GEN Ⅳ 型速調(diào)管高功放的維護(hù)及故障案例

國家廣電總局北京地球站 張金虎

一、引言

近年來，我國的衛(wèi)星廣播電視事業(yè)得到了飛速發(fā)展，直播衛(wèi)星發(fā)射上天，高清電視節(jié)目的不斷增加，3D電視試驗(yàn)節(jié)目的播出，戶戶通穩(wěn)步推進(jìn)，都彰顯著我國廣播電視行業(yè)的發(fā)展的腳步。目前，我國境內(nèi)廣電系統(tǒng)共有衛(wèi)星地球站36個(gè)，播出近千套廣播與電視節(jié)目。

衛(wèi)星地球站作為衛(wèi)星廣播電視的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，對衛(wèi)星廣播電視的安全播出起到至關(guān)重要的作用，而高功放設(shè)備是地球站上行系統(tǒng)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，由于我國的安全播出的特殊要求，上行站多采用了大功率的速調(diào)管高功放，做好速調(diào)管高功放系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)工作，也是地球站運(yùn)行維護(hù)工作的重要部分。

二、GENⅣ型速調(diào)管高功放的原理

GENⅣ型高功放（見題圖）從結(jié)構(gòu)上可以分為射頻機(jī)柜和電源機(jī)柜。射頻機(jī)柜主要包括輸入輸出組件中功放、速調(diào)管、邏輯控制部分和通道倒換部件（可選）。速調(diào)管工作原理如圖1所示（以Ku波段為例）。

圖1 速調(diào)管工作原理圖

-20dBm～-15dBm，14.0～14.5GHz的射頻信號從機(jī)柜上的隔離器輸入到集成固態(tài)中功放IPA。IPA中的FET放大器對信號進(jìn)行初級放大，同時(shí)RF信號還要經(jīng)過一個(gè)數(shù)字壓控PIN二極管衰減器，該管可以控制調(diào)節(jié)IPA的輸出功率，調(diào)節(jié)范圍是20dB，它還可以實(shí)現(xiàn)射頻禁止功能。IPA的輸出信號經(jīng)過一個(gè)匹配隔離器進(jìn)入速調(diào)管，在速調(diào)管中信號會(huì)被放大40dB，然后進(jìn)入射頻輸出組件。射頻輸出組件把信號輸出，信號通過波導(dǎo)送至天線發(fā)射到衛(wèi)星上。

三、GIV型高功放的維護(hù)

1. 維護(hù)原則

高功放設(shè)備是上行系統(tǒng)中的重要設(shè)備，做好高功放的維護(hù)工作，必須遵循以下幾點(diǎn)基本原則：

⊙ 保證設(shè)備的工作溫度在25±2℃，濕度在30% ～65%，否則長期運(yùn)行會(huì)大大減少設(shè)備的使用壽命，降低技術(shù)指標(biāo)，增加設(shè)備故障率。

⊙ 保證機(jī)房內(nèi)的清潔度。機(jī)房的清潔度是直接影響設(shè)備故障率和設(shè)備維護(hù)工作量大小的因素。

⊙ 保證機(jī)房的通風(fēng)環(huán)境，有條件的可以采用內(nèi)循環(huán)方式。通風(fēng)不暢直接影響設(shè)備的運(yùn)行安全。

⊙ 針對不同環(huán)境制定相應(yīng)的維護(hù)周期和巡視間隔，適當(dāng)?shù)难惨暀z查和良好的維護(hù)可以及時(shí)消除設(shè)備隱患。

2. 維護(hù)的基本任務(wù)

（1）保證高功放正常工作。保證高功放的機(jī)械性能、電氣性能的技術(shù)指標(biāo)實(shí)時(shí)滿足要求；合理配置系統(tǒng)，延長設(shè)備的使用壽命，發(fā)揮設(shè)備的最大效能；及時(shí)準(zhǔn)確排除故障隱患，避免造成設(shè)備的損壞，減少設(shè)備故障損失。

（2）高功放的日常維護(hù)工作。定期巡視、記錄高功放的運(yùn)行參數(shù)；檢查高功放的風(fēng)扇，風(fēng)機(jī)運(yùn)行情況；檢查高功放的線纜、波導(dǎo)連接情況；大功率輸出時(shí)檢查波導(dǎo)的發(fā)熱情況。

