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行波管放大器

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1 行波管放大器 -行波管放大器定義

  行波管功率放大器(英文:Traveling-wave tube amplifier,簡稱TWTA)是衛星通信星載系統中重要的高功放元件,TWTA的非線性特性會使多載波信號產生交調成份,導致交調失真、鄰道干擾,影響通信系統的性能。

  AR的行波管高功率是由射頻單元和電源單元兩部分組成,它們之間的連接框圖如圖1所示,三相電源從射頻單元輸入,它再通過介面J10將三相交流電源饋送給電源部分,電源部分提供給射頻部分高、低壓,同時完成對射頻部分的監控功能。

2 行波管放大器 -行波管功率放大器性能

  行波管功率放大器是衛星地球站上行系統的關鍵部件,行波管沒有採用速調管的獨立諧振腔結構,因此具有頻帶寬的特點,頻率範圍為5.85~6.65GHz;在高電壓、大電流狀態下工作,可以獲得比固態放大器高得多的輸出功率,在6 GHz工作頻段,額定輸出功率可達2.25kW,是地球站抗惡意干擾的有效武器。

  AR的行波管高功率放大器採用固態中功率放大器作為激勵器,一方面降低了行波管的增益要求,有助於提高效率、減少體積與重量;另一方面可極大地降低整個放大鏈路的雜訊係數。

  由於固態中功率放大器的引入,降低了行波管的增益要求,這不僅增強了其寬頻功率的能力,而且降低了對電壓的要求,提高了可靠性。

  此外,行波管的散熱能力要比固態放大器大得多,AR的行波管高功率放大器採用多級降壓收集極回收部分電子注能量,可極大地提高行波管的效率,效率可達45%。

3 行波管放大器 -行波管放大器工作原理

  行波管放大器,是通過電磁場與電子注發生能量交換使高頻信號得以放大的微波真空器件,行波管是靠連續調製電子注的速度來實現放大功能的微波電子管。行波管在結構上包括電子槍、慢波電路、集中衰減器、能量耦合器、聚焦系統和收集極等部分。在行波管中,電子注與慢波電路中的微波場發生相互作用。微波場沿著慢波電路向前行進。為了使電子注同微波場產生有效的相互作用,電子的直流運動速度應比沿慢波電路行進的微波場的相位傳播速度(相速)略高,稱為同步條件。輸入的微波信號在慢波電路建立起微弱的電磁場。電子注進入慢波電路相互作用區域以後,首先受到微波場的速度調製。電子在繼續向前運動時逐漸形成密度調製。大部分電子群聚於減速場中,而且電子在減速場滯留時間比較長。因此,電子注動能有一部分轉化為微波場的能量,從而使微波信號得到放大

4 行波管放大器 -應用範圍、優點及缺點

  目前,在廣播電視衛星傳輸領域,大多採用行波管功率放大器(TWTA)作為上行傳輸功率放大器,行波管功放具有輸出功率大(Ku頻段可以到2KW、C頻段可以到3KW)、工作帶寬範圍寬(一般為750MHz,可擴展至1250MHz)、效率高(一般可以達到25%左右)等特點,是目前固態功率放大器(SSPA)很難達到的性能指標,但行波管功放與固態功放相比也有一些缺點,如平均無故障工作時間(MTBF)短(行波管功放為:3萬小時左右;固態功放為:5萬小時左右),多載波工作時功率回退大(行波管功放一般要回退4-6dB;固態一般只回退3dB),同時,由於行波管功率放大器屬於真空電子管放大器,其工作在高壓環境中,因此其工作的可靠性、穩定性不如固態功率放大器。即便如此,在大功率(功率大於200W以上)應用方面,行波管功放的性價比還是比固態功率放大器高的。

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