[发明专利]用于双行波管放大器的功率管理系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于双行波管放大器的功率管理系统。它尤其应用于通信卫星。

背景技术

通信卫星通常包括平台和有效负载，后者包括所有设备，尤其是用于产生以及发送高功率无线射频信号——下文中称作RF信号——到地面的所有装置。不同的已知技术被用于发送高功率RF信号。

第一种技术基于固态技术，包含固态功率放大器，通常称为SSPA(solid state power amplifier)。SSPA尤其是具有不能够管理RF功率的通常需要水平的缺点。

第二种技术基于行波管放大器的使用，下文中称为TWTA(travelling wave tube amplifier)。TWTA明显地包括行波管，下文中称为TWT(travelling wave tube)。现今通信卫星有效负载广泛使用TWTA。TWTA是用于高功率RF传输通道的尤其有效的器件，并且允许超高水平的传输RF功率的管理。TWTA依赖基于管(tube)的技术，其需要非常精确的调谐，不仅是在制造水平上而且涉及电气接口的精确性。下面参考图1非常详细的描述了一个TWT，其基本包括RF输入、RF输出、螺旋线、和电极，所述电极包括发射电子形成的电子束的阴极、聚焦该电子束的阳极，通常被称为“阳极零”或“阳极0”、以及多个集电极。通常，阴极电流通过通常被称为“推移因子”(pushing factor)的因子与阳极零电压相关。可以发现阳极零电压在下文中是指阳极零电极和阴极之间的电位差。然而可以理解，本领域普通技术人员同样可以通过考虑相对于螺旋线电位或任何其他参考电位的阳极零电压来实现本发明。

TWTA通常包括TWT，TWT与电子功率调节装置相关联，该电子功率调节装置下文中称为EPC，其目的是为TWT提供所需电子操作条件以及将所需的功率水平从电源传送到TWT。EPC通常是通过主总线提供能量的DC-DC功率转换器，产生TWT包含的每个电极所需的电压水平，允许以精确的水平保证TWT性能，即：TWT的线性化、效率以及功率传输的稳定性。

更具体的，被称为LTWTA的现有的TWTA，表示线性化的TWTA，其进一步包括目的在于调节TWT的RF输入的RF信号水平以及为明显由TWT引起的虚假非线性现象提供补偿的附加线性前置放大器。

双TWTA是特定的TWTA，基本上由一个EPC驱动的两个TWT组成。为了提供更高的功率输出RF信号，TWT于是可以同时且独立地或者结合RF使用。因此，双TWTA可以被认为是下列子功能的集合：

●目的在于通过2个独立通道向RF信号传输DC功率的两个TWT，

●目的在于为两个TWT提供电源和电极极化的一个EPC。

同样地存在双LTWTA，其包括上述子功能以及目的在于调节两个TWT各自输入的RF信号并且为其线性误差提供补偿的两个线性前置放大器。

双TWTA的一个主要缺点在于第二TWT的开启管理：事实上，为了避免TWT电子束出现任何散焦，只有当达到某一阴极温度的时候才应用高电压。因此双TWTA的EPC通常包括管理阴极预热阶段的装置。因此，在开启第二TWT时，第二TWT阴极达到其操作温度的时间时，通过第一TWT的通道被中断，该时间的可能是几分钟量级。因此这种现象意味着通信中断，这与在卫星通道操作性方面的操作者要求是矛盾的。

目的在于减轻上面提到的缺点的一种现有的解决方案可以用LTWTA实现，基本包括在卫星任务期间非常早地开启第二TWT并且使其在操作中实际上不使用的所有时间内处于“无驱动”操作模式。“无驱动”操作模式也可以称为“RF静音”模式，其通过线性前置放大器管理。“RF静音”模式基本上是其中没有RF信号在TWT中传导通过的模式。这种解决方案可以减轻明显地由无用功率和相关热量管理限制引起的卫星有效负载。实际上，由于不使用的第二TWT在无驱动模式下操作，当第一TWT被操作时，第二TWT仍然继续消耗DC功率并散发热量。

现有的另一方案基本上包括使用EPC的功率灵活性功能，其主要包括通过调整阴极电流来设置最佳操作点或饱和点来调整TWT功率。这种方案允许设置输出功率命令到其最小值，即：典型衰减3dB。这也允许减少功率但是还没有达到本发明目标提出的程度。

发明内容

本发明的一个目标是至少减轻上述缺点，通过提出用于双行波管放大器或双TWTA的功率管理系统防止当独立操作两个TWT时的任何通信中断，同时不显著地影响整体有效负载功率消耗。

本发明的进一步的优点是能够通过几乎不花钱的且几乎无重量的设备实现，因而不会显著影响卫星有效负载。