3. 維護(hù)周期及內(nèi)容

維護(hù)周期及內(nèi)容見表1。

表1 維護(hù)周期及內(nèi)容

4. 常用維護(hù)工作事項(xiàng)及操作

（1）運(yùn)行參數(shù)值的巡查記錄

高功放各運(yùn)行參數(shù)的巡查記錄主要是對高功放運(yùn)行情況的巡視檢查，對高功放的運(yùn)行參數(shù)的微小變化進(jìn)行關(guān)注，加以分析，防患于未然。它是在高功放面板上進(jìn)行相應(yīng)菜單進(jìn)行操作，參數(shù)的統(tǒng)計(jì)也可以在網(wǎng)管系統(tǒng)中進(jìn)行，各單位可以根據(jù)自身情況制定本地巡視時(shí)間間隔和頻次。

（2）本地的檢查

① 正常運(yùn)行時(shí)的檢查

高功放開機(jī)情況下主要查看高功放的運(yùn)行環(huán)境，主要是溫濕度及潔凈度是否符合運(yùn)行要求，查看高功放的運(yùn)行參數(shù)是否正常，查看指示燈是否正常，查看散熱風(fēng)扇及風(fēng)機(jī)工作是否正常，查看空氣濾塵網(wǎng)是否清潔；高功放運(yùn)行環(huán)境不滿足設(shè)備運(yùn)行時(shí)，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整；空氣濾塵網(wǎng)每周進(jìn)行清潔一次，每兩周進(jìn)行清洗一次；風(fēng)扇及風(fēng)機(jī)運(yùn)行異常時(shí)及時(shí)進(jìn)行處理，散熱風(fēng)機(jī)建議40000小時(shí)進(jìn)行更換，也可以根據(jù)實(shí)際情況對風(fēng)機(jī)的軸承進(jìn)行更換。

② 停機(jī)時(shí)的檢查

⊙ 檢查各部件之間的連接是否正常，各部件的接頭是否有松動(dòng)或損壞情況，如果有損壞的立即進(jìn)行更換。

⊙ 檢查電源線是否有退變色、絕緣不良和損壞情況，如果有立即進(jìn)行處理或更換。

⊙ 檢查內(nèi)外部連接線纜有無破損或污垢現(xiàn)象，如果有立即進(jìn)行清理或更換。

⊙ 檢查波導(dǎo)連接情況，查看波導(dǎo)有無掉漆、變色、裂縫及密封不嚴(yán)的情況，如有立即進(jìn)行緊固或更換。

⊙ 檢查各部件有無破損，斷線及腐蝕情況并進(jìn)行處理。

（3）內(nèi)部清潔

內(nèi)部清潔主要是對射頻單元和電源單元進(jìn)行內(nèi)部除塵和內(nèi)部清潔，至少每半年進(jìn)行一次，有條件的可以每季度進(jìn)行一次。對功放內(nèi)部進(jìn)行清潔應(yīng)使用真空吸塵器、低壓吹風(fēng)機(jī)、軟毛刷和軟布條（必要時(shí)可用無水酒精或異丙醇），主要是對散熱風(fēng)扇、風(fēng)機(jī)、變壓器、感應(yīng)器、線圈、高壓組件、高壓連接器進(jìn)行清潔除塵。

（4）功能檢測

功能檢測主要包括LED燈檢測、波導(dǎo)電弧檢測和開機(jī)檢測。LED燈檢測和波導(dǎo)電弧檢測在系統(tǒng)菜單下進(jìn)行相應(yīng)操作，至少每季度進(jìn)行一次，有條件的可以每個(gè)月進(jìn)行一次。建議每季度進(jìn)行一次完整的初始化開機(jī)檢測程序。

（5）參數(shù)校準(zhǔn)

參數(shù)校準(zhǔn)主要是指對高功放的各運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)，必要時(shí)對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并做好調(diào)整前后的參數(shù)記錄。建議每半年必須對參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)一次，參數(shù)主要有輸出功率、燈絲電壓、燈絲電流、束電壓、束電流等。

（6）指標(biāo)測試

高功放指標(biāo)測試主要有功放飽和輸出功率、1dB壓縮點(diǎn)、增益、雜散和交調(diào)，具體測試方法不在這里累述。

（7）其他維護(hù)

⊙ 備用真空管上機(jī)熱運(yùn)行，至少每半年上機(jī)運(yùn)行24小時(shí)。

⊙ 帶DFTS（數(shù)字通道調(diào)諧系統(tǒng)）的高功放，每半年對DFTS數(shù)據(jù)進(jìn)行備份一次，每月對通道進(jìn)行到換一次，防止馬達(dá)抱死。

