星载X频段1600 W高幅相一致性脉冲行波管放大器

黄微波; 杨飞; 李晖; 陈倩雯; 付浩

doi:10.11884/HPLPB202032.200100

星载X频段1600 W高幅相一致性脉冲行波管放大器

doi: 10.11884/HPLPB202032.200100

空间技术研究院西安分院，西安 710100

详细信息

作者简介:
黄微波（1984—），硕士，高级工程师，主要从事行波管放大器技术、线性化技术研究；hwb124107@sina.com

中图分类号: TN124+.2
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出版历程
- 收稿日期: 2020-04-29
- 修回日期: 2020-06-08
- 网络出版日期: 2020-06-12
- 刊出日期: 2020-08-13

X-band 1600 W wideband amplitude-phase coherence pulsed TWTA for space application

China Academy of Space Technology (Xi’an), Xi’an 710100, China

摘要

摘要: 空间高分辨率合成孔径雷达（SAR）系统对大功率脉冲行波管放大器的带宽、输出脉冲能力、幅相一致性提出了更高的要求，基于宽带功率合成的kW级脉冲行波管放大器技术是空间应用的关键技术问题。研究了大功率脉冲行波管放大器宽带高幅相一致性控制技术和宽带功率合成技术，提出了空间用小型化脉冲双路合成行波管放大器集成结构，在3 GHz宽带内，实现了大于95%的合成效率，多台产品相位一致性≤±10°。
- 星载 /
- 合成孔径雷达 /
- 功率放大器 /
- 空间行波管 /
- 功率合成
Abstract: The spatial high-resolution synthetic aperture radar (SAR) puts forward very high requirements for bandwidth, output power and amplitude-phase consistency of the pulsed TWT amplifier. The kW class pulsed TWT amplifier based on broadband power combining is the key technology for space SAR applications. This paper studies the wideband high amplitude-phase consistency control technology and wideband power combining technology of the proposed amplifier. The space amplifier dual-channel power combining integrated architecture is proposed. More than 95% synthesis efficiency is achieved within 3 GHz bandwidth, and consistency of multiple products is less than ±10°.
- space application /
- synthetic aperture radar /
- power amplifier /
- TWT /
- power combining

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图 1 PTWTA原理框图

Figure 1. Schematic of PTWTA

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图 2 不同行波管归一化输入功率/相位随频率的变化

Figure 2. P_in and phase coherence of different TWTs vs frequency

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图 3 效率(η)与$r$和关系$\Delta \theta $

Figure 3. Efficiency (η) vs $r$ and $\Delta \theta $

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图 4 TWT输出幅度、相位随输入功率变化关系

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图 5 均衡器电路模型

Figure 5. Simulation model of equalizer

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图 6 预放增益均衡器曲线随谐振电阻变化曲线

Figure 6. SSPA gain vs resistor and frequency

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图 7 预放增益均衡器测试曲线

Figure 7. Test curves of equalizer

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图 8 时延和补偿相位随电压变化趋势

Figure 8. Delay and phase vs voltage

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图 9 相位补偿原理

Figure 9. Phase compensation

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图 10 5台X频段1 600 W PTWTA幅度一致性

Figure 10. Amplitude coherence of 5 PTWTAs

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图 11 5台X频段1600 W PTWTA相位一致性测试

Figure 11. Phase coherence of 5 PTWTAs

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图 12 真空试验输出功率情况

Figure 12. Performance in thermal vacuum test

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表 1 EPC主要性能指标表

Table 1. EPC main parameters

cathode voltage/kV	power density/kW	duty cycle/%	repeat frequency/kHz	weight/kg	power efficiency/%
9	1.3	22	1～10	≤2.6	≥91

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表 2 TWT的主要性能指标

Table 2. TWT main parameters

output power（peak）/W	cathode voltage/kV	duty cycle/%	weight/kg	power efficiency/%	phase coherence/（°）
≥900	8.5	20	≤1.5	45～52	−20～20

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表 3 PTWTA性能指标

Table 3. PTWT main characteristics

operating frequency	operating band width/MHz	peak power （single）/ W	gain flatness/ dB	duty cycle/%	pulse waveform drop/ dB	power efficiency/%
X-band	≥3000	≥1770	≤1.2	22	≤0.2	≥36

phase congruency/（°）	saturated gain/ dB	repeat frequency/ kHz	EPC related spurious modulation/55 dBc	bus voltage/ V	RF interface （input）	RF interface （output）
≤±10	≥85	1～10	≥	78～105.6	SMA	WR90

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