[發明專利]用于雙行波管放大器的功率管理系統

有效

• 申請號: 201110393356.2
• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN102457238A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: E·屈涅;D·安德蘭;E·托內洛
• 申請（專利權）人: 泰勒斯公司
• 主分類號: H03F3/58
• 分類號: H03F3/58
• 代理公司: 北京戈程知識產權代理有限公司 11314
• 代理人: 程偉;王錦陽

技術領域

本發明涉及一種用于雙行波管放大器的功率管理系統。它尤其應用于通信衛星。

背景技術

通信衛星通常包括平臺和有效負載，后者包括所有設備，尤其是用于產生以及發送高功率無線射頻信號——下文中稱作RF信號——到地面的所有裝置。不同的已知技術被用于發送高功率RF信號。

第一種技術基于固態技術，包含固態功率放大器，通常稱為SSPA(solid?state?power?amplifier)。SSPA尤其是具有不能夠管理RF功率的通常需要水平的缺點。

第二種技術基于行波管放大器的使用，下文中稱為TWTA(travelling?wave?tube?amplifier)。TWTA明顯地包括行波管，下文中稱為TWT(travelling?wave?tube)。現今通信衛星有效負載廣泛使用TWTA。TWTA是用于高功率RF傳輸通道的尤其有效的器件，并且允許超高水平的傳輸RF功率的管理。TWTA依賴基于管(tube)的技術，其需要非常精確的調諧，不僅是在制造水平上而且涉及電氣接口的精確性。下面參考圖1非常詳細的描述了一個TWT，其基本包括RF輸入、RF輸出、螺旋線、和電極，所述電極包括發射電子形成的電子束的陰極、聚焦該電子束的陽極，通常被稱為“陽極零”或“陽極0”、以及多個集電極。通常，陰極電流通過通常被稱為“推移因子”(pushing?factor)的因子與陽極零電壓相關。可以發現陽極零電壓在下文中是指陽極零電極和陰極之間的電位差。然而可以理解，本領域普通技術人員同樣可以通過考慮相對于螺旋線電位或任何其他參考電位的陽極零電壓來實現本發明。

TWTA通常包括TWT，TWT與電子功率調節裝置相關聯，該電子功率調節裝置下文中稱為EPC，其目的是為TWT提供所需電子操作條件以及將所需的功率水平從電源傳送到TWT。EPC通常是通過主總線提供能量的DC-DC功率轉換器，產生TWT包含的每個電極所需的電壓水平，允許以精確的水平保證TWT性能，即：TWT的線性化、效率以及功率傳輸的穩定性。

更具體的，被稱為LTWTA的現有的TWTA，表示線性化的TWTA，其進一步包括目的在于調節TWT的RF輸入的RF信號水平以及為明顯由TWT引起的虛假非線性現象提供補償的附加線性前置放大器。

雙TWTA是特定的TWTA，基本上由一個EPC驅動的兩個TWT組成。為了提供更高的功率輸出RF信號，TWT于是可以同時且獨立地或者結合RF使用。因此，雙TWTA可以被認為是下列子功能的集合：

●目的在于通過2個獨立通道向RF信號傳輸DC功率的兩個TWT，

●目的在于為兩個TWT提供電源和電極極化的一個EPC。

同樣地存在雙LTWTA，其包括上述子功能以及目的在于調節兩個TWT各自輸入的RF信號并且為其線性誤差提供補償的兩個線性前置放大器。

雙TWTA的一個主要缺點在于第二TWT的開啟管理：事實上，為了避免TWT電子束出現任何散焦，只有當達到某一陰極溫度的時候才應用高電壓。因此雙TWTA的EPC通常包括管理陰極預熱階段的裝置。因此，在開啟第二TWT時，第二TWT陰極達到其操作溫度的時間時，通過第一TWT的通道被中斷，該時間的可能是幾分鐘量級。因此這種現象意味著通信中斷，這與在衛星通道操作性方面的操作者要求是矛盾的。

目的在于減輕上面提到的缺點的一種現有的解決方案可以用LTWTA實現，基本包括在衛星任務期間非常早地開啟第二TWT并且使其在操作中實際上不使用的所有時間內處于“無驅動”操作模式。“無驅動”操作模式也可以稱為“RF靜音”模式，其通過線性前置放大器管理。“RF靜音”模式基本上是其中沒有RF信號在TWT中傳導通過的模式。這種解決方案可以減輕明顯地由無用功率和相關熱量管理限制引起的衛星有效負載。實際上，由于不使用的第二TWT在無驅動模式下操作，當第一TWT被操作時，第二TWT仍然繼續消耗DC功率并散發熱量。

現有的另一方案基本上包括使用EPC的功率靈活性功能，其主要包括通過調整陰極電流來設置最佳操作點或飽和點來調整TWT功率。這種方案允許設置輸出功率命令到其最小值，即：典型衰減3dB。這也允許減少功率但是還沒有達到本發明目標提出的程度。

發明內容

本發明的一個目標是至少減輕上述缺點，通過提出用于雙行波管放大器或雙TWTA的功率管理系統防止當獨立操作兩個TWT時的任何通信中斷，同時不顯著地影響整體有效負載功率消耗。

本發明的進一步的優點是能夠通過幾乎不花錢的且幾乎無重量的設備實現，因而不會顯著影響衛星有效負載。