Continuando com a nossa série de equipamentos que compõem um Uplink de satélite, explicaremos como funciona um HPA, do termo em inglês High Power Amplifier é um dos principais equipamentos no sistema de transmissão de sinais via satélite. Sendo as transmissões via satélite uma das responsáveis pelas transmissões de eventos ao vivo (como futebol, notícias), comunicação de dados e telefonia.
Um HPA é classificado de acordo com o componente do estágio de amplificação de potência de RF podendo ser:
Valvulado: Utiliza uma válvula como amplificador de Potência RF
Sendo dois tipos principais: TWTA ( Traveling Wave Tube Amplifier) que utiliza uma válvula TWT e o KPA (Klystron Tube Amplifier) utiliza uma válvula Klystron.
Estado Sólido: SSPA (Solid State Power Amplifier) utiliza semicondutores em seu módulo amplificador de potência RF, como o GaAs FET utiliza um FET com a tecnologia baseada no Arsenieto de gálio enquanto o GaN FET é baseado no Nitrido de gálio.
As bandas de frequências, que eles podem trabalhar são:
Banca C (5,85 a 6,425GHz)
Banda X (7,9 a 8,4 GHz),
Banda Ku (13,75 a 14,5 GHz)
Banda Ka (28 a 30 GHz)
Sendo que a banda X é de uso militar
Em um HPA as frequências de entrada e saída podem ser iguais, ou, com a utilização de BUC (Block Up Converter – Conversor de Subida) ter frequência de entrada convertida para a frequência de saída.
Quanto ao ambiente de operação, um HPA para operar em ambiente interno (Indoor) ou externo (Outdoor).
Apresentamos agora um diagrama básico de um TWTA.
O diagrama apresentado é de um TWTA sem BUC, sendo a frequência entrada e de saída iguais.
Após o conector de entrada e, entre todos os dispositivos ativos temos um Isolador de RF.
O Isolador de RF é um dispositivo passivo, ferromagnético, com duas portas (entrada e saída) que protege outros componentes de RF de sinais refletidos excessivos.
Outro componente é o módulo SSA, um pré-amplificador em estado sólido com ganho variável. É o módulo responsável por entregar o sinal com a potência necessária para Válvula e por variar o ganho do HPA.
A Válvula TWT é quem garante a alta potência do sinal de saída. Possui ganho fixo de aproximadamente 50 dB.
O isolador conectado na saída da válvula é em guia de onda. Em seguida vem os filtros para rejeitar os harmônicos e a banda de recepção e após eles um acoplador em guia de onda com três portas de monitoração, do acoplador o sinal vai para o conector de saída em guia de onda.
O acoplador possui duas portas para monitorar a potência de saída, uma conectada diretamente a um conector de monitoração do TWTA e outra para o circuito de monitoração através de um detector de RF.
A monitoração da potência refletida também é feita através de um detector de RF ligando a porta da potência refletida do acoplador ao circuito de monitoração.
O detector de RF recebe a amostra do sinal de RF e converte em nível de tensão proporcional ao nível de potência por ele recebido.
O acoplador de RF retira amostras do sinal que é enviado à saída do TWTA e do sinal refletido entregando nas três portas de monitoração uma amostra entre 40 e 50 dB abaixo do sinal de saída e do sinal refletido.
Um TWTA possui ainda os seguintes estágios:
Uma fonte de alimentação primária que converte a rede AC em uma tensão DC de aproximadamente 400 Vdc;
Uma fonte chaveada que vai transformar os 400 Vdc nas tensões de alimentação dos circuitos do TWTA, tensão do filamento da válvula e na tensão enviada a um transformador de Alta Tensão que junto com os de módulos de Alta tensão fornecerão as tensões necessárias para alimentar a válvula.
Ele também possui circuitos de proteção, monitoração e controle para garantir o bom funcionamento do TWTA e proteger de um mau funcionamento.
Os comandos se encontram no painel frontal no caso de TWTA indoor ou através de uma controladora no TWTA outdoor e ainda remotamente em ambos casos.
Apresentamos agora um diagrama básico de um SSPA.
O caminho do sinal de RF é similar ao TWTA com a diferença de usar um ou mais módulos semicondutores somando potência no lugar da válvula.
O uso de um BUC (Block Up Conveter) permite converter a frequência do sinal de entrada (950 a 1525 MHz) na frequência de saída utilizada. Serve tanto para os SSPAs quanto aos TWTAs.
Um SSPA possui também uma fonte de alimentação primária que converte rede AC e para uma tensão DC de aproximadamente 400 Vdc.
Uma fonte chaveada ou conversores DC/DC vão fornecer as tensões de alimentação dos circuitos do SSPA, com corrente alta para o módulo de potência, a partir dos 400 Vdc da fonte primária.
O SSPA também possui circuitos de proteção, monitoração e controle para garantir o bom funcionamento e proteção ao SSPA.
Os comandos se encontram no painel frontal no caso de SSPA indoor ou através de uma controladora no SSPA outdoor e ainda remotamente em ambos os casos.
Os principais parâmetros monitorados de um TWTA são:
a) Potência de Saída;
b) Potência Refletida;
c) Temperatura de Operação;
d) Alta Tensão da Válvula;
e) Tensão de Filamento da Válvula;
f) Corrente de Helix da Válvula
Enquanto os principais parâmetros monitorados de um SSPA são:
a) Potência de Saída;
b) Potência Refletida;
c) Temperatura de Operação;