[发明专利]宽带大功率行波管放大器

说明书

技术领域

本发明涉及大功率信号模拟器技术领域，尤其涉及一种宽带大功率行波管放大器。

背景技术

现有场效应行波管放大链式放大器(GFET-TWT)包括场效应放大器(FET)和行波管(TWT)，输入信号Pin分别经过FET和TWT的放大输出Pout。

现有链式放大器的放大倍数为FET和TWT的放大倍数G1和G2之和。其中FET的放大倍数G1通常不会改变，但是，TWT的功率特性曲线不是全范围呈线性，当TWT的输入功率超出一定范围时，输入功率与输出功率之间失去线性关系。可见，如果采用图1所示的放大器结构，整个放大器的动态范围较小。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种宽带大功率行波管放大器，能够提高整个放大器的动态范围。

该行波管放大器包括场效应放大器、数控衰减器、行波管、行波管电源和控制中心；

场效应放大器的输入端接收射频输入信号Pin，场效应放大器的输出端连接数控衰减器的输入端，数控衰减器的输出端连接行波管的功率输入端，行波管的功率输出端射频输出信号Pout；控制中心向场效应放大器提供射频输入信号Pin，通过向数控衰减器发送控制字调整数控衰减器的衰减频率G3，控制中心还通过行波管电源控制行波管的栅极电压Ug和同步电压Uh，并且采集行波管的输出射频信号Pout；

控制中心设置n组行波管参数，每组行波管参数包括Ug和Uh；

针对每组行波参数进行测试；每次测试时，控制中心通过行波管电源将当前组的行波管参数通过行波管电源加载到行波管，进行饱和特性测试和线性特性测试；较佳地，还可以包括谐波特性测试；

在饱和特性测试中，控制中心依次向场效应放大器输入各种频率的输入射频信号Pin，针对每个频率点的输入射频信号Pin，控制中心通过向数控衰减器发送控制字，令数控衰减器的衰减倍数G3从其固有最大衰减值减小；控制中心采集行波管的输出射频信号Pout，通过检查Pout的变化量是否跟随G3的变化，判断行波管是否进入饱和；在判定进入饱和时，将前一个G3的值作为保持线性允许的最小数控衰减值G3min记录下来；

通过对每个频率点进行相同的饱和特性测试，得到各频率点对应的最小数控衰减值G3min，形成饱和特性曲线；

在线性特性测试中，控制中心依次向场效应放大器输入各种频率的射频输入信号Pin，针对每个频率点的射频输入信号Pin，控制中心通过向数控衰减器发送控制字，令数控衰减器的衰减倍数从当前频率点对应的G3min开始增大，控制中心采集行波管的输出信号Pout，通过检查Pout的变化量是否跟随G3的变化，判断行波管是否进入退出线性区域；在判定退出线性区域时，将前一个G3的值作为保持线性允许的最大数控衰减值G3max记录下来；

通过对每个频率点进行相同的线性特性测试，得到各频率点对应的最大数控衰减值G3max，进一步计算各频率点对应的动态范围ΔG3＝G3max-G3min，形成线性特性曲线；

为了使得本发明获得的行波管参数和衰减倍数更为准确，本发明还进行谐波特性测试。在谐波特性测试中，控制中心依次向场效应放大器输入各种频率的射频输入信号Pin，针对每个频率点的射频输入信号Pin，采用频谱分析仪，读取输出射频的频谱图，从频谱图中获取谐波特性，即主波和谐波峰值之差；

通过对每个频率点进行相同的谐波特性测试，得到各频率点的谐波特性；

通过采用n组行波管参数进行上述测试，得到9组数据；

从n个线性特性曲线中，查找每个频率点对应的最大动态范围ΔG3，将最大ΔG3对应的Ug和Uh作为相应频率点的行波管最佳工作参数Ug’、Uh’；如果针对某个频率点，选取的行波管工作最佳参数值所对应的谐波特性较差，则应该从排除当前Ug’和Uh’的其他参数中重新选取行波管工作最佳参数。

针对每个频率点，从行波管使用最佳工作参数时的饱和特性曲线中查找该频率点对应的G3min，作为该频率点的数控衰减器最佳衰减倍数G3’；

记录各频率点对应的G3’、Ug’、Uh’，形成关系表；

该宽带大功率行波管放大器在实际工作时，控制中心根据射频输入信号的频率f1查找关系表，找到f1对应的衰减倍数G3’，向数控衰减器发送查找到的衰减倍数G3对应的控制字，找到频率f1对应的Ug’和Uh’，通过接口发送到行波管电源，由行波管电源向行波管实施相应的栅极电压和同步电压；数控衰减器和行波管工作在设定参数下，进行信号放大。