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微波固态高功放在FY-2E气候卫星中的规划及相关技能介绍

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  • 发布日期:2012-03-18 17:49
  • 有效期至:长时刻有效
  • 技能区域:广东湛江市
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具体阐明

导言

  微波固态高功放与电真空功率器材比较具有体积小、作业电压低、频带宽、线性度好、可靠性高、寿命长、结构简略和维护便利等长处遭到许多范畴的喜爱,在世界通讯、微波通讯、雷达电子对抗、遥测遥控等电子体系中有着广泛的运用,以完结对弱小信号的扩大。为使其在实践运用中具有更高的功率,更好的功能和更低的毛病率,本文以其在FY-2E气候卫星中的运用为例,研讨了其规划和关键技能,结合实践中的运用,最终提出了几条具有针对性和有效性的维护办法。

  单级扩大电路的规划思路

  一般微波功率晶体管扩大器的规划首要包含:依据要求的功能指标,进行作业状况确认、输入输出匹配电路规划和偏置电路规划及热规划等。图1示出一个典型的共基极晶体管扩大器电路。

  FY-2E的功率扩大器选用C类作业,饱满输出。一般来说,扩大器作业在饱满或挨近饱满状况时功率最高。但因为作业在非线性状况下,确认作业点时,除考虑功率外还应顾及非线性失真的要求。在此处输入输出匹配电路[1-3]首要是让负载阻抗与源阻抗相匹配,削减功率反射损耗,增大传输功率、削减噪声搅扰、进步频率响应的线性度。规划思路有以下两种挑选:1.选用解析法求出电路元件的值。该办法可得到十分精确地成果,适用于核算机仿真;2.运用Smith原图作为图解规划东西。该办法核算量相对少,愈加直观,简单验证。偏置电路的作用是供给恰当的静态作业点,幷按捺晶体参数的离散性以及温度改变的影响然后坚持安稳的作业特性,一般无源偏置网络简单完结,但不如有源偏置网络灵敏。其规划考虑包含功率、噪声、对振动的按捺、独立的电源供电、射频扼流和阻抗匹配。

  FY-2E中固态功放的规划及关键技能

  固态功放功能指标首要有:作业带宽、增益、增益平整度、安稳性、三阶交调、输入输出电压驻波比(VSWR)等。单级扩大器因为作业状况、线性度、工艺等的约束难以满意规划要求,实践运用中一般选用多管并联的办法来组成功率。FY-2E气候卫星地上运用体系中的固态功放是选用4管并联的组成办法(见图2)。

  该体系首要由驱动扩大器、功率扩大器和四路径向波导功率组成器组成。驱动扩大器选用1:1热备份方式作业,一旦其间一管子呈现问题,能主动切换到另一备份扩大器上作业,保证作业的正常进行。驱动扩大器经过分路器等分红4路别离推进功放管模块作业,最终由四路径向波导功率组成器组成输出,环形器的作用是避免驻波反常时,反射功率过大而损坏功放管。晶体管损坏对功放组件输出的影响 因为FY-2E体系一年365天,均匀每天至少完结28张云图,汛期加密观测时到达48张云图的高作业量。因而,功放体系的安稳可靠性就显得尤为重要。若作业中的晶体管有所损坏,然后使组件增益下降。令其增益改变为W,晶体管数目在此处是4,假定4个晶体管的输出场强等幅相加[4],这样组成器总输出信号的场强为2E,输出信号的功率为。当4路中有n路晶体管损坏时,组成器输出地信号场强为 ,功率为,则增益为。可核算得:当n=1时,增益下降2.5dB;当 n=2时,增益下降6dB;当n=3时,增益下降12dB。体系作业时的总增益咱们要求是60dB,由此可见,固态功放管的安稳性是可观的。

 

  功放组件中晶体管的阻抗匹配

  脉冲作业时,作业在C类状况的晶体管扩大器,要阅历截止区、线性区和饱满区,其输入输出阻抗是动态改变的,但组成器、传输线的特性阻抗一般都是固定的。因而,要取得杰出的阻抗匹配,有必要将晶体管的输入输出阻抗在作业频段内进行改换。后端的环形器能将功放组件和天线馈部分阻隔,在此,功放管的输出阻抗只需与径向波导组成器输入阻抗匹配即可。常用的晶体管功率扩大器匹配网络的规划办法首要有动态阻抗法、大信号S参数法和负载牵引法。

