用于运行卫星的放大器模块的方法

用于运行卫星的放大器模块的方法
【专利摘要】用于运行通信卫星(10)的放大器模块(20)的方法包括步骤：确定放大器模块(20)的不希望的状态；不希望的状态确定后，在放大器模块(20)的非易失性存储器(70)中存储指示不希望的状态的状态数据(82)；和在存储状态数据(82)后停用放大器模块(20)。
【专利说明】用于运行卫星的放大器模块的方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于运行通信卫星的放大器模块的方法以及放大器模块。

【背景技术】
[0002] 在卫星中行波管功率放大器（TWTA，Travelling Wave Tube Amplifier)尤其作为功 率放大器使用，其通常实施成行波管模块。它包括尤其是决定了高频特性的行波管和为行 波管产生供应电压的电源、至卫星的遥测和/或遥控指令接口、以及控制装置。该行波管模 块能够通过前置放大器（也称为信道放大器）得到补充，该前置放大器还能够包含线性化 器。该前置放大器能够与其它部件集成在壳体中。然后在该组合中称为高频功率模块。
[0003] 行波管模块和一般的放大器模块还能够包括保护功能组件，在该保护功能组件中 实施一个或多个保护功能，以保护放大器免受损坏，例如防止过低的供应电压、电源的输出 端上的过载、延迟结构上的过高电流等。如果这些保护功能之一种被激活，那么该放大器模 块会自动切断。
[0004] 通常地面站会被告知从卫星发送到地面站的遥测数据、放大器模块的切断或还有 成功的重接通。但是从遥测数据中不能够识别，为什么该设备显示出故障或哪个保护功能 是活动的。
[0005] 遥测数据一般或者在模拟数据情况下作为模拟值或在状况数据情况下作为数字 信息或者作为已经数字化的放大器模块的数字字符提供给卫星使用。卫星的系统以有规律 间隔读取数据，其中两个读取过程之间的时间通常有数秒（例如60秒）。如果放大器模块 的自动重接通成功，那么它通过相应的状况遥测装置显示出来。但是从这些数据中通常不 能确定，哪个参数触发了保护功能。由于较长的读取间隔即时的遥测数据也不可用。
[0006] 针对外层空间任务在故障情况下附加显示哪个参数触发了保护功能的设备。然而 如果该设备通过保护功能完全切断，则这个信息会丢失。此外不能提供即时的遥测数据。


【发明内容】

[0007] 本发明的任务是为卫星提供容易维护的放大器模块。
[0008] 该任务通过独立权利要求的主题得到解决。本发明另外的实施方式从从属权利要 求和下述描述中得出。
[0009] 本发明的一方面涉及用于运行通信卫星的放大器模块的方法。
[0010] 该放大器模块能够包括放大器单元和用于控制放大器单元的控制装置。可以理解 为，该通信卫星能够具有多个放大器模块，其能够分别指配给卫星的信道。
[0011] 该放大器模块能够是行波管模块，在该行波管模块中通过行波管发生放大。然而 也可能的是，该放大器模块是带半导体放大器的半导体放大器模块。
[0012] 按照本发明的实施方式，该方法包括步骤：确定不希望的放大器模块状态；不希 望的状态确定后，在放大器模块的非易失性存储器中存储指示不希望的状态的状态数据； 和在存储状态数据后停用放大器模块。
[0013] 本发明的核心能够理解成，在由于故障，即不希望的状态，停用放大器模块(短期） 前在非易失性存储器中存储有关故障的信息，即即时的状态数据，使得当放大器模块由于 停用与卫星的电源分离一段时间时，它们也还仍能够供使用。
[0014] 在出现故障情况下，尤其是当放大器模块的运行永久受损时，卫星的操作员能够 以此方式获知，存在什么错误。此外在放大器模块中还存在有关快速进行过程（例如识别 故障、不希望的状态）的信息，该信息不被缓慢的、有规律的数据查询（其约每60秒能够发 生）所米集。
[0015] 不希望的状态可例如为存在错误、故障或短时进入的错误。不希望的状态能够是 确定的运行参数或测量值超出或低于预给定的阈值。
[0016] 非易失性存储器通常实施成用于承受在宇宙空间中的环境条件，即非易失性存储 器能够在较大范围内抵抗温度波动和/或抵抗辐射。当卫星位于运行轨迹上时，卫星运行 时所受到的环境条件通常会妨碍专业人士安装大量的不可更换或很难更换的电子部件。
[0017] 在此，停用放大器模块能够理解为断开放大器模块，其中放大器模块例如与卫星 的电源分开。类似的，激活放大器模块能够理解为将放大器模块与卫星的电源接通或连接。
