CPI3kW速调管高功放运行实践

1 引言2017年山西广播电视台卫星传输中心进行了“标清改造”工程，其中高功放选用的是CPI公司的3kW速调管K4C高功放，主备用链路各配备两台（互为1:1热备份，共有4台），通过波导切换开关实现四台3kW高功放互为备份。

CIP 3kW速调管高功放采用模块化、双抽屉设计，各部件都安装在抽屉中，其操作性强，便于维护。

从系统结构上分，CIP 3kW高功放可分为射频系统、高压电源系统、分布式控制系统和冷却系统等四个部分，其结构组成方框图如图1所示。

射频系统是核心部分，包括输入单元、速调管、频道选择和输出单元，其作用是将射频信号放大到适合卫星信道传输的射频功率；高压电源达3.35kW，抗击非法干扰的能力突出。

但由于承担着安全播出的重任，加之CPI 3kW速调管高功放长期处于高压、大电流的状态下不间断运行，随着运行时间的增加，高功放一旦出现故障，将对上行信号造成非常大的影响。

2 功能测试新高功放在运行前，要对其进行足够的测试，以确保高功放安全平稳的运行，最终要达到《卫星广播电视地球站要求技术验收规范》的要求，其中，包括新高功放的负荷测试、射频指标测试、冗余功能测试和电平配置等。

2.1 负荷测试新高功放系统在正式投入使用前，新高功放负荷测试时，在3kW高压下，试运行五分钟后，负载温度急剧升高，且伴有明显的焦糊味，同时还有一股黑烟冒出，此时高功放的出风口温度达到76℃，进出风温差达到40℃，立即“STANDBY”（待机状态），高功放本身无报警。

为确保机器不受到次生灾害，立即关机，在充分冷却后，再次开机，逐步推升功率，一切正常，不再有焦糊味和黑烟。

与厂家工程师进行交流后推断，上述事故为新设备假负载的新油漆未干透，在持续高温情况下烘烤所致，再次启动后，此现象没有再次发生。

同时，在持续大功率输出的过程中，通过测温枪测试显示，发现扭波导衔接摘要：本文简述了CPI 3kW速调管高功放的系统结构和主要功能，介绍了新高功放在使用前进行功能测试的项目及其测试方法，对高功放在运行中出现的典型故障案例进行了分析，提出了改进措施和维护中的注意事项。

关键词：功能测试 典型故障 CPI 3kW速调管高功放 分析处理处温度达到100℃，与此同时，充气机开始频繁启动，高功放的反射功率较大。

这时立即关闭高功放，冷却后，拆开扭波导与波导的接口，发现波导隔离窗被烧穿，更换适合大功率的波导隔离窗后，充气机恢复正常。

在恢复连接波导法兰盘接口时，要特别注意，应先使用灯光，以不同方向对其进行照射，直到所有连接处没有光线照进为止，在确保无错位的情况下，再拧紧螺丝。

在恢复好波导之后，继续进行负荷测试，波导连接处，在同等发射功率时，没有大幅升温，且高功放的反射功率明显下降。

2.2 射频指标测试高功放运行技术指标的测试，是射频指标测试的重要组成部分，依据《卫星广播电视地球站技术验收规范》，通常在高功放输出口，经40dB 定向耦合器衰减后，将取样信号提供给频谱仪器或功率计，测试连接图如图2所示。

主要指标测试包括：带内平坦度≤0.5p-p（SCPC）、1dB压缩点输出功率≥58.7dBm、带内杂散＜-55dBm、三阶互调＜-33dBc等，测试方法详见《卫星广播电视地球站要求技术验收规范》。

2.3 冗余功能测试和系统电平配置在高功放1:1的配置中，必须要进行冗余功能测试，并校准所有高功放的参数，使其保持统一，以确保系统间的切换是无缝切换，符合总局62号令的要求，确保安全播出。