⊙ 每半年對風(fēng)壓檢測開關(guān)用無水酒精進(jìn)行清洗，并對告警時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，保證風(fēng)機(jī)停止工作時(shí)響應(yīng)時(shí)間在3～5秒，從而避免對管子造成損壞。

⊙ 每季度對高功放系統(tǒng)進(jìn)行一次切換測試，驗(yàn)證切換功能是否正常，有條件的可以每月進(jìn)行一次驗(yàn)證。

5. 注意事項(xiàng)

⊙ 禁止帶功率進(jìn)行維護(hù)操作。

⊙ 避免進(jìn)行頻繁開關(guān)機(jī)操作。

⊙ 關(guān)機(jī)落高壓時(shí)，必須等管子溫度降到接近室溫時(shí)再斷開冷卻風(fēng)機(jī)電源，避免對管子造成損壞，影響管子壽命。

⊙ 高功放故障掉高壓時(shí)，不要多次人工強(qiáng)行加高壓，防止沖擊電壓對管子造成影響。

⊙ 新管子上機(jī)運(yùn)行時(shí)，不要立即加全壓運(yùn)行，可以適當(dāng)調(diào)整束電源高壓，從低電壓逐步提升機(jī)正常工作的高壓值。

四、GIV型高功放的典型案例

案例一、風(fēng)壓檢測開關(guān)故障

故障現(xiàn)象：高功放運(yùn)行中出現(xiàn)低風(fēng)壓告警，功放掉高壓，功放自動(dòng)切換至備機(jī)。

處理過程：本地查看高功放散熱風(fēng)機(jī)工作正常，風(fēng)機(jī)控制器工作正常，判斷為風(fēng)壓檢測開關(guān)故障，將風(fēng)壓檢測開關(guān)短接后，功放可以加高壓正常運(yùn)行，對風(fēng)壓檢測開關(guān)進(jìn)行更換，并調(diào)整了告警門限，對更換下的風(fēng)壓檢測開關(guān)用無水酒精進(jìn)行清洗，晾干后備用。

故障分析：高功放在長期的運(yùn)行中，散熱風(fēng)機(jī)在工作過程中會(huì)將部分灰塵帶入風(fēng)壓檢測開關(guān)，導(dǎo)致風(fēng)壓檢測開關(guān)出現(xiàn)積塵，產(chǎn)生告警。

維護(hù)注意事項(xiàng)：保持高功放的良好運(yùn)行環(huán)境，定期對空氣濾塵網(wǎng)進(jìn)行清潔，至少每半年對散熱風(fēng)機(jī)和風(fēng)壓檢測開關(guān)進(jìn)行除塵處理。

案例二、中功放故障

故障現(xiàn)象：高功放運(yùn)行中上行載波大幅度降低，高功放無功率顯示。

處理過程：立即將節(jié)目切換至備用系統(tǒng)上行，對系統(tǒng)鏈路進(jìn)行檢查，測試調(diào)制器輸出電平正常，上變頻器輸出電平正常，高功放輸入電平正常，測試中功放輸出電平異常，對中功放進(jìn)行更換后，高功放輸出功率正常。

故障分析：高功放運(yùn)行中出現(xiàn)載波大幅度降低，故障應(yīng)出現(xiàn)在上行通路上，首先載波還在，說明速調(diào)管是好的，對調(diào)制器和上變頻器輸出進(jìn)行測量無異常后，故障點(diǎn)多數(shù)應(yīng)該在中功放上，對中功放輸出電平進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)電平比正常值降低20dB，確定為中功放故障。

維護(hù)注意事項(xiàng)：定期對高功放進(jìn)行維護(hù)，特別是中功放的供電單元的維護(hù)，加強(qiáng)巡視檢查，合理配置輸入電平，避免輸入信號過大。

案例三、DFTS故障1

故障現(xiàn)象：高功放切換測試中發(fā)現(xiàn)備用高功放上行載波后功率降低20多個(gè)分貝，且信號波形嚴(yán)重失真。

處理過程：測試高功放輸入電平正常，測試中功放輸出電平正常，對高功放通道進(jìn)行倒換后查看其他通道現(xiàn)象相同，對DFTS數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)后，高功放工作正常。

