放大器的维护

何庶民

(中国西南电子技术研究所，四川 成都 610036)

放大器的维护

何庶民

(中国西南电子技术研究所，四川 成都 610036)

为了减少放大器发生故障的概率，提高放大器的使用率，需要对放大器进行维护。介绍了放大器的基本原理，以及放大器的维护；并提出了具体的措施来加强放大器的维护和保养。

放大器；维护；温度；湿度

微波功率放大器（以下简称放大器）在生产和实验中应用广泛，它和信号源组合就能提供信号的大功率输出，能用于天线和元件的测试，大功率计校准，EMI敏感度测试等。国内使用的大功率微波放大器以进口设备为主，出现故障后厂家提供维修不但费用高昂，周期也相当长，对科研生产的影响很大。所以对放大器的维护进行研究很有必要。

现在国内使用比较多的大功率微波功率放大器有3种：美国的 AR（AMPLIFIER RESEARCH）公司，德国的波恩（BONN）公司，美国的 IFI（Instruments For Industry）公司。这里以常见的AR的放大器为例进行讨论。

1 基本工作原理

以放大器AR50W1000为例，AR50W1000是工作频段为1 MHz到1 000 MHz，最大输出功率为50 W，其原理框图如图1所示，输入信号RF首先经过信号限制器到定向耦合器，然后经过增益平衡电路到低电平驱动放大器A1，A1由5个串连的宽带晶体管放大器及推挽级组成，共有36 dB的增益量；内部层有反馈可以改善频响平坦度以及各级的偏差。信号经过A1的放大后送到功分器A2A5，在这里被分为4个相等的信号，分别去驱动功放A2A1、A2A2、A2A3、A2A4。这 4 个放大器的输出分别驱动未级放大器的4个RF放大器，这4个完全相同的RF放大器组成未级放大器，未级放大器有独立的直流稳压电源，4个未级放大器的输出通过功率合成器（也叫合路器）合成一个信号，送到整个放大器的输出口，提供所需的功率输出。

其它放大器的功率放大部分的工作原理基本相同（行波管的放大器例外，这里暂不涉及）。功率更大的放大器的级数多几级，功分器分出的信号路数也更多，功率合成也要分几级来完成；另外大型放大器都有功能强大的控制板，具有很强的自检功能及保护功能，在出现故障后能马上停止对功率放大模块供电，并给出故障的大概位置。

图1 原理框图

2 放大器的维修

2.1 维修思路

AR50W1000分为三级放大，A1为第一级，A2为第二级，RF放大为第三级，每一级都相对独立，在维修的过程中可以根据情况进行隔离，单独进行检查，能较快地把故障定位在某一级上。如放大器经常遇到的没有放大功能，或者没有信号输出，我们可以从后向前逐级检测信号，发现哪一级信号开始不正常，那么前面信号正常的各级元器件未损坏，信号不正常的这一级有元器件损坏，可以在这一级电路上查找损坏的元器件。在各级内部，又分为几层，用同样的方法可以锁定故障层。具体到某一层后，因为基本都是分离器件，就可以通过用数字多用表测电阻值判断出损坏元器件。在放大器中，如果元器件损坏，因为功率大，损坏都比较严重，肉眼就可以看出，如烧焦，颜色不正常，维修中这种情况占的比例很大。

放大器的维修中有以下需要注意的地方：一定要确保地线良好接地，否则可能烧坏放大器，曾经有用户地接得不好，有115 V交流，把输入级烧坏了很多器件；输入信号≤0 dBm，注意静电，检修时，输入端接上50 Ω终端负载防止外部未知信号进入放大器；AR的大功率放大器是多个模块通过合路器合成，需保证每个模块的功率相差不大，并且相位一致，测试时用小信号测试；输出端要注意负载阻抗匹配，注意负载能否承受放大器输出的功率，放大器不要在额定输出功率长时间工作，在系统中，最好先输出小信号先测试系统的驻波（VSWR）。

大型放大器都有功能强大的控制板，具有很强的自检功能及保护功能，在出现故障后能马上停止给放大级供电并给出故障的大概位置。如AR3500A100在OPERATE状态时的主菜单有下列 选 项 ：MANUAL、PULSE、ALCINTERNAL、SERVICE、SETUP、SCREEN；选择 SERVICE 就能显示放大器的工作状态，正常就显示“SYSTEM OK”；故障时就显示报错信息，例如报错“-15VD-COK”，是-15 V直流电源出故障，可检查PS5电源模块；再如报错“A6A2-2 PAF1”是A6A2-2板损坏，这种情况一般是A6A2-2上的放大管AR188已损坏，严重的还会烧坏放大管周围的元件；换放大管后，要对这个放大板的参数重新进行调整，有时不调整仿佛功能也正常了，有信号输出，但这时放大管并不是工作在最佳状态，很可能最大功率达不到指标，或者用不了多久相同的放大管又损坏；参数调整时，需要将放大板预热到一个稳定的状态。通过这些自检信息，能大大缩短检修时间。

