измерение режима лбв

299,19 Kb.НазваниеУлучшение выходных параметров спиральных спутниковых лбв в одно- и многочастотном режимахстраница1/2СИМОНОВ Дмитрий ЛазаросовичДата конвертации21.10.2012Размер299,19 Kb.Тип   1   На правах рукописиСИМОНОВ Дмитрий Лазаросович УЛУЧШЕНИЕ ВЫХОДНЫХ ПАРАМЕТРОВ СПИРАЛЬНЫХ СПУТНИКОВЫХ ЛБВ В ОДНО- И МНОГОЧАСТОТНОМ РЕЖИМАХСпециальность 05.27.02 вакуумная и плазменная электроникаАвтореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наукСаратов 2011 Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Саратовский государственный технический университет» и ФГУП «НПП «Алмаз» Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, Царев Владислав Алексеевич Официальные оппоненты: -доктор технических наук, профессор Фурсаев Михаил Александрович-доктор физико-математических наук, профессор Григорьев Юрий Алексеевич Ведущая организация: ОАО «НПП «Контакт», г. Саратов Защита состоится «16» июня 2011 г. В 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.242.01 при Саратовском государственном техническом университете по адресу: 410054 г. Саратов, ул. Политехническая, 77, Саратовский государственный технический университет, ауд. 401/2.С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке Саратовского государственного технического университета.Автореферат разослан «___» мая 2011 г.Ученый секретарь диссертационного совета Димитрюк А.А.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность проблемы. Лампы бегущей волны (ЛБВ) остаются одним из основных типов электровакуумных приборов СВЧ. ЛБВ используются в качестве выходных широкополосных усилителей аппаратуры радиосвязи, обеспечивающей передачу информации на большие расстояния, применяются в бортовой и наземной аппаратуре систем спутниковой связи, а также в качестве усилителей станций магистральных радиорелейных линий связи и в передатчиках радиолокационных станций различного назначения. В системах спутниковой связи широкое применение находят узкополосные спиральные ЛБВ с шириной рабочей полосы не более 5 10%. К этим ЛБВ предъявляется комплекс противо]речивых требований, обусловленный условиями их работы в бортовой и наземной ра]диотехнической аппаратуре систем спутниковой связи. Кроме необходимости получения высокого КПД это, прежде всего требование минимальных нелинейных искажений усиливаемых сигналов. В системах спутниковой связи необходимо усиливать либо один сигнал, либо одновременно несколько сигналов с близкими частотами. Поэтому в ЛБВ, как и в любом нелинейном элементе, возникают следующие искажения: изменение фазы сигнала на выходе в зависимости от уровня входного сигнала, появление в спектре выходного сигнала составляющих с частотами, кратными частотам усиливаемых сигналов, а также сигналов на суммарной частоте, появление комбинационных составляющих. Операторы спутниковой связи выдвигают жесткие требования к уровню комбинационных составляющих. Например, по регламенту ОАО «Российские космические системы» уровень комбинационных составляющих третьего порядка должен составлять не более -20 дБ от уровня полезных сигналов. В результате приходится снижать выходную мощность ЛБВ до достижения слабонелинейного (рабочего) участка амплитудной характеристики. Выходная мощность при этом должна быть на 3 6 дБ меньше, чем мощность насыщения лампы. Следовательно, на рабочем участке сильно уменьшается электронный КПД. Поэтому для повышения КПД спутниковых ЛБВ обычно применяют ре]куперацию энергии электронов в многоступенчатом коллекторе. Однако в режиме подачи постоянных потенциалов на ступени коллектора возможности для увеличения КПД за счет рекуперации ограничены. Важным стимулом к повышению КПД и, следовательно, к уменьшению массы спутниковой ЛБВ, остаются экономические требования. Например, уменьшение мощности источника питания на 1 Вт дает экономию в 5500 евро, а уменьшение массы на 1 кг в 55000 евро. Поэтому для ЛБВ, используемых в системах спутниковой связи, актуальными задачами являются: увеличение КПД на слабонелинейном участке, а также уменьшение нелинейных искажений при многочастотном взаимодействии на всем участке амплитудной характеристики. Однако эти две задачи противоречивы, следовательно, решить их можно только в результате оптимизации всего комплекса выходных параметров СВЧ усилителя, включая параметры вторичных источников электропитания. Улучшению выходных параметров спутниковых ЛБВ посвящено много теоретических исследований, связанных с именами известных отечественных и зарубежных ученых: Кудряшова В.П., Мякинького Ю.П., Милютина Д.Д., Баширова Р.А., Азова Г.А., Нудельмана Я.Е., Солнцева В.А. Каца А.М., Сивякова Б.К., Wallander S., Nilsson O., Strauss R., Kosmahl H.G., Rowe J. и др. В результате интенсивного развития теории ЛБВ с неоднородными замедляющими системами (ЗС) предсказана возможность повышения КПД до 80%. Исследованы различные пути уменьшения нелинейных искажений в многочастотном режиме. Однако экспериментальных работ в этой области сравнительно мало. Вопросы, связанные с улучшением комплекса энергетических и массогабаритных параметров всего СВЧ усилителя, выполненного на основе ЛБВ, включая параметры и режимы работы вторичного источника питания, в режиме усиления одно- и многочастотного сигналов недостаточно изучены. Кроме того, для инженерной практики важно найти, на основе проведенных экспериментов, приближенные выражения, которые позволили бы разработчикам новых систем спутниковой связи оперативно предсказать, хотя бы на начальной стадии проектирования, оптимальные режимы работы этих приборов. Исходя из вышеизложенного, проблема создания мощных высокоэффективных спиральных ЛБВ с минимальными габаритами и массой, предназначенных для использования в качестве выходных усилителей в станциях спутниковой связи, является актуальной в настоящее время. Цель работы: повышение КПД спиральных ЛБВ в составе СВЧ усилителя для спутниковой связи, работающих в режиме усиления одно- и многочастотного сигналов с минимальным уровнем нелинейных искажений в рабочем диапазоне частот усиливаемых сигналов. Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи: Исследование и анализ, известных к настоящему времени, путей увеличения КПД спиральных ЛБВ и способов уменьшения нелинейных искажений при многочастотном взаимодействии. Экспериментальное исследование амплитудно-фазовых характеристик и спектра выходного сигнала в одночастотном и двухчастотном режимах работы; и разработка методик уменьшения нелинейных искажений в ЛБВ (уровня комбинационных составляющих и коэффициента амплитудно-фазового преобразования) в двухчастотном режиме, при сохранении высокой эффективности взаимодействия на основных частотах. Теоретическое и экспериментальное исследование влияния разброса по энергиям электронов в многоступенчатом коллекторе при различных режимах рекуперации и усиления сигналов в спиральной ЛБВ, и определение путей дальнейшего улучшения выходных параметров усилителя мощности, выполненного на основе этого прибора. Обобщение результатов проведенных исследований. Выработка рекомендаций для создания промышленного выпуска усилителей, выполненных на основе спутниковых ЛБВ, соответствующих современному уровню технического прогресса. Научные положения и результаты, выносимые на защиту: Для существенного снижения уровня комбинационных составляющих третьего порядка (на 10 15 дБ) в ЛБВ, работающей в двухчастотном режиме усиления, достаточно подать на ее вход третий дополнительный немодулированный сигнал с амплитудой, соответствующей уровню насыщения по суммарной выходной мощности, отстроенный по частоте на 5 15%, с произвольной

Улучшение выходных параметров спиральных спутниковых лбв в одно- и многочастотном режимах

Улучшение выходных параметров спиральных спутниковых лбв в одно- и многочастотном режимах