故障分析：帶DFTS系統(tǒng)的高功放在運(yùn)行中各調(diào)諧腔的機(jī)械調(diào)諧系統(tǒng)位置發(fā)生變化，導(dǎo)致通道倒換后，調(diào)諧系統(tǒng)未工作在正常位置。

維護(hù)注意事項(xiàng)：定期對高功放DFTS系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)檢查，定期進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。

案例四、DFTS故障2

故障現(xiàn)象：高功放切換測試時(shí)，主機(jī)切換至備用高功放出現(xiàn)“Channel Changer Fault”故障。

處理過程：先將通道數(shù)據(jù)文件備份，將通道倒換器屏蔽，將高功放進(jìn)行斷電重新開機(jī)，開機(jī)后將通道倒換器打開，仍出現(xiàn)CHA CHA COM FAULT告警，取下通道倒換控制器發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)調(diào)諧馬達(dá)出現(xiàn)抱死現(xiàn)象，將抱死馬達(dá)用無感螺絲刀松開，重新安裝好馬達(dá)控制器，加高壓后高功放恢復(fù)正常。

故障分析：帶DFTS系統(tǒng)的高功放在運(yùn)行中，由于工作環(huán)境原因，調(diào)諧系統(tǒng)出現(xiàn)積塵現(xiàn)象，倒換通道時(shí)，馬達(dá)調(diào)整出現(xiàn)異常，導(dǎo)致抱死，將其松開后，再進(jìn)行倒換，系統(tǒng)工作正常。

維護(hù)注意事項(xiàng)：高功放的DFTS系統(tǒng)除了定期對馬達(dá)調(diào)諧系統(tǒng)進(jìn)行倒換和數(shù)據(jù)備份外，還要保證功放運(yùn)行環(huán)境，有條件的可以對DFTS系統(tǒng)每半年進(jìn)行清潔一次。

案例五、射頻控制板故障

故障現(xiàn)象：正常播出中高功放無功率顯示，節(jié)目載波正常。

處理過程：將播出節(jié)目倒換至備用系統(tǒng)上行，測量前面板耦合口有功率輸出，檢查連接線纜無異常，測量功率顯示的檢波二極管正常，判斷為射頻控制板故，對射頻控制板進(jìn)行更換，測試輸出功率正常。

故障分析：高功放的輸出功率顯示異常，主要有兩種可能，一是故障確實(shí)無輸出，二是檢測電路故障，因?yàn)檩d波正常且監(jiān)測口輸出功率正常，故障只能出現(xiàn)在檢測電路上，對連接線纜和檢波二極管進(jìn)行檢查無異常，判斷為射頻控制板故障。

維護(hù)注意事項(xiàng)：定期對高功放進(jìn)行維護(hù)，加強(qiáng)巡視檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)及時(shí)處理。

案例六、散熱風(fēng)機(jī)故障

故障現(xiàn)象：高功放運(yùn)行中出現(xiàn)低風(fēng)壓告警，功放掉高壓，功放自動(dòng)切換至備機(jī)。

故障處理：本地查看高功放散熱風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)，打開風(fēng)機(jī)查看，風(fēng)機(jī)有卡滯現(xiàn)象，更換風(fēng)機(jī)后正常。

故障分析：高功放出現(xiàn)低風(fēng)壓告警有兩種可能，一是散熱風(fēng)機(jī)系統(tǒng)故障，這部分主要是散熱風(fēng)機(jī)和風(fēng)機(jī)控制器兩個(gè)部件，連接線纜故障很少見，二是風(fēng)壓檢測電路故障，主要是風(fēng)壓檢測開關(guān)故障。本地查看風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)且有卡滯現(xiàn)象，判斷為風(fēng)機(jī)故障。

維護(hù)注意事項(xiàng)：高功放的散熱系統(tǒng)要定期進(jìn)行維護(hù)，必要時(shí)對風(fēng)機(jī)軸承添加潤滑油，散熱風(fēng)機(jī)要定期更換軸承或更換風(fēng)機(jī)，同時(shí)要加強(qiáng)對濾網(wǎng)清潔，平時(shí)巡視時(shí)注意風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)響聲，出現(xiàn)異常及時(shí)處理。

五、結(jié)束語

對于衛(wèi)星地球站來說高功放是上行系統(tǒng)中的一個(gè)核心設(shè)備，做好高功放的維護(hù)工作，是保證業(yè)務(wù)正常播出的必要條件，以上是我在地球站維護(hù)中的一些心得，供同行參考。