2.2 维修实例

一台AR50W1000出现输出功率小的故障，输出功率只能达到10 W。用频谱仪观察发现稳定的载波信号经过放大器的放大后，除幅度不稳定外，频谱还不纯。将频谱仪的SPAN设为10 MHz时信号幅度不稳定，上下跳动，最大值和最小值相差达10 dBm，把SPAN减小到50 KHz后在频谱仪上就能看到频谱不纯，在中心频率两边有很多对称的幅度逐渐减小的信号，很像是对载波进行了调制。

在放大器输入口（INPUT）输入载波信号，逐级检测信号，最后发现在低电平驱动放大器A1的输出端这种情况就存在，而输入到低电平放大器的信号正常。根据分析，问题就出在A1。检查A1的电源，供电电压应为28.0 V，测试值为27.8 V，在误差范围内，认为电源没有问题，各级也没有烧糊的元器件，电阻测量也基本正常。

低电平驱动放大器有5层，从放大器的输入口（INPUT）输入载波信号，逐层测量各层的输出信号，发现第一层频谱似乎比较纯，第二层杂波稍有一点，第三层杂波又大一点，第四层杂波又再大一点，第五层杂波就很大了。于是就跳过第一层和第二层，直接把输入到低电平放大器的信号输入到第三层，测试发现第三层也比较纯，第四层比较大一点。又分析会不会是前面的信号里面有调制，只是开始比较小检测不出，经过一层二层的放大后才检测到。于是就直接把信号源的载波信号输入到第一层的输入端，看看经过放大的情况，结果还是频谱逐渐变差，而且越来越明显。

这种情况可确定是跟各层有关系的元器件损坏，再经各层放大，现象越来越明显。

经过分析认为供电电源不稳定，于是通过用示波器看电源输出电压的波形，得到证实！电压有很小的纹波，这种纹波用数字多用表是看不出来的（这是最迷惑人的地方）。把电源和放大电路断开，还是有纹波，而测量5 V和12 V电源的输出电压无此种纹波。转回来重点检查28 V电源模块。

图2 28 V电源电路

28 V电源电路如图2所示，是一般的线性电源。交流电经过CR1、CR2整流，C1滤波后通过一个稳压集成块U1输出稳定的28 V直流电压。R2调节输出电压，在检修时能方便地把输出电压调整到28 V；R1调节限制电流，在电流超过限制电流时使输出电压迅速变小，起到保护作用。输出电压能稳定在28 V，可以确定集成块U1是好的，输出电压有纹波，通常可认定起滤波作用的电容损坏，测量电源模块的电容容量，电容C1的容量为零，应该是使用时间长，电容变干，无容量。换上新的电容，再来测试电源的输出，没有纹波，把修好的28 V电源模块接入到放大电路上，放大器输出功率基本能达到50 W。

3 大型放大器的日常护理

放大器日常护理要注意以下事项：放大器的供电电压稳定，最好是经过滤波和稳压；放大器的输入信号要≤0 dBm，频率不能超过放大器的允许范围；增加信号源的功率时，要缓慢增加，避免一次增加过大；放大器不要长时间工作在额定输出功率，也不要工作在饱和状态；放大器的输出端口要接匹配的负载。

电磁兼容实验室经常会做200 V/m的电场辐射敏感度实验，在频率为1 GHz以下要用几千瓦的大型放大器去推动大型天线才能完成，放大器及其附属设施组成一个大型的系统，需专门为放大器配备一个功放间，以保证放大器对环境的要求。功放间的框图如图3所示，在日常使用中加强对功放间的护理，能减少放大器的故障率。下面讨论功放间在日常护理中应该特别注意的问题。

图3 功放间

3.1 温度的问题

电子元件在接近常温时，每上升10℃，寿命减少到1/2～2/3；另外随着使用时间的增加，电解电容的封口会漏出气化的电解液，而且会随着温度的升高而加速，一般认为温度每上升10℃，泄漏速度会提高至2倍。在放大器中放大管和合路器都要产生大量的热量，如果热量不能快速散走，放大器内部温度上升快，就很容易烧毁放大管及合路器；温度过高会加速放大器老化。所以散热对维护放大器有重要作用，除了放大器本身散热外，放大器工作环境散热也非常重要，因为环境温度过高，放大器内部的热量散出去就困难得多。放大器要求环境温度控制在5℃到40℃之间。

功放间配置的专用空调能提供强大的散热气流。平常使用中就要注意空调的运行情况，不可在无空调环境下让放大器运行；特别是多注意风道是否通畅，加强对功放间的进风口和出风口的日常维护；有用户在放大器损坏后，发现当时功放间的进风口的风量相当小，不到正常时的1/3，然后检查各处滤网，发现已被灰尘堵死。空气中灰尘多，很容易把进风口的滤网堵住，因此建议每半年清洗一次风道各滤网，特别是进风口的滤网。