[0018] 按照本发明的实施方式，不希望的状态通过实施保护功能得到确定，该保护功能 在所采集的放大器模块的参数上应用，并从所采集的参数中测定不希望的状态。所采集的 参数例如能够包括测量值和/或运行参数，例如放大器模块的输入电流或输入功率或者调 节器电压、行波管的供应电压或电流。然而，所采集的参数也能够是可设置的参数例如配置 参数。
[0019] 该保护功能例如能够比较参数是否高于或低于阈值或是否在预定义的间隔内或 夕卜。例如该保护功能能够确定，放大器模块的输入功率降低到低于确定的值时，然后这被识 别成不希望的状态。
[0020] 按照本发明的实施方式，所存储的状态数据包括保护功能的行为（Art)。例如能够 以数字字符编码形式存储哪个保护功能做出反应。
[0021] 按照本发明的实施方式，所存储的状态数据包括通过保护功能处理的参数值。这 些值可以例如是运行参数（例如输入功率）和备选地是所属的阈值。
[0022] 按照本发明的实施方式，所存储的状态数据包括放大器模块的参数值，它们在确 定不希望的状态(短期)前被采集（例如被测量和/或从测量值中计算出）和/或在停用放 大器模块(短期)前被采集。例如一组预定义的运行参数和/或可设置的参数作为状态数据 被存储。在该上下文中"短期"例如意为小于10 ms或小于1 ms。
[0023] 按照本发明的实施方式，该方法还包括步骤：确定另外的不希望的状态和存储涉 及另外的不希望的状态的另外的状态数据，使得这些状态数据和另外的状态数据共同存储 在非易失性存储器中。不仅能够在非易失性存储器中存储关于仅一个（即最新的）不希望 的状态的状态数据，而且能够存储关于多个不希望的状态，例如固定数目的之前出现的不 希望的状态的状态数据。
[0024] 例如当由于运行技术原因关于一个不希望的状态的数据不能够被地面站读取时， 即使在此期间出现另外的不希望的状态，该信息仍能供使用。
[0025] 也可能的是，所存储的状态数据包括时间值，该时间值指示出不希望的状态被确 定的时间点。如果存储多组状态数据，那么两个不希望的状态之间的时间同样也能够被存 储，以便能够在时间上进行归类。
[0026] 为了使放大器模块的放大器功能的中断保持尽可能地短，有些放大器模块具有自 动装置，它会试图在较短的等待时间后（例如几个毫秒）再次接通放大器模块。如果之后 故障被排除，那么该放大器保持接通，如果故障仍然存在，该放大器模块最终切断。当在短 时间内重新出现故障，同样也可适用。在这些情况下，多组状态数据也能够存储在非易失性 存储器中。
[0027] 按照本发明的实施方式，该方法进一步包括步骤：将所存储的状态数据发送给地 面站。例如，在放大器模块再次激活或接通后，有关不希望的状态的信息能够经由遥测信道 (Telemetriekanal)读取。如果该放大器模块再次自动激活，那么该信息同样也能够提供用 于读取。
[0028] 附加可能的是，即使未出现不希望的状态或故障，放大器模块的运行参数和/或 当前设置的参数以数秒的间隔（例如每30秒或每60秒）被读取并发送给地面站。
[0029] 按照本发明的实施方式，当该放大器模块从地面站获得相应的遥控指令时，所存 储的状态数据被发送。例如该地面站能够向放大器模块发送相应询问（遥控指令）并且该 放大器模块然后提供用于读取的相应状态数据或将它们经由一个或多个遥测信道发送给 地面站。
[0030] 按照本发明的实施方式，在该放大器模块再激活后，所存储的状态数据被自动发 送。例如，在该放大器模块经由遥控指令或再次自动接通后，这些状态数据能够对再激活作 出反应地自动发送给地面站。
[0031] 按照本发明的实施方式，所存储的状态数据在发送给地面站后保持存储在非易失 性存储器中。在它们被删除前或用新的状态数据覆盖前，这些状态数据能够在特定的时间 段上自动提供以供读取。
[0032] 本发明的另一方面涉及用于通信卫星的放大器模块。该模块例如能够是带共同的 壳体或共同的载体元件的组合件，在所述壳体或载体元件上能够固定放大器模块的部件和 /或放大器模块的部件例如控制装置、保护功能组件、遥测组件，放大器单元(例如行波管或 半导体放大器）等能够与所述壳体或载体共同安装在卫星上。
