电源纹波对行波管放大器性能影响的研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国船舶重工集团第七二三研究所 作者:张 薇

  定量地分析了行波管放大器中高压电源的纹波对行波管放大器输出性能产生的影响,根据分析制定合理的电源技术指标。通过有效的纹波抑制手段来提高行波管放大器的输出性能。

  行波管放大器由于其具有宽带、大功率的突出优点,在固体器件飞速发展的今天,仍然是现代雷达和电子干扰系统微波功率放大的核心部件。如何针对行波管的特点,设计出可靠的工作电源是保证武器装备可靠性的重要因素。对于行波管放大器而言,射频信号的功率放大,其实质是在输入射频信号的控制下将电源直流功率转换成高频功率,以期达到放大射频功率的目的。所以高压电源性能的好坏直接关系到行波管放大器的射频质量和整机的性能。

  而事实上,直流电源的输出电压并不是假想中的纯直流输出,其中包含有许多不需要的信号,它们通常表现为直流电压的幅度调制,称这种直流输出的幅度调制为纹波。当电源开始为行波管供电后,电源纹波对行波管放大器的输出信号就会产生不利影响,包括不需要的幅度调制(AM)、相位调制(PM)以及频率调制(FM)。通过分析纹波产生的原因,真空技术网(http://www.chvacuum.com/)认为就有可能预测这种不需要的副瓣出现在射频频谱的什么位置,通过某些有效手段,能更好的提高行波管放大器的性能指标。

1、电源纹波的产生及影响

  1.1、纹波的产生

  纹波是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号,指在额定输出电压、电流的情况下,输出电压中交流电压的峰峰值或有效值。狭义上的纹波电压,是指输出直流电压中含有的工频交流成分。

  纹波用示波器可以看到,在直流电压上下轻微波动,就像水平面上波动的水纹一样,所以被称为纹波(见图1)。

纹波示意图

图1 纹波示意图

  行波管电源的纹波来源于包含有多种交流电源频率的谐波。它们有可能来自于工频50Hz及其100,150Hz的谐波,400 Hz交流电源频率及其800、1200Hz的谐波,开关管10~500kHz开关频率及其谐波,开关器件1~100MHz的高频振荡以及输出滤波部分1~30MHz的谐振。

  1.2、纹波对行波管性能的影响

  一个典型的行波管开关电源由交流电网整流滤波供电,组成框图见图2。

行波管电源组成框图

图2 行波管电源组成框图

  这种不稳压的直流电压经50kHz开关送至升压变压器,变压器输出再经整流滤波后形成最终直流电压送至行波管,调整过程通过50kHz开关的占空比来实现。这种设计中直流输出纹波产生在交流馈电电源的各次谐波上限50,100,150Hz(通常100Hz的二次谐波分量最大)以及开关频率的各次谐波上限50,100,150kHz(通常100kHz的二次谐波分量最大),因高压输出滤波器的谐振还会有一些10~20MHz范围的低电平调制。这些不需要的调幅,调相和调频成分就会在微波输出部分产生相干、重复的边带。

  这些边带与微波载波的偏移量等于相应的电源输出纹波的频率,对每个纹波频率有两个边带:分布在载波频率的两侧,例如一个40kHz的电源纹波产生的不需要的边带在f0=±40kHz,这种不需要的边带为”残留”边带。

3、结论

  通过理论和实例本文定量分析了高压电源中电源纹波对行波管放大器性能指标产生的多种影响。综合考虑电源成本、电路复杂程度等多方面限制条件,通过本文中的各种计算可以制定出合理的电源指标规格书,将这种影响尽量减小,从而提高和优化整机的性能指标。

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