招聘信息 | 网站律师 | SINA English | 会员注册 | 产品答疑

Copyright © 1996 - 2006 SINA Inc. All Rights Reserved

新浪公司 版权所有