新型大功率高效率空间行波管电源

空间行波管放大器是通信、导航、数传等卫星中重要的功率放大部件。行波管电源是其重要组成部分，在接近50多年的行波管电源研发和制造历史中，行波管电源总体向着高效率、小体积、轻重量、高功率的方向不断发展。提出一种新型大功率高效率空间行波管电源，采用Buck+推挽两级式拓扑结构，低压采用一种新型Buck变换器，通过无损缓冲的方式，实现了Buck变换器各个开关管的软开关；高压采用谐振推挽的拓扑结构，实现了开关管的软开关，使行波管电源效率达到了94%，并在一台500W的样机中进行了实验验证，使行波管电源的体积、重量和效率指标得到进一步提升，为行放电源的小型化、高效率奠定了坚实的基础。     

广播卫星可靠性的几个问题

本文介绍了广播卫星大功率行波管及其电源装置可靠性的一些情况;进行了行波管放大器冗余方案分析;简述了远地点发动机和展开机构可靠性等关键性困难;最后讨论了控制系统和喷气推进系统的可靠性。     

星载高速数字电路电源芯片选型及电源完整性设计

优化电源完整性及可靠性设计可以有效提高高速数字电路在高速、高负载及极端环境下工作的性能及可靠性。通过对开关式点电源及LDO (低压差线型稳压器)两种供电方式在星载高速数字电路中的应用特点进行分析,总结出针对两种电源在电源完整性上的设计准则,量化相应测试指标,通过对开关类电源LTM4644及LDO型电源对信号完整性设计及电源芯片选型进行研究优化,为星载高速数字电路电源完整性设计及测试提供部分参考及依据。     

一种新型行波管电源高压开关电路

在某型号任务中研制成了一种新的行波管电源高压开关电路。该电路选用COMS组件,实现了对行波管加电程序进行控制的功能。和以前的电路相比,用电子开关取代了机械开关,提高了可靠性,体积和重量比原来电路减小三分之一。该电路元件少,电性能好,抗干扰能力强,给行波管电源外围电路的小型化研究奠定了良好的基础。     

抽头电感滤波器辅助PWM DC-DC功率变换器实现软开关功能

推荐了一种使用新型高频变压器连接的全桥软开关移相脉宽调制（PWM）控制的DC-DC功率变换器。可以把此种功率变换器用作小型光伏电池与燃料电池发电系统的功率调节器以及汽车交流电源的隔离式升压DC-DC功率变换器。在低压大电流电源中，全桥电路是最具吸引力的拓扑，因为可以使用低压高性能金属氧化半导体场效应晶体管（MOSFET），并且能实现DC-DC功率变换器的高效率。为了能在大负载波动范围内实现软开关运行，新近在全桥移相PWMdc-dc变换器的输出级采用了包含续流二极管的抽头电感滤波器。在本文推荐的电路中，无需使用附加谐振电路和辅助功率变换器件就能有效降低循环电流。采用设置为1kW 100kHz的实验模板（使用功率MOSFET）对本文推荐的软开关dc-dc功率变换器的实际效率进行了实验室级别的试验。大工作比和负载变化范围内得到的实际效率为94～97％。     

星载DC／DC电源变换器防止负载短路的保护电路的设计方法

一般的星载稳压电源都应该设有过流保护电路。当负载电源超过设定值或因某种原因发生短路时,对稳压电源自身及其负载提供保护,以免烧毁价值昂贵的功率开关管和星上电子设备。因此,是否具有过流保护电路,是衡量一个星载二次电源非常重要的技术指标。 过流保护电路多种多样,其它专业书中均有详述。一般情况下是用电阻取样来做保护电路,或者采用熔断丝保护,都可以起到保护自身和负载的作用。但前者必然要付出代价,即要损     

星用C频段50W固态功率放大器设计

为了满足通信卫星对于固态功率放大器高功率、高效率、高集成的要求，文章提出了一种星用C频段固态功率放大器的设计方法。首先通过采用半导体单片集成电路芯片，对射频电路进行创新性设计，将电调衰减、数字增益控制、功率放大等功能集成在一个模块中，实现功率放大器的高集成；其次，通过整机热设计，并结合红外热像仪测试，优化高功率氮化镓器件的散热途径，在实现整机大功率输出的同时，保证整机的高可靠应用；最后，对电源电路进行优化设计，使得固放电源具备高效率、高稳定的特点，为射频电路提供稳定的供电。温度循环、热真空等试验结果表明，所研制的C频段50W固放性能稳定、可靠性高，满足星载应用要求。     

星载TWTA备份环开关切换的遗传算法研究

通信卫星在轨运行时,行波管放大器发生故障,如何准确快速切换到备份放大器是卫星运营商十分关注的问题。文章提出了一种基于遗传算法的星载功率放大器的备份环开关切换方案,通过编码将开关及其位置信息融入染色体中,根据设计的适应度值计算来判断染色体即开关切换方案的优劣,采用选择-交叉-变异的循环来模拟生物种群的繁殖、竞争、淘汰、平...     

