用于Ka波段行波管的反射式预失真线性化器

采用幂级数法分析得到了线性化器与行波管放大器相反的非线性特性,并建立了预失真放大器的幂级数模型。根据反并联二极管对电路能够产生奇次谐波的特点,利用反并联肖特基二极管对、正交混合电桥、二极管电路的匹配网络等结构,通过对各结构的分析优化,设计了用于Ka波段行波管的预失真线性化器。实验结果表明：该线性化器在29~31 GHz频段范围内能为行波管放大器的载波交调比带来最大19 dB的改善。     

Ka频段GaN功放的预失真线性化器设计

基于满足目前高效复杂的调制技术对功率放大器线性化度越来越高的需求的目的,采用模拟预失真技术设计了一种线性化器,用来改善Ka频段氮化镓(GaN)固态功放的非线性化失真。通过改进传统的并联式二极管预失真电路,采用开环技术,将两个肖特基二极管并联。改变二极管的偏置状态,得到不同的改善程度的预失真信号。结合使用专用电磁仿真软件ADS2013做电路仿真,通过参数扫描得到二极管偏置状态的初始值,为实物调试提供理论基础。通过对已加工的实物测试,结果表明：增益幅度补偿达到6.4dB,相位补偿达到28°。     

Ka波段宽频带行波管放大器线性化研究

线性化器是毫米波通信系统中的关键器件,在改善放大器的线性指标及提高通信质量等方面起着至关重要的作用。现阶段国内行波管放大器（TWTA）线性化技术尚不完善,无法满足通信技术发展的应用需求,因此线性化技术的研究刻不容缓。本文提出了一种新的宽频带模拟预失真线性化器结构,用来改善Ka波段TWTA的非线性特性。仿真结果表明,在26～30 GHz频率范围内,输入功率为−20～10 dBm,线性化器的增益扩张≥5.08 dB,相位扩张≥64.81 °。将线性化器与TWTA进行级联测试,中心频率的增益压缩≤3.12 dB,相位压缩≤2.31 °,三阶互调（IMD3）显著提高。     

用于固态功放反射式宽带预失真器设计方法

提出了一种特定增益和相位补偿的反射式宽带线性化器设计方法,并通过此方法设计了一种补偿固态功率放大器失真特性的预失真电路。利用肖特基二极管产生非线性补偿,根据电路拓扑结构,利用matlab优化工具找到单频点处特定增益补偿和相位补偿特性的并联负载值,改变频点,并重复上述步骤,可进一步得到特定增益和相位补偿所需的并联负载随频率的变化关系（即Z_L～f曲线）。利用ADS仿真软件优化设计使二极管后端阻抗随频率的变化逼近Z_L-f曲线。仿真的电路增益补偿和相位补偿分别为6 dB和?40°。最终实测频率范围为9.4～11.4 GHz,增益扩张在3.9～4.4 dB,相位补偿在?32.3°～?41.5°,频带特性良好,并且相对带宽达到了19.2%。通过改变二极管直流偏置电压,还实现了补偿曲线的斜率可调。     

一种用于预失真线性化器的宽带匹配技术

由于放大链路的增益波动以及不同频点之间非线性特性的差异,预失真器难以在不同的频点同时实现非线性特性匹配,即令整个频带内不同频点的线性度指标同时满足要求。由于预失真器和放大器之间的非线性失配,放大器在某些频点的非线性特性还会恶化。本文从线性化器与预失真器的宽带匹配出发,讨论了预失真线性化器与行波管放大器宽带匹配的条件以及非线性失配所带来的影响,当增益失配误差不大于1 dB时,在行波管放大器自身的三阶交调值不大于40 dB的非线性动态范围内,三阶交调下降幅度最大值为4.1 dB;通过采用级联增益补偿电路的方式,降低链路增益波动,实现预失真器和放大器的非线性匹配,真正拓展预失真线性化器的工作带宽。     

基于二极管Ka波段的新型可调预失真器

为了补偿不同类型功放的非线性特性,设计应用于Ka波段的可调预失真器,该电路基于三支线定向耦合器、肖特基二极管、微带线和负载电阻,产生预失真信号。通过调节肖特基二极管的偏置电压、微带线电长度及负载电阻可以提供不同的幅度和相位组合以满足不同类型的功率放大器线性化要求。仿真及实测结果表明,该预失真器在29～31 GHz频段范围内,用于行波管(TWTAs)线性化时可提供约6.5 dB的增益扩展和46的相位扩张;用于固态功率放大器(SSPAs)线性化时可提供约11 dB的增益扩展和35的相位压缩。     

一种双路矢量合成式毫米波预失真线性化器

针对目前行波管放大器模拟预失真技术中存在的幅度和相位特性关联性强的问题,提出一种双路矢量合成式预失真器。该预失真器由90电桥、模拟电调衰减器和反射式二极管预失真电路构成。根据理论分析和ADS软件仿真结果加工了实际电路并进行测试。实测结果表明：在工作频率29～31 GHz和额定输入功率区间内,该电路可实现与行波管特性相反的预失真性能;合理调整两支路偏置电压,可实现相位扩张改变30,而增益扩张变化量小于1 dB的性能,有效减小了模拟预失真器幅度和相位特性的关联性。     

Q波段宽频带线性化器设计

当前我国Q/V频段的低轨卫星互联网项目正在大力开展,宽带通信正在逐步发展。而国内相关线性化技术一般局限于较窄频带,相关研究尚不成熟。因此尽快研究设计宽频带线性化器十分有必要。采用适用于空间环境的模拟预失真技术,设计出针对卫星通信所用的行波管功率放大器（TWTA）的Q波段线性化器。其利用新型微带传输结构,结合肖特基二极管,可在毫米波频段实现超宽瞬时频带的线性化。在38～43 GHz（5 GHz）的瞬时频带内对TWTA的幅度失真以及相位失真有着很好的改善。线性化器在输入功率为−17～13 dBm的范围内,频带内幅度增益约为4.8～7.2 dB,相位扩张约为70°～88°。相对其他同类型线性化器,此线性化器对应频率较高,且可在很宽的瞬时频带内对TWTA实现比较稳定的线性化。     