  功放组件的散热规划

  从理论上剖析,影响固态功放组件安稳性的要素首要有温度和作业频段[5]。当作业波长和微波电路的馈电线尺度能够比较时,很简单引起信号反应,在扩大器作业频段发生自激振动,而且电源馈电线路中电容、电感也易引起低频信号反应。因为FY-2E气候卫星作业在S波段,作业波长相对较长,频率安稳性相对较好。而其每天高强度的作业量,即会发生高热量,导致晶体管温度急剧升高。因而,为保证固态功率扩大器作业安稳,有必要对功放管进行热规划,以保证扩大器处于安稳作业的温度规模。现在,功放组件散热作业首要是,将晶体管管芯发生的热量传给晶体管的法兰,再传给散热器,经过风冷体系,发生必定的风压,使周围空气从散热器上带走热量。

  固态高功放在FY-2E中的运用

  FY-2E气候卫星运用体系地上指令与数据接纳站(简称CDAS),首要由天线、信道、图画、遥测遥控、测距等分体系组成。信道分体系是其间重要组成部分之一,首要使命是接纳卫星原始云图、展宽云图、遥测、三点测距等信号,并发射展宽云图、遥控指令、三点测距等信号。固态功放组件是信道体系的咽喉,它一般也是体系中体积最大、耗电量最多,发热密度最大的设备,因为其作业频段较高(我国气候卫星FY-2系列在S波段),对与前后传输网络是否匹配杰出要求高,所以其作业特性将直接影响整个CDAS体系的功能指标。

  运转进程的毛病及解决办法

  2009年12月发现所收到的一张卫星云图,如图3所示,呈现很多麻点和丢线,误码率为10-3个数量级(正常状况下为≤10-6),而接纳的遥测信号AGC电平、给卫星发送的遥控指令、DPL的SSD盯梢均无误,由此可定位为信道部分必有强搅扰。再检查信道部分设备的运转状况,发现问题在固态功放,其输出功率为47dBm,反射功率到达43dBm, 依据公式:反射系数 ,驻波,能够核算出驻波比为4.4,现已大大超过了正常值1.3。关于如此大驻波比发生的原因,进行了研讨与排查,发现最近气候剧变,温度下降、大雪纷飞、空气湿度大,而充气机发起次数较多,且枯燥剂变红失效,判定是波导体系漏气,机房的湿空气不能得到很好地枯燥,直接充到天馈线中,而馈线在外遇冷凝结成冰块,致使传输网络阻抗失配,驻波比超支,给接纳信号带来强搅扰。针对此状况,咱们协作设备厂家,对波导内湿空气进行了悉数整理、在波导接口处加了密封垫。在处理完后,输出功率为46dBm,反射功率为28dBm,驻波比值正常,接纳到的正常云图如图4所示。

提出的维护办法

  固态功放是对驻波比极为灵敏的微波器材,驻波太大会使其作业频段变小、给接纳部分带来强搅扰并使其饱满,更有甚者烧坏发射机。为防患于未然,笔者将理论研讨和自己的作业实践相结合,特提出以下几大要点监管办法。

  固态功放驻波的好与坏,是取决于其与后端馈线网络是否匹配杰出形成的。因为馈线大部分长时刻作业在室外,很简单受环境温度、湿度的改变、及劲风气候磕碰而生锈、变形致使反射损耗变大。为此,要保证馈线上铁塔时不能有磕碰,且固定要结实尽量不要接受过多硬力、固定距离不要太大;且在环境温度、湿度剧变的状况下,加强监督并采纳维护办法;要定时检查充气机内枯燥剂,避免其变红失效。

  将功放后馈线网络体系归入监控办理规模,设置监测点,因为馈线充气机一般有遥信接口,可将充气气压、充气次数、充气时刻距离等参量的改变状况进行收集传送到网络监测体系,即可实时监督。

  FY-2E地上运用体系固态功放组件首要由输入/输出组件、功放模块、大电流的电源组件、风冷体系及功放的监督、操控和维护电路几部分组成。可对射频信号输入输出功率取样检测、反射功率取样检测。射频微波管对作业条件要求高,因而有必要对环境温度、各功放模块温度、电源电压、输入功率、输出功率、反射功率等参数进行实时监督并施行快速维护。别的,功放作业时功率大、发生热量多,要定时对风冷体系进行巡检,保证体系通风冷却正常。

  结语

  本文经过对固态功放规划思路、关键技能和运用实例的讨论,研讨了晶体管损坏对功放组件输出的影响、功放组件中晶体管的阻抗匹配、功放组件的散热规划,结合在实践作业的运用状况,最终提出了几条具有针对性和有效性的维护办法,能够进步固态功放在实践事务中的安稳性、可靠性和高效性。

 
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