星载行波管可靠性的保证

在广播卫星、通信卫星、观测卫星的转发器中,用作功率放大器的器件是属于电子管类的行波管。有报告报导了有关卫星上的行波管放大器(TWTA)和固放(SSPA)的在轨可靠性调查结果。根据这个报告可得出TWTA的故障率比SSPA低的结论。 NEC公司的星载行波管在世界上占有领先地位,已用于实用化DBS(Direct Broadcast Satellite)的“BS—3”广播卫星、通信卫星,证明了它具有高的可靠性。 文中对可确保星载行波管可靠性的设计方针、评价试验方针、寿命保证以及与卫星执行任务一致的评价试验计划等进行叙说。同时,对基于评价试验程序的环境评价试验、工作寿命试验、模拟在轨备份的非工作寿命试验及寿命预测等的实施情况进行介绍。另外,还将介绍根据用于预测可靠性的在轨数据和地面评价试验可靠性分析的结果而获得的高可靠性(280FIT(failurein time))。     

行波管在轨可调高压数字化隔离控制电路设计方案

为了实现星载行波管放大器在轨功率和频率可调,需要遥控改变行波管的阴极电流和螺旋极电压。为了精准控制行波管的阴极电流和螺旋极电压以及控制灵活性,提出了用变压器隔离的串行数字化高压控制参考电压产生电路,电路通过传输两路脉冲信号：一路为开始和时钟复合脉冲,用于识别和准备接收数据以及分离时钟信号;另一路为数据信号,它是数字化的高电压值（对应螺旋极或阳极电压）。详细介绍了电路的组成、原理和参数设计方法,并用PSpice进行了仿真验证。仿真结果证明：电路能正确识别、接收和完成数据传输和转换功能。串行数字化高压隔离电路完全可以实现控制电压的精准传输,输出电压无纹波,控制方式灵活,易于调试。     

采用ZCS辅助电路的ZVT BOOST变换器

文章提出了一种采用零电流开关（ZCS）作辅助开关而主开关为零电压转换（ZVT）的软开关BOOST变换器；介绍并分析了变换器的工作区间；讨论了设计思路；演示了一个采用绝缘栅双极晶体管（IGBT）的600W10KHz380V输出、交流-直流的BOOST变换器构成的功率因素校正器所获得的实验结果的设计例子。结果表明，在整个规定的线路和负载条件下，辅助开关维持ZCS的同时主开关保持ZVT。     

X波段圆极化大功率整流天线研究

随着新时代能源互联网演进发展，传感器作为物联网中的最基础核心器件，对持续电源供给的需求与日俱增。采用无线能量传输可以实时便捷的为此传感器进行能量供给。现有成熟的整流天线设计多集中在5.8GHz以下，更高频段且大功率的整流设计鲜有涉及。本文重点研究一款工作在X波段的圆极化大功率整流天线，主要包括天线和整流电路优化设计2部分。天线采用圆极化设计，工作在9.6GHz频段，在0到45。的宽角度范围内都具有良好的圆极化轴比，可以灵敏的接收能量信号。整流电路基于双管并联结构和短路匹配支节进行设计，实测在1W的输入功率下可获得50%的整流效率。最后进行天线和电路的整合，并进行实测，300mW的发射功率下，在负载为40欧姆的情况下可获得1.25V的输出电压。实验结果表明，该结构可以有效的实现远距离能量传输。     

等离子体点火用高压电源设计方法研究

根据等离子体点火对高压直流电源的要求,选用具有电容型滤波器的LCC串并联谐振变换器为主电路拓扑结构,针对电感电流连续模式下的谐振变换器,在对其工作原理分析的基础上,用基波近似法推导出变换器的稳态模型,建立了变换器的等效电路,并给出了便于工程设计的电路的数学描述.通过研究各参数对电路性能所造成的影响,设计最优化的参数以保证开关管在全负载范围内实现零电压开关,有效降低了开关管的热损耗.详细介绍了电源系统的组成和电路参数的设计方法,针对该设计方案,通过仿真结果证实了理论分析的正确性.     

