高可靠性大功率射频设备供电开关组设计
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【摘要】在卫星导航地面站的实际运行中，射频设备及机柜供电是通过接线板、套筒插座连在UPS配电柜上实现的，但由于长期加电和器件老化等原因，个别套筒插座出现打火、接线板插座控制开关出现跳电等现象，造成相应设备无法工作，严重威胁了系统的稳定运行，为避免此类现象的再次发生，确保系统长期不间断稳定运行，根据各类插座工作的实际情况，本文设计了基于卫星导航地面站的高可靠性大功率射频设备供电开关组。
【关键词】大功率；开关组；接线板；套筒
1.引言
大功率射频设备是卫星导航地面站与空间卫星之间的无线电接口，担负着大系统出站信号发射和入站信号接收的重要任务。为保证射频设备的不间断运行，采用UPS电源供电，设备通过供电开关组（包括接线板、套筒插座等）连接在配电柜上。卫星导航地面站运行以来，由于长期加电和器件老化等原因，个别套筒插座出现打火、接线板插座控制开关出现跳电等现象，造成相应设备无法工作，严重威胁了系统的稳定运行。为避免此类现象的再次发生，确保系统长期不间断稳定运行，根据各类插座工作的实际情况，设计了基于卫星导航地面站的高可靠性大功率射频设备供电开关组。
2.开关组设计方案
高可靠性大功率射频设备供电开关组设计思想是双备份原则，设计方案主要包括射频机房机柜供电设计方案和射频设备供电设计方案，具体如下。
2.1 射频机房机柜供电设计方案
考虑到原接线板插座本身质量及老化问题，加之目前控制开关出现松动的接线板数量较多，为彻底消除隐患，计划对原接线板全部用新型带有过电保护功能的5孔接线板进行更换。并结合发射机房环境相对恶劣，容易造成套筒插座出现类似打火等现象，为降低由其异常带来的设备断电，计划将原来每个机柜的套筒插座去掉不用。
目前，由于所有设备由一路UPS供电，故一旦该线路出现问题，将导致卫星的出站与入站全部中断，为降低出入站同时中断的概率，计划为每个机柜再增加1路UPS供电线路（由UPS机柜直接引出，后端接一个新型5孔接线板插座，考虑到接线板插座保护开关与空气开关性能相当，且目前已无多余空间安装空气开关，故接线板前省去空气开关），将上变频器和5MHz分配器插至原UPS供电线路更换后的接线板，将下变频器和场放控制器插至新增UPS供电线路接线板，原UPS供电线路上的另外新型接线板作为备用。
另外，射频设备高功放改造即将进入安装阶段，主用卫星每个射频机房将新增两台固态功放，共需4路UPS供电，同时为保险起见，计划每个射频机房再增加2路UPS供电新型5孔接线板，作为应急备用插座，故改造后的每个射频机房需要另外再增加6路UPS供电线路。
改造前后射频机房机柜UPS供电示意图如图1所示。由于改造后每个机柜将有两路UPS供电，考虑到固定底板的尺寸，建议新型接线板全部采用尺寸合适带有过电保护功能的优质5孔接线板插座，而新型接线板尺寸很难与原接线板完全一致，因此更换时需对固定底板进行重新布置。
2.2 射频设备供电设计方案
由于接线板插座本身质量及老化问题，加之目前控制开关出现松动的接线板数量较多，为彻底消除隐患，计划对原接线板全部用新型带有过电保护功能的5孔接线板进行更换。
目前每个机柜使用单路UPS供电，一旦该线路出现问题，其上所有设备将全部断电，特别是发射终端、中频单元及时频设备所在的几个关键机柜，一旦断电将直接影响系统服务，故此计划射频子系统每个在线机柜再增加1路UPS供电线路（由备用UPS套筒插座引出，后端接一个新型带有过电保护功能的5孔接线板插座），分别将一频点发射终端、中频单元和各机柜上设备A插至原UPS供电线路更换后的接线板，将二频点发射终端、中频单元和各机柜上设备B插至新增UPS供电线路接线板，从而降低出站两个波束同时中断、入站两个波束同时中断，以及设备主备同时中断的概率。
改造前后射频设备机柜UPS供电示意图如图2所示。由于改造后每个机柜将有两路UPS供电，考虑到固定底板的尺寸，建议新型接线板插座全部采用尺寸合适带有过电保护功能的优质5孔接线板插座，另外新型接线板尺寸很难与原接线板完全一致，因此更换时需对固定底板进行重新布置。
3.开关组实施情况
由于插座更换需要将相应机柜去电，为减少设备的中断时间，尽量保证卫星导航地面站的不间断工作，首先需要提供2路外接UPS供电接线板，将相应设备电源线外接至该路接线板后，再将机柜去电，然后进行插座更换，更换完毕确认无误后再将相应设备电源线重新接回，外接及重新接回过程中相应设备处于断电状态，为尽量减少影响系统时间，计划采取如下方案。
首先检查更换备份卫星插座，更换到某一机柜时：（1）若该机柜上某套设备主备共用电源线，则将其拔出然后插到外接接线板上，更换完毕后再重新插回，设备主要包括（发射终端、时频单元和中频单元等），每套设备外接及重新插回若按1分钟计算，则累计影响系统工作约20分钟；（2）若该机柜上某套设备主备电源线互相独立，则可先让A套工作，将B套电源线外接后切至B套工作，然后再将A套外接，从而保证外接过程中有一套正常工作，即可保证系统不受影响（将设备电源线重新接回操作步骤相同）。备份卫星更换完毕后，依次对主用卫星进行相应操作。然后对时频机柜插座进行更换，由于时频设备均有主备2套，且2套电源线互相独立，故可以先让第1套工作，将第2套电源线外接后切至第2套工作，然后再将第1套外接，从而保证外接过程中两套时频终端中至少有一套可以正常工作，并将每颗星相应设备切至由该时频终端提供信号状态，即可保证系统不受影响（将设备电源线重新接回操作步骤相同）。最后对备件测试系统机柜进行更换，由于对系统工作无影响，可将机柜去电后直接更换。
在上述方案中，不需要进行卫星导航地面站状态切换，但在对主用卫星插座更换过程中会短时影响系统工作，可在系统用户入站较少时进行。
4.结束语
通过大功率、高可靠性射频子系统开关组的设计与实际接入系统使用，卫星导航地面站供电持续稳定，排除了断电隐患。对卫星导航地面站的其它子系统的供电设计有借鉴意义和利用价值。
参考文献
[1]谭述森.卫星导航定位工程[M].国防工业出版社， 2010（7）.
[2]吴延忠，李贵琦著.地球同步卫星定位[M].出版社，1992（10）.
[3]Opration and Installation Manual for Klystron Power Amplifier，Document No.802-0115-001，Revision A，1998，12