Ka波段曲折双脊波导行波管的研究

提出了一种曲折双脊波导慢波结构,理论分析了慢波结构的高频特性,并在此基础上设计了工作在Ka波段的曲折双脊波导行波管.利用三维粒子模拟软件MAGIC 3D建立了曲折双脊波导行波管模型,并对行波管中的注-波互作用进行了模拟分析.在相同工作条件下,分析比较了曲折双脊波导行波管和曲折波导行波管的各种性能参量,从中发现：在行波管增益峰值相近的情况下,曲折双脊波导行波管具有更好的带宽性能,其3 dB增益带宽为22％;同时具有更高的电子效率,其峰值接近9％. 关键词： 曲折双脊波导 高频特性 注-波互作用 带宽     

Theoretical research on the performance of a practical helix travelling wave tube

On the basis of a rigorous field theory, two different physical models of attenuator and sever have been proposed. One is named High attenuation （HATT） model in which both attenuator and sever are considered as a unified attenuator, but the sever is regarded as an area of very high loss; the other is called Sever and attenuator （SATT） model in which the sever is modelled as a drift area in which the electric and magnetic fields both vanish. A complex function is derived and potential sinking effect is also considered. Thus, a set of more practical self-consistent equations of nonlinear beam-wave interaction is formulated. Simulations are carried out under the conditions of the two different physical models, and the simulation results are compared with the experimental data. The results show that in the case of single signal drive, the unknown second harmonic should be included for predicting the saturated output power. It is also evident that the SATT model and the HATT model predict the same physical nature, whereas the results predicted by the HATT model are much closer to the experimental data than those obtained from the SATT model. Therefore, these results provide a strong theoretical basis for designing broadband and high gain helix travelling wave tubes.     

220 GHz均匀永磁聚焦行波管电子光学系统的设计与实验研究

电子光学系统是行波管的核心部件之一,在太赫兹频段,电子束通道很小,导致高电流密度电子束的传输非常困难。基于220 GHz折叠波导行波管慢波结构设计所需束流参数,根据理论分析和电磁仿真软件,设计了一款采用均匀永磁聚焦对电子束进行约束的电子光学系统。仿真结果显示,当电子束通道直径0.3 mm、长度31 mm时,在阴阳极压差20 kV的条件下阴极发射电流141 mA,电子流通率100%。根据设计结果封接了流通管,实验结果显示,当阴阳极压差20 kV时,阴极发射电流138.5 mA,收集极电流125.5 mA,电子流通率91%。     

回旋行波管低加热功率阴极的研究

为降低回旋行波管阴极的加热功率,采用支持筒切缝和支持筒外加热屏的阴极结构,运用ANSYS有限元软件对该结构的切缝数目和切缝深度进行优化计算,并分析切缝和加热屏对阴极发射带温度分布的影响;给出了阴极发射带温度和切缝数目、切缝深度的关系。在发射带同等温度条件下,对比优化结构和原结构的加热功率。结果表明,改进后的结构使得加热功率下降了约40%, 大大降低了阴极的加热功率,为高性能回旋行波管热阴极的研制提供了一定的参考。     

同轴回旋行波放大器的理论和数值研究

给出了一组描述同轴回旋行波放大器中波束相互作用的非线性自洽方程组,对该放大器的运行特性进行了研究。得到：在小信号区,辐射场的增益随同轴波导的内外半径比b/a的增加而增加,达到饱和时的辐射功率仅略有下降;内外导体管壁上的功率损耗密度随b/a的增加而减小。采用电压为90kV,电流为10A,纵向速度零散度为3%,速率比为1的电子束,在34.26～36.78GHz的频率范围内,计算得到了峰值功率约230kW的微波输出,相应的增益和效率分别为46.6dB和25.5%,带宽为7%,内外导体管壁上功率的最大损耗分别为80和56W/cm2。     

回旋行波管电子枪阴极热分析

使用有限元分析软件ANSYS对回旋行波管电子枪阴极进行了热分析和形变分析,得到了阴极模型的温度分布和热形变。为了保持阴极发射带表面温度的均匀性,增大了发射带下端与导热介质的接触面积,同时减小了发射带上端处的加热线圈个数,发现温度差由原来的18 ℃减小到了0.9 ℃。在热分析的基础上进行了热形变分析,将形变量结果带入EGUN软件验证,发现电子注的速度比增大,横向、纵向速度零散以及引导中心半径也都有所增加。     

回旋行波管电子枪阴极热分析

使用有限元分析软件ANSYS对回旋行波管电子枪阴极进行了热分析和形变分析,得到了阴极模型的温度分布和热形变。为了保持阴极发射带表面温度的均匀性,增大了发射带下端与导热介质的接触面积,同时减小了发射带上端处的加热线圈个数,发现温度差由原来的18 ℃减小到了0.9 ℃。在热分析的基础上进行了热形变分析,将形变量结果带入EGUN软件验证,发现电子注的速度比增大,横向、纵向速度零散以及引导中心半径也都有所增加。     

相对论行波管慢波结构几何参数研究

推导了无引导磁场下具有离子通道的波纹波导中的色散方程,并通过数值计算分析了该慢波结构的几何参数如波纹周期、波纹深度以及波导平均半径对相对论行波管的带宽及增益的影响,为相对论行波管的设计提供了一定的依据。