[0033] 按照本发明的实施方式，该放大器模块包括放大器单元和用于控制放大器单元的 控制装置。放大器单元能够是行波管。行波管例如可包括：发射器，其实施成在施加电压时 产生电子束；放大器段，其被电子束穿过，在该放大器段中布置导体，且在其上经过导体的 高频信号可通过电子束放大；和集电极，其实施成用于接受电子束并将其送回发射器。 [0034] 该放大器能够附加地包括前置放大器和/或线性化器，它例如安装在带另外的放 大器模块部件的共同的组合件中。
[0035] 可能的是，在行波管模块中两个行波管由电源供给且可能的话具有共同的前置放 大器或每个行波管单独具有前置放大器。
[0036] 该控制装置还包括非易失性的、可写的存储器，当该放大器模块不是由卫星的外 部电源供电（bestromt)时，该存储器实施成用于存储放大器模块的状态数据。该非易失性 存储器例如能够设置在特殊的芯片中，该芯片能够独立于控制装置的电子设备安装在放大 器模块中。
[0037] 该非易失性的存储器和/或控制装置能够安置在放大器模块的电源（或在电源的 壳体）中。该非易失性的存储器和/或控制装置也能够安置在前置放大器和/或线性化器 中，或者还也可以一部分在电源中且另一部分在前置放大器和/或线性化器中。
[0038] 当该模块被切断或停用时，然后为了还能够提供有关放大器模块的不希望的状态 的信息，该控制装置实施成用于实施该运行方法，如上面和下面所述。可以理解为放大器模 块的特征也可以是本方法的特征并且反之亦然。
[0039] 按照本发明的实施方式，该控制装置包括遥测组件，该遥测组件实施成将放大器 模块的运行参数和/或可设置的参数作为状态数据采集。该遥测组件例如能够控制测量传 感器并以数字形式提供或获得的测量值。
[0040] 按照本发明的实施方式，该控制装置包括保护功能组件，其实施成用于将放大器 模块的运行参数和/或可设置的参数作为状态数据进行分析，以确定放大器模块的不希望 的状态。例如该遥测组件能够给保护功能组件提供这些参数供使用。
[0041] 按照本发明的实施方式，该放大器模块还包括遥控指令接口，其实施成用于接收 来自地面站的遥控指令，该遥控指令触发在非易失性的存储器中存储的状态数据的发送。 例如该遥控指令接口能够是放大器模块的外部接口，利用它该放大器模块能够与卫星的另 一控制装置进行通信。
[0042] 总而言之，此类运行方法和此类放大器模块具有以下优点：在放大器模块故障情 况下提供哪个保护电路或保护功能做出反应的信息供使用。在重复故障情况下能够确定是 否始终存在相同的原因。与故障出现即时所采集的遥测数据能够给出关于在错误时间点上 的放大器模块的运行状态的消息。该信息能够用于错误查找，以定位故障原因。

【专利附图】

【附图说明】
[0043] 下面参考附图详细描述本发明的实施例： 图1示出了按照本发明实施方式的通信卫星的示意图； 图2示出了按照本发明实施方式的放大器模块的示意图； 图3示出了用于运行按照本发明实施方式的放大器模块的运行的方法的流程图。
[0044] 原则上一致的或类似的部分设有相同的参考标记。

【具体实施方式】
[0045] 图1示出了带天线12、主控制单元或主控制装置14和电源16的通信卫星10,所 述电源16例如由太阳能电池板18供应以能量。
[0046] 该通信卫星10还具有行波管模块20形式的放大器模块20。在图1中仅示出了通 信卫星10的一个信道，通常通信卫星10能够具有多个信道，它们能够分别包括行波管模块 20 〇
[0047] 经由天线12,该通信卫星10能够接收高频信号22并传递给行波管模块20。在这 里该高频信号22被放大成经放大的高频信号24且能够又经由天线12 (或另一天线）放射 出。在此，通过电源16对该行波管模块20供应以电压26。该行波管模块20还能够由控制 单元14进行控制并例如接收遥感指令28,该遥感指令例如经由天线12接收并由控制单元 14分析。
[0048] 图2以方框图更详细示出了行波管模块20。该行波管模块20包括行波管30,其 经由高频输入端32接收高频信号22且经由高频输出端34发出经放大的高频信号24。
[0049] 该行波管30包括发射器36,利用发射器36能够产生电子束38,和集电极40,其 再次接受电子束38。以此方式来自电子束38的电流又被送回到发射器36。在发射器和集 电极38之间存在有放大器区42,在该放大器区42中高频信号22通过电子束38放大。在 此，该高频信号22通过螺旋状的导体44发送穿过行波管30。