220GHz行波管设计与工艺实验研究

针对目前系统应用对于220GHz频段的大功率辐射源的需求,文章设计了一种折叠波导行波管,在215GHz～225GHz的带宽范围内能够输出10W以上的功率,增益大于25dB。通过模拟计算确定了折叠波导高频电路、注波互作用、电子光学系统以及输能窗等主要部件的设计尺寸,并加工了折叠波导高频电路样品,对制造工艺进行研究。     

一种星载Ka频段宽带线性化器设计

为了改善星载功率放大器的线性度，文章设计了一种新型宽带Ka频段线性化器。该设计基于模拟预失真线性化技术，通过改变线性化器的二极管偏置电压，实现非线性形状可调，以匹配不同行波管的非线性特性，并在文章最后给出了实物测试结果。该设计在26GHz±0.5GHz频率范围内具有良好的一致性，带内波动小于0.8dB，增益扩张大于4dB，相位扩张大于40°，对行波管非线性特性改善明显，饱和区三阶载交比提高3dB以上，可有效提高使用效率并降低通道误码率。     

级联宽带开关和放大器的设计和实验

叙述了３ｍｍ微波辐射计接收机前端的级联宽带开关和放大器的设计与实验结果；该级联器件的噪声系数为ＮＦ≤３ｄＢ，增益Ｇ为７２ｄＢ，带宽范围为１００～１０００ＭＨｚ。开关是ＨＰ公司的ＭＧＳ－７１００８开关管，其３ｄＢ带宽为ＤＣ～３０００ＭＨｚ，放大器则用ＡＴ－４１５８６微波晶体三极管和ＩＮＡ－１０３８６集成微波放大器进行放大器的设计。对放大器的多种因素作了考虑，给出了放大器的电路结构，对级联器件在不同状态作了测试，得到三种曲线。结果表明，用于３ｍｍ双通道机载辐射成像系统时，工作稳定，成像效果良好。     

一种星载固态功率放大器用400W二次电源设计

为了满足导航卫星系统对于固态功率放大器大功率、高可靠性、轻量化的需求,文章采用移相全桥同步整流变换电路加反激变换电路匹配的拓扑方案,设计了一种星载L频段固态放大器用400W二次电源,并详细给出了二次电源拓扑结构及设计原理分析。文章重点对变压器热耗进行分析,为了更好地进行变压器散热设计,该方案创新性采用灌封主功率变压器散热方案,灌封变压器的温度从104℃降低为85.5℃,散热相比有明显改善。同时给出了实物环路测试、电性能指标对比测试以及热平衡与热仿真对比测试,电源效率92.8%,环路的相位裕量42°,增益裕度26dB。测试结果表明设计的二次电源在实现高效率大功率输出的同时,有效地实现器件的一级降额散热,满足高可靠性的批产需求。     

基于谐波调谐的F类30W高效率放大器设计

文章基于CREE公司的CGH40025氮化镓HEMT器件，利用谐波调谐的方法，设计了一种L波段F类30W高效率放大器。该放大器由偏置电路、输入匹配电路及输出匹配电路构成。偏置电路由四分之一波长线和射频电容构成，完成电源供电与射频厄流作用。在输入匹配网络中，利用共轭匹配，完成增益最大化设计，同时，利用RC网络构成稳定电路。在输出匹配网络中，利用微带开路和短路阻抗线，完成了基波阻抗匹配、二次谐波阻抗短路和三次谐波阻抗无穷大的设计。在1.5GHz处进行连续波测试，放大器输出功率为45.02dBm（31.7W），增益为15.7dB，功率附加效率（PAE）为71%，漏极效率（DE）为73%。 在频率1.25GHz～1.52GHz的带宽内，功率变化范围为44dBm～45dBm，附加效率变化范围为50%～72%。 测试结果表明，通过谐波阻抗的设计与调整，完成了对放大器输出电压和电流波形的控制，从而达到高效率放大器设计的目的。     

高压大功率多电平技术研究

介绍了一种用于高压大功率条件下的升压型三电平变换器.给出了变换器的拓扑结构,以及4种工作模态.分析了电路开关管和二极管的电压应力,讨论了开关管和二极管分别发生短路失效时的等效电路,并用实验进行了电路应用的可行性验证.分析了高压大功率升压型三电平变换器工程化实现中的关键器件选型和电路单管失效模式下性能提升等有待解决的问题.     

一种用于卫星载荷集总供电的大功率电源

为了适应移动通信卫星发展过程中采用的多波束形成技术的需求，节约体积和质量，具备集总供电功能的电源组件应运而生。其中的大功率电源是电源组件的核心部件，其主要功能为将星上的一次母线电压转换成低噪放等100余路负载所需要的各路稳定电压，使各路负载与一次母线实现隔离；响应开关机遥控指令提供开关机控制，提供电源开关机状态遥测数据；对整机提供过流保护、欠压保护、无负压关机等各种保护功能，使加电和断电时序满足负载的特殊时序要求；同时在一次母线端及输出电压端提供良好的滤波，以达到较好的电磁兼容特性。文章结合系统指标进行了需求分析，给出了一种适用于集总供电需求的低电压大电流大功率星载电源的设计方案；通过对主要设计指标和产品性能的描述，给出了部分仿真结果和实验测试结果，验证了该大功率电源性能的优越性和可靠性。