另外，为了保证系统能发挥出最大上行能力和良好的线性指标，还需要进行上行系统工作电平的配置。

合理的上行系统工作电平是保证地球站优质、安全运行的关键。

对于C波段单一载波上行的系统中，常用的电平调测方法是：在上行系统的输入端送入一个未调制的载波，作为测试信号，一般是利用调制器发出一个单载波，用功率计按顺序依次连接到各测试部位端口，按系统设计值，依次设定中频电平（一般设置在-25dBm~15dBm），通过调整上变频和高功放，对功率进行调整，来确定上变频器最佳的输出电平、高功放的输出功率和转发器的输出电平，在测试时，必须要考虑设备之间的线损。

在单机最佳工作范围内，找到系统最佳工作点的设置即可。

3 典型故障案例根据山西广播电视台卫星传输中心的实际运维情况，我们总结出了使用CPI 3kW速调管高功放多年来遇到的典型故障案例，并提出了解决方案，做到了定型故障处理的程序化，突发异态处理的正确流程化，应急处理的预案化，有效提升了安全播出的应急处置能力。

3.1 低风流告警故障3.1.1 故障现象当高功放出现低风流告警故障时，大概率会导致高功放掉高压，同时发出告警声，并自动切换至备用高功放，会使信号闪断。

3.1.2 分析与处理首先应将故障高功放的控制方式调整为“LOCAL（本地控制）”，再进行复位“RESET（重置）”,消除告警后，再按“TRANSMIT（发射）”键发射。

如果清除故障复位以后，短时间内再次出现告警，根据此故障告警与实际维护中曾碰到过的四种不同的情况，其处理方案如下。

（1）要注意高功放内部实际温度（出风口）和风机转动的声音，判断是否是真正的风压发生变化，如果温度没有明显变化，可以说明风机和风机马达控制模块是正常的。

此时，可以按下“REST”（重置）键，进入“STANDBY”（待机）模式，等待出风温度降至25℃左右，再按下“TRANSMIT”（发射）键。

（2）风压阀开关灵敏度本身问题，一般可通过调整风压阀的螺丝来解决。

如调整风压阀无效，且仍然频繁发生此故障、掉高压，建议更换分压阀，可将风压开关拆下，浸泡在无水图1 CPI 3kW速调管高功放结构组成方框图酒精中2~3小时，晾干后备用。

测试风压阀的办法为，用硬纸板封住入风口，30s 左右，高功放如有告警，说明风压阀正常，反之则不正常。

（3）清理进气滤尘网和速调管风腔，确保高功放在清洁的环境中运行，再排查风道是否由于设置不合理，导致排风不畅。

方法为：将排风管中的风不送到风道里，直接外排，观察效果，可以确定是否与风道有关系。

（4）如果一段时间经常性出现此故障，并掉高压，排除前三种可能后，可以将高功放分流开关顺时针转到头，并用硬纸板遮挡住入风口，如两分钟未出现低风流告警，证明风压阀失效，可适当调整高功放温度阀值上限。

此方法虽然能解决报警问题，但是会失去风压阀应有的报警作用，需谨慎使用。

3.2 自检后不能进入延时阶段3.2.1 故障现象主备高功放同时开机，自检正常，但无法进入灯丝加热延时阶段，不能出现HDT（灯丝延迟），即5分钟的倒计时提示，更无法进入“STANDBY”。

3.2.2 分析与处理出现上述现象后，首先要检查两台高功放设备的运行状态，如果无告警显示，机器正常运行，那么极有可能是设置不合理，导致无法正常启动。

再对高功放参数设置进行核查时，发现主备高功放的切换模式都是在“AUTO（自动）”状态，由于主备高功放延时，可能不同步，系统进入自我保护状态。

将主备高功放同时置于手动状态（SWITCH CONTROLLER 界面中的MODE ：MANUAL）后，高功放可以正常启动，此现象不再发生。

3.3 高压电弧报警3.3.1 故障现象高压电弧报警常伴有总线过流故障（BUS OVER CURRENT FAULT）和束控制过压（BEAM CONTROL OVFAULT )等报警提示，会使速调管掉高压（BEAM CONTROL UV），严重时，高功放机房内会有焦糊味，可能会使高功放损坏。