[0050] 在高频输入端32和行波管30之间，该行波管模块20能够具有信道放大器和/或 线性化器46,在将高频信号导入行波管30前，利用信道放大器和/或线性化器46能够将该 未放大的高频信号22预先放大和/或线性化。
[0051] 行波管模块20的剩余的部件指行波管30的电源。
[0052] 行波管30由高压产生50供应有多个供应电压52,例如发射器的阳极电压、一个或 多个集电极电压、阴极电压等。
[0053] 高压产生50的供应电压54由前置调节器和滤波器56提供，该前置调节器和滤波 器56将来自卫星10的电源16的电压26转化成恒定的且均匀的直流电压。
[0054] 该行波管模块20还包括控制装置60,其包括中央组件62、遥测和遥控指令接口 64、保护功能组件66、遥测组件68和非易失性数据存储器70。该控制装置60或其部件62、 64、66、68、70由辅助电压供应72供应电压，该辅助电压供应72由前置调节器和滤波器56 供应电压74。
[0055] 在遥测组件68中采集并收集遥测数据或行波管模块20的运行参数和可设置的参 数80。例如，该遥测组件68能够采集高压产生50、前置调节器和滤波器56和信道放大器 和/或线性化器46的传感器数据并将它们转化成数字形式。
[0056] 在保护功能组件66中实施保护功能和/或警报功能，该保护功能和/或警报功能 检查所采集的参数80是否在所希望的框架内活动。对此，该保护功能组件66能够直接采 集这些参数和/或从遥测组件68中获得它们以供使用。保护功能示例有低压保护、过载保 护等。
[0057] 在非易失性数据存储器70或存储器组件70中能够存储固定定义的数据或能够将 最新的数据，例如运行参数和可设置的参数80存储为状态数据82。如果保护功能激活，控 制装置60能够确定触发的参数70,备选地接受所有遥测数据并在数据存储器70中存储这 些信息。因为涉及的是非易失性存储器70,在放大器模块20再次接通后或再次自动接通后 且少数时间未供电后，状态数据82也能供使用。
[0058] 遥测和遥控指令接口 64与卫星10的另外的部件14相连且因而表示与地面上的 控制站的连接。经由该接口，放大器模块20或控制装置60能够获得遥控指令、例如控制指 令或放大器模块20或控制装置60提供有关运行状态的数据。
[0059] 在此，控制装置64的中央组件62能够调节和控制所有过程，例如触发保护功能、 存储和读取状态数据等。
[0060] 图3示出了流程图，以此流程图能够运行放大器模块20。
[0061] 在步骤90中确定了放大器模块20的不希望的状态。对此，该保护功能组件能够 将例如来自遥测组件68的所采集的参数70分别与阈值进行比较并当超出或低于阈值时， 触发警报。
[0062] 当前置调节器和滤波器56的输入功率降至低于确定的值时，例如能够触发电压 供应不足的警报。例如当行波管的集电极电压超出确定的值时，也能够触发过压的警报。
[0063] 在不希望的状态被确定后，在步骤92中指示不希望的状态的状态数据82被存储 在非易失性存储器70中。这例如能够通过控制装置64的中央组件62完成，该中央模块61 接收保护功能的警报并读取待存储的状态数据82或所属的参数。
[0064] 在此，所存储的状态数据82能够包括保护功能的行为和/或保护功能触发的时间 点。例如这些保护功能能够被编号且相应的编号存储在状态数据82中。
[0065] 所存储的状态数据82能够包括放大器模块20的参数值70(例如输入功率或阴极 电压)，所述参数值70通过保护功能处理。
[0066] 所存储的状态数据82还能够包括放大器模块20的另外的、其它的参数值70,所述 参数值70在确定不希望的状态前被采集和/或在停用放大器模块20前被采集。例如可以 每次当状态数据82被存储时，针对行波管30所采集的所有电压和电流值一同被存储。 [0067] 存储状态数据82后，在步骤94中该放大器模块20被停用。例如控制装置60的 中央组件62能够指示前置调节器和滤波器56,将放大器模块20与其供应电压分开。
[0068] 在步骤96中，该放大器模块20例如经由卫星10的外部控制装置14再次被激活， 所述外部控制装置14例如在特定的时间后自动实施启动过程或由地面站的相应的遥控指 令为此而引发。
[0069] 在步骤98中，所存储的状态数据82发送给地面站。这例如能够由此引发，即在该 放大器模块20再激活后，该控制装置64从地面站获得相应的遥控指令28和/或该控制装 置64自动发送所存储的状态数据82。对此，该控制装置64例如在启动放大器模块20后能 够在非易失性的存储器70中查看，是否存在未发送的状态数据82且然后接着将它们发送 给地面站。
