微波固態(tài)高功放在FY-2E氣象衛星中的設計和關(guān)鍵技術(shù)

　　由于FY-2E系統一年365天，平均每天至少完成28張云圖，汛期加密觀(guān)測時(shí)達到48張云圖的高作業(yè)量。因此，功放系統的穩定可靠性就顯得尤為重要。若工作中的晶體管有所損壞，從而使組件增益下降。令其增益變化為W，晶體管數目在此處是4，假設4個(gè)晶體管的輸出場(chǎng)強等幅相加[4]，這樣合成器總輸出信號的場(chǎng)強為2E，輸出信號的功率為。當4路中有n路晶體管損壞時(shí)，合成器輸出地信號場(chǎng)強為 ，功率為，則增益為?？捎嬎愕茫寒攏=1時(shí)，增益下降2.5dB;當 n=2時(shí)，增益下降6dB;當n=3時(shí)，增益下降12dB。系統工作時(shí)的總增益我們要求是60dB，由此可見(jiàn)，固態(tài)功放管的穩定性是可觀(guān)的。

　　功放組件中晶體管的阻抗匹配

　　脈沖工作時(shí)，工作在C類(lèi)狀態(tài)的晶體管放大器，要經(jīng)歷截止區、線(xiàn)性區和飽和區，其輸入輸出阻抗是動(dòng)態(tài)變化的，但合成器、傳輸線(xiàn)的特性阻抗一般都是固定的。因此，要獲得良好的阻抗匹配，必須將晶體管的輸入輸出阻抗在工作頻段內進(jìn)行變換。后端的環(huán)形器能將功放組件和天線(xiàn)饋部分隔離，在此，功放管的輸出阻抗只需與徑向波導合成器輸入阻抗匹配即可。常用的晶體管功率放大器匹配網(wǎng)絡(luò )的設計方法主要有動(dòng)態(tài)阻抗法、大信號S參數法和負載牽引法。

　　功放組件的散熱設計

　　從理論上分析，影響固態(tài)功放組件穩定性的因素主要有溫度和工作頻段[5]。當工作波長(cháng)和微波電路的饋電線(xiàn)尺寸可以比擬時(shí)，很容易引起信號反饋，在放大器工作頻段產(chǎn)生自激振蕩，并且電源饋電線(xiàn)路中電容、電感也易引起低頻信號反饋。由于FY-2E氣象衛星工作在S波段，工作波長(cháng)相對較長(cháng)，頻率穩定性相對較好。而其每天高強度的工作量，即會(huì )產(chǎn)生高熱量，導致晶體管溫度急劇升高。因此，為保證固態(tài)功率放大器工作穩定，必須對功放管進(jìn)行熱設計，以確保放大器處于穩定工作的溫度范圍。目前，功放組件散熱工作主要是，將晶體管管芯產(chǎn)生的熱量傳給晶體管的法蘭，再傳給散熱器，通過(guò)風(fēng)冷系統，產(chǎn)生一定的風(fēng)壓，使周?chē)諝鈴纳崞魃蠋ё邿崃俊?p>　　固態(tài)高功放在FY-2E中的應用

　　FY-2E氣象衛星應用系統地面指令與數據接收站(簡(jiǎn)稱(chēng)CDAS)，主要由天線(xiàn)、信道、圖像、遙測遙控、測距等分系統組成。信道分系統是其中重要組成部分之一，主要任務(wù)是接收衛星原始云圖、展寬云圖、遙測、三點(diǎn)測距等信號，并發(fā)射展寬云圖、遙控指令、三點(diǎn)測距等信號。固態(tài)功放組件是信道系統的咽喉，它一般也是系統中體積最大、耗電量最多，發(fā)熱密度最大的設備，由于其工作頻段較高(我國氣象衛星FY-2系列在S波段)，對與前后傳輸網(wǎng)絡(luò )是否匹配良好要求高，所以其工作特性將直接影響整個(gè)CDAS系統的性能指標。

　　運行過(guò)程的故障及解決方法

　　2009年12月發(fā)現所收到的一張衛星云圖，如圖3所示，出現大量麻點(diǎn)和丟線(xiàn)，誤碼率為10-3個(gè)數量級(正常情況下為≤10-6)，而接收的遙測信號AGC電平、給衛星發(fā)送的遙控指令、DPL的SSD跟蹤均無(wú)誤，由此可定位為信道部分必有強干擾。再檢查信道部分設備的運行情況，發(fā)現問(wèn)題在固態(tài)功放，其輸出功率為47dBm，反射功率達到43dBm， 根據公式：反射系數 ，駐波，可以計算出駐波比為4.4，已經(jīng)大大超過(guò)了正常值1.3。對于如此大駐波比產(chǎn)生的原因，進(jìn)行了研究與排查，發(fā)現最近天氣劇變，溫度下降、大雪紛飛、空氣濕度大，而充氣機啟動(dòng)次數較多，且干燥劑變紅失效，判定是波導系統漏氣，機房的濕空氣不能得到很好地干燥，直接充到天饋線(xiàn)中，而饋線(xiàn)在外遇冷凝結成冰塊，致使傳輸網(wǎng)絡(luò )阻抗失配，駐波比超標，給接收信號帶來(lái)強干擾。針對此情況，我們配合設備廠(chǎng)家，對波導內濕空氣進(jìn)行了全部清理、在波導接口處加了密封墊。在處理完后，輸出功率為46dBm，反射功率為28dBm，駐波比值正常，接收到的正常云圖如圖4所示。