3.3.2 分析与处理出现此告警的原因主要是在电源处理器（A3）电源模块。

单一告警可能会自动恢复或按“RESET”键，清除报警即可。

如此告警伴随有其他故障，应立即关机，并排查可能原因。

（1）空气湿度过高时，潮湿气体在电子器件表面会形成一层水膜，这样的水膜容易造成短路或者飞弧，引起过流故障，且长期在湿度过高环境中，还会造成电路氧化腐蚀，应开启精密空调除湿功能，保证环境湿度在40%~65%之间。

（2）高功放内部尤其是收集极积累灰尘过多，实物展示图如图3所示。

灰尘长期覆盖电子元器件，造成电子元件散热能力下降，导致设备工作不稳定，同时，灰尘含有水分和腐蚀性物质，会使相邻印制线间绝缘电阻下降，设备工作时，可能会产生高压和静电，应对高功放进行全面除尘，并用异丙醇清洗收集极。

（3）高功放电源模块至速调管的高压输出电缆(接口J1和J2)接触不好，应重新紧固。

3.4 备用系统高功放输出功率无规律波动3.4.1 故障现象备用系统的高功放输出功率无规则波动，并伴有“低射频输出告警”（LOW RF OUTPUT ALARM），有时向上或向下波动最多3dB，且多数时候功率会自动恢复正常值，但也有不能恢复的时候，没有规律可言，无法确定故障的确切部位和原因。

3.4.2 分析与处理首先切换所使用的上变频，观察能否恢复正常平稳运行，同时用功率计通过输出功率耦合口来测量实际输出功率值，排除激励不稳的可能；如不能恢复正常，应从3kW 高功放的电平图上进行原理分析，如图4所示：输入高功放的信号先通过HY1（输入隔离器）损耗0.25dB，然后再线损1dB ；进入V2（固态放大器）进行一级放大，最大可放大39dB，再线损1dB ；进入HY2（ISO 适配器）损耗0.15dB；图2 测试连接图图3 高功放内灰尘过多实物展示图接着进入V1（速调管）进行二级放大，最大可以放大40dB；最后通过A4与射频输出电路板损耗0.5dB。

经分析得知，信号传输途经的HY1、V2、HY2、V1和A4都可能引起功率波动，只能使用排除法，进行逐个更换以上部件，观察能否使输出功率平稳，最终确定故障点。

3.5 自检INIT（系统初始化）状态不能通过3.5.1 故障现象高功放开机自检红屏，自检不通过时的红屏故障界面图如图5所示，此故障出现后，关机重启后，显示“State：INIT POWER ON，RF CONTROLLER COMM FAULT，RF CONTROLLER RESTRARTEN FAULT”，无法正常运行，反复出现此状态。

3.5.2 分析与处理高功放能开机，说明电源部分正常，自检不通过，说明高功放射频部分的三个主板（射频板、外部接口板和前面板控制板）中有硬件故障，通过逐一更换相应主板，最终在更换“射频板”后，并对主板进行刷机，重启恢复正常。

4 日常工作使用注意事项我中心经过十多年两批次的CPI 3kW速调管高功放的运行和维护，总结出一些延长使用寿命、避免重大事故的发生的参数设置和操作禁忌，现介绍给大家，仅供参考。

（1）由于总局62号令中要求卫星地球站上行系统中必须配置“抗干扰自动功率控制系统”，因此高功放的使用控制模式应为“CIF ETH”（串口与以太网共同控制模式），输出功率控制模式应为“MANUAL”（手动控制模式），“ALC”（自动电平控制）应设置为“OFF”。