资源描述：
《s波段2kw连续波功率合成技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、S波段2kW连续波功率合成技术第19卷第1期2007年1月强激光与粒子束HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSVoI.19,NO.1Jan.,2007文章编号:i001—4322(2007)01—0095—04S波段2kW连续波功率合成技术杨永辉,郑贵强(中国工程物理研究院电子工程研究所,四川绵阳621900)摘要:介绍了S波段基于行波管放大器的2kW连续波功率合成技术.对大功率合成效率以及影响幅相一致性的原因进行了分析.在分析的基础上设计了2kW连续波功率合成放大器,阐述了幅度均衡的实现方法,相位均衡的实现方法和合成器的击穿保护措施,并开展了实验研究,实验结果表明:采取
2、幅相均衡技术以后,合成效率大于95.关键词:行波管;放大器;功率合成;均衡;击穿中图分类号:TN73文献标识码:As波段大功率合成技术是电子对抗,卫星测控和深空探测中的关键技术之一.为了在S波段获取更大的射频功率,基于行波管放大器的功率合成技术越来越受到关注.相位与幅度的控制技术是基于行波管功率合成的关键.行波管放大器相位与幅度的不一致将严重影响合成效率,而相位不匹配是行波管的固有特性[1].影响行波管放大器相位与幅度的因素很多,其影响程度随频段的变化而变化,因此,不同频段的相位与幅度的控制技术也不相同.对于基于行波管放大器的S波段2kW连续波的功率合成,采取何种措施尽量保证各路放大器输出的幅
3、度和相位一致,从而使得在宽带范围内合成效率达到9O9/6或者更高,是功率合成的关键所在.为了获得高的合成效率,从理论分析和幅相不一致的原因分析入手,设计了高效率的功率合成方案.1合成效率的理论分析功率合成的实质是多个矢量相加,使得总输出低于多路输出之和.一般情况下,行波管放大器的输出信号有着不同的幅度和相位.以两管合成为例,.和.为单只行波管的电压幅值,它们在某一频率处的相位差为,根据矢量叠加原理,假设两只行波管的慢波结构具有相同的特性阻抗,则它们的合成功率为P一(P-+Pz)(1)式中:点一IV./V.I=_表示幅度差,P.和P.分别是第一路放大器和第二路放大器的输出功率.由公式(1)可得合
4、成效率(合成功率除以各路输入功率之和)为.P点0+2kcosq~+1-["out一一(2)利用Matlab软件仿真,可以得到合成效率和两路放大器幅度差点以及相位差的关系曲线,如图1所示.由图1可以看出,行波管放大器的合成效率和幅度差点以及相位差两个变量有关,当幅度差点≥0.9,相位差≤3O.时,合成效率大于859/6,而且相位差比幅度差对合成效率的影响更明显.所以,在实际应用时,若能很好地控制行波管放大器之间的相位差和幅度差,则可以获得比较理想的输出功率.～:.....Fig.1Relationshipbetweencombiningefficiencyandamplitudedifferen
5、ce/phasedifference图1合成效率与幅度差,相位差的关系2幅相不一致的原因分析行波管放大器在工作频带内的幅度变化是由于电子束对螺线和阻抗的依赖性引起的.调幅/调幅(AM/*收稿日期:2006—08—24;修订日期:2006—12—14基金项目:国家863计划项目资助课题作者简介:杨永辉(1973一),副研究员,硕士,从事发射机和电子对抗研究工作Iyounphy@163.corn.强激光与粒子束第19卷AM)转换是影响幅度不一致的重要原因,AM/AM转换是测量射频输入驱动的变化(例如传输曲线斜率变化)引起射频输出功率变化情况的指标.通常用输出功率与输入功率关系曲线的斜率来表示,单位
6、为dB.文献[1]中示出了行波管的典型高频输出与输入的关系曲线,并且示出了增益和AM/AM转换与高频输入功率的关系.在线性区,AM/AM转换系数为1dB/dB;在饱和区,AM/AM转换系数为0dB/dB.具有较高变换效率的行波管工作在频带高端时增益将扩展,这是由于螺线在全频带范围内无法匹配减速下的电子束引起的,这时行波管处于过驱动状态,使得电子束散焦,是非理想状态.行波管可以看成一个非线性的双口慢波网络,为了达到小体积,高增益和高效率的目标,行波管的高频电路往往设计为正常色散和高阻抗的螺旋线型慢波结构,这种结构将会引起很大的相位变化.任何影响电子束速度的因素都将使射频输出信号的相位变化.当射频
7、驱动电平增加达到非线性区后,由于激励信号的增大,引起从电子束中拉出的能量增大,使电子束速率下降,导致行波管的相移量增加.这种现象称作调幅/调相(AM/PM)转换.文献[1-1示出了相移量随输入功率变化的典型曲线.在线性区,相移相对输入功率不十分敏感;当行波管饱和后,相移量的变化随之增大.AM/PM的峰值在低于饱和输出几dB时出现,同时和频率有关(对于一个给定的螺旋线设计,其值随频率增加而增加).如