3.2 湿度的影响

放大器在环境温度为31℃时要求湿度最大为80%，在40℃时线性的减少到最大为50%。在实际使用中，功放间有以下规律，冬天空气干燥，所以功放间的湿度很低，基本都在70%以下；夏天晴朗时湿度也不高，但下雨时，湿度就很大，经常达到90%以上；春秋季湿度比较高，空气显得潮湿，如果再加下雨，功放间的湿度很容达到90%以上，这个时候进入功放间经常能在墙壁上看到水珠。在维护工作中，我们发现功放间里的放大器对湿度确实特别敏感，有一台放大器更是出现因环境太潮湿不能启动，除湿后才能启动的现象。潮湿是导致电子仪器设备失效的主要因素之一，高温高湿作用于仪器的电路板和元器件时，会构成水气吸附、吸收和扩散作用，电性能下降。

潮湿环境对放大器会造成很大的损坏，有些损坏是长期渐进式的，表面上看湿度很大时用除湿机除湿后又能正常工作一段时间，但它对放大器的损坏却是不可逆的，长期在这样的工作环境下，放大器故障率会显著升高，放大器的使用寿命会大大缩短。所以要做好放大器维护工作，不仅要为放大器提供适宜的环境温度，还要为放大器提供适宜的环境湿度，否则放大器也不能达到预期寿命。经常出现放大器头天工作很正常，但第二天加电却出现故障，这就是潮湿环境对放大器逐渐损坏造成的。所以除湿的工作不能因为放大器停止工作而结束。我们这里在空调除湿不能满足要求的情况下，在功放间配置了一台除湿机，专门对功放间进行除湿，效果很好，大大降低了放大器的故障率。

放大器不使用时功放间的门要保持关闭，如果长时间打开，会让外界空气进入功放间，造成放大器内部结露，导致放大器开机就损坏。在测试之前空调应该设定到除湿，在湿度计指示在60%以下放大器才能工作。放大器开机后保持STANDBY模式约10 min，充分预热后开通强通风，此时放大器内部会轻微发热，有助于排干内部水汽，外面空气带来的水汽也不会在放大器内结露，之后再按OPETATE键让放大器工作。关机时注意在机器仍热时就关闭强通风，使放大器内部保持干燥。

3.3 日常使用中注意电缆的维护

对于电缆要强调以下几点：首先放大器连接的电缆除了考虑频率指标外，还要着重考虑功率是否达到要求，如果功率达不到使用的要求，电缆就会烧毁，是没机会更换的；其次是操作人员在断开和连接电缆的时候，要随时注意哪一部分是可以旋转的，哪一部分是不能旋转的，更不能整个一起旋转，否则就会损害电缆和接头，要注意螺纹对齐后慢慢旋转，没有对齐会很费劲，要停下来，重新对齐，否则就会损坏接头；不要踩电缆，也不要让设备压在电缆上；电缆不用的时候，接口要用保护帽保护好，否则接口上会积累灰尘，严重的会氧化，光纤端口和RF波导端口尤其要注意。

大型放大器因为输出功率很大，所以输出端口驻波（VSWR）的变化对放大器的影响很大，驻波过大功率反射就会损坏合路器部分，很容易把合路器部分烧坏。在外接电缆时一定要保证连接良好，实验的时候多注意驻波的变化，特别是每次重新连接电缆后（大部分放大器都能够在面板上显示前向功率FORWARD POWER和反射功率REFLECTED POWER，如果反射功率变大，就表示驻波变大）。在天线输入端口的连接处（如图3中A点和B点）做实验时要经常断开和接通，操作不当很容易出现接触不良，就会使信号反射到接头处生成高温，有单位发现在AR3500A100放大器的输出电缆连接到EFG-03天线的接口处出现故障，连接处的SC型接头被烧化，EFG-03天线的SC接头烧坏的同时后面的匹配电路也很容易烧坏，EFG-03天线内的匹配电路烧坏就只有联系厂家更换，费用贵不说，周期还相当长。另外做电场辐射敏感度实验时要经常切换天线，切换时移动电缆要注意不要把电缆折得小于电缆允许的弯曲半径，特别是天线上固定电缆的位置（如图3中A点和B点），因为移动天线时电缆这个位置受力最大，很容易损坏。所以驻波异常时要马上进行维护，找出驻波异常的原因，修好后再用。

4 结束语

提高放大器维修技术，在放大器出现故障时快速解决问题，这样既可以节约维修费用，又能保证科研生产的正常进行；平常使用中注意功放间的护理也能有效避免放大器出现大故障，避免不必要的损失。希望本文对放大器的维修者和使用者有所助益。

[1] 陈梓诚.电子设备维修技术[M].北京：机械工业出版社，2000.

[2] 何庶民.合成扫频信号源的维修方法[J].电子工业专用设备，2016，45(10)：54-59.

[3] 毛远端.常用电子仪器维修[M].北京：机械工业出版社.2005.

Maintaining of the Amplifier

HE Shumin
(Southwest China Institute of Electronic Technology，Chengdu 610036，China)

In order to reduce the probability of failure of the amplifier，improve the utilization of the amplifier，the need for maintenance of the amplifier.This paper introduces the basic principles and maintaining method of the amplifier.And put forward specific measures to strengthen amplifier maintenance and repair.

Amplifier；Maintain；Temperature；Humidity

TN607

B

1004-4507(2017)05-0063-05

2017-04-04