[0070] 需要补充指出的是，"包括"并不排除其他的元件或步骤且"一个"或"一"并不排 除多个。此外还需指出，参考上述实施例之一个进行描述的特征或步骤也能够结合其他的 上述实施例的另外的特征或步骤进行使用。权利要求中的参考标记并不视为限制。
【权利要求】
1. 一种用于运行通信卫星（10)的放大器模块（20)的方法，所述方法包括步骤： 确定所述放大器模块（20)的不希望的状态； 在不希望的状态确定后，在放大器模块（20)的非易失性存储器（70)中存储指示不希 望的状态的状态数据（82); 在存储状态数据（82)后停用放大器模块（20)。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中所述不希望的状态通过实施保护功能得到确定， 所述保护功能应用在所采集的放大器模块（20)的参数（80)上并从所采集的参数（80)中 测定不希望的状态。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中所存储的状态数据（82)包括保护功能的行为。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其中所存储的状态数据（82)包括通过所述保护功 能处理的放大器模块（20)的参数值（70)。
5. 根据前述权利要求的任一项所述的方法，其中所存储的状态数据（82)包括放大器 模块（20)的参数值（70)，所述参数值（70)在确定不希望的状态前采集和/或在停用放大 器模块（20)前采集。
6. 根据前述权利要求的任一项所述的方法，还包括步骤： 确定另外的不希望的状态和存储涉及另外的不希望的状态的另外的状态数据（82)，使 得所述状态数据和所述另外的状态数据共同存储在非易失性存储器（70)中。
7. 根据前述权利要求的任一项所述的方法，还包括步骤：将所存储的状态数据（82)发 送给地面站。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中当所述放大器模块（20)从地面站获得相应的遥 控指令（28)时，发送所存储的状态数据（82)。
9. 根据权利要求7所述的方法，其中在所述放大器模块（20)再激活后，自动发送所存 储的状态数据（82)。
10. 根据权利要求7至9的任一项所述的方法，其中所存储的状态数据（82)在发送给 地面站后保持存储在非易失性存储器（70)中。
11. 一种用于通信卫星（10)的放大器模块（20)，包括： 放大器单元（30);以及 用于控制放大器单元（30)的控制装置（60); 其中所述控制装置￠0)包括非易失性的、可写的存储器（70)，当所述放大器模块（20) 不是由外部的电源（16)供电时，所述存储器（70)实施成用于存储放大器模块（20)的状态 数据（82); 其中所述控制装置（60)实施成用于实施根据权利要求1至10的任一项所述的方法。
12. 根据权利要求11所述的放大器模块（20)，其中所述控制装置（60)包括遥测组件 (68)，所述遥测组件（68)实施成用于采集放大器模块（20)的运行参数和/或可设置的参 数（80)作为状态数据（82)。
13. 根据权利要求11或12所述的放大器模块（20)，其中所述控制装置￠0)包括保护 功能组件（66)，所述保护功能组件（66)实施成用于分析放大器模块（20)的运行参数和/ 或可设置的参数（80)，以确定放大器模块（20)的不希望的状态。
14. 根据权利要求11至13的任一项所述的放大器模块（20)，还包括： 遥控指令接口（66)，所述遥控指令接口（66)实施成用于接收遥控指令（28)，所述遥控 指令（28)触发存储在非易失性存储器（70)中的状态数据（82)的发送。
15.根据权利要求11至14的任一项所述的放大器模块（20)，还包括： 作为放大器单元（30)的行波管。
【文档编号】H03F3/58GK104065357SQ201410102142
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2013年3月19日
【发明者】H.卡茨, G.赖因瓦尔德 申请人:特萨特－航天通讯有限责任两合公司