代替行波管的固态放大器

20年来世界各国发射的各类通信卫星,绝大多数均采用行波管。但近几年来,美国已经和将要在某些军用通信卫星和国内通信卫星上采用固态功率放大器(参见本刊第二期《西方各国通信卫星上采用的行波管》一文)。和行波管相比,固态微波器件的低压工作特性,及其长寿命高可靠性等优点,增强了它在卫星上应用的优势。随着效率的提高和功率合成技术的发展,固态微波功率器件将会在某些频段上得到广泛应用。国外有人认为,20千兆赫以下中小功率(10瓦以下)的固态微波器件很有可能逐步代替星上行波管。至于固态微波器件能否代替行波管,目前国外尚有争论。本期选译的一组文章试图从不同侧面反映它们的发展动向。     

替代行波管的C波段固态功率放大器

星上采用行波管(TWT)作功率放大器,在过去一直以其突出的性能占据着绝对优势。然而在目前的先进卫星系统里,其产生微波功率的作用却面临着场效应晶体管(FET)固态功率放大器(SSPA)的严峻挑战。美国 RCA 公司实验室和航天电子部研制的固态功率放大器已经过“空间考验”,     

西方各国通信卫星使用的行波管

自从1963年2月第一颗同步通信卫星进入静止轨道以来。截至1980年底,18年间西方资本主义国家总共发射了134颗通信卫星。其中成功入轨的有109颗,因运载火箭故障而未能进入预定轨道的卫星有25颗(182个行波管)。在这134颗卫星中,采用行波管放大器的卫星有122颗(总共装有1070个行波管),全部采用固态放大器的卫星有12颗。18年中,安装行波管放大器的卫星有97颗或888个行波管进入轨道工作,但真正因行波符故障而停止工作的卫星却为数不多。     

行波管放大器和固态功率放大器的性能比较

转发器中的放大器是通信卫星的核心器件。目前在轨道上工作的放大器有两种:行波管放大器(TWTA)和固态功率放大器(SSPA)。其中,SSPA主要用于频率和功率较低的转发器中,如C频段转发器已有80％改用了SSPA,几乎所有移动通信卫星的L频段转发器都已采用了SSPA。本文拟对两种放大器的性能作一比较。一、放大器的功率和效率从功率和效率两方面看,TWTA仍远远胜于SSPA,因而有些厂商似乎已不愿再     

研制中的新型卫星天线

得克萨斯仪器公司正在为美国空军研制一种“有源”的卫星天线。这种天线要论证的一项技术是在未来的通信卫星转发器中用固态器件取代行波管放大器。由于行波管放大器牵涉到可靠性、尺寸大小、重量、高压要求、复杂程度和成本费用等方面问题,所以这种替换技术的前途对卫星设计和工作具有极其重大的意义。可靠性问题的重要性可以从下列实例中看出:由福特航空航天公司研制的国际通信卫星-V,星上共有27个工作行波管转发器,其备份行波管竞达16个之多。尽管如此,由于目前还没有在价格/性能关系方面显得更为有利的其它部件,所以行波管放大器长期以来一直在星载微波功率     

欧洲“阿宙斯”试验通信卫星计划

“阿宙斯”试验通信卫星计划是法国国家通信管理总局和国家空间中心根据ESA的一项招标书提出的,其目的是打算对下一代欧洲通信卫星将要采用的技术方案和硬件进行空间验证,其中包括高性能通用卫星平台,大功率行波管放大器(6/4吉赫、16瓦3:2分散冗余;30/20吉赫、25瓦)、固态功率放大器及4吉赫4×4微波开关矩阵。     

空间行波管阴极寿命试验研究

空间行波管是卫星通信系统中最重要的功率放大器,必须具有较长的工作寿命。空间行波管的寿命主要受阴极寿命的制约,因此为了保证空间行波管的长期在轨工作,需要开展大量的阴极寿命试验研究,并对阴极寿命进行预测。共投入50支电子枪进行寿命试验,累计进行寿命试验1823080h,最长单管寿命试验时间65411h。基于寿命过程中的逸出功变化,建立了空间行波管阴极寿命预测模型。预测空间行波管阴极在960℃_b（℃_b为亮度温度）支取1A/cm²发射电流密度时寿命超过43年;在980℃_b支取1A/cm²时寿命超过22年;在1000℃_b支取1A/cm²时寿命超过15年。预测结果表明,空间行波管阴极可以满足卫星通信系统应用的长寿命要求。     

日本广播卫星-2A恢复正常工作

日本第一颗实用广播卫星(BS-2A)自1984年2月入轨以后;工作极短时间,星上三台转发器中两台便发生了故障。为此,日本宇宙开发事业团及工业界均认为此故障归咎于法国汤姆逊无线电公司提供的行波管性能欠佳及美国GTE公司组装有问题。在一片不满声中,日本工业界要求自己研制行波管。然而时过半年之后,两台出故障的转发     

日本广播卫星-3将采用国产行波管

日本从1985年开始研制第二代实用广播卫星-3 A 和3 B,预定1988年用 H-1火箭发射。为了消除第一颖实验广播卫星 BS-1上出现的行波管故障(系美国休斯公司制造)和1984年2月第一颗实用广播卫星BS-2 A 发生的故障(三个行波管是法国汤姆逊无线电公司制造的)的情况,宇宙开发事业团就委托芝浦和日本电气公司研制自己的行波管,现已研制成功。行波管功率为150—200瓦,寿命7年。宇宙开发事业团宣     

法国直播卫星的故障及其引起的风波

法国于1988年10月28日和1990年7月24日将直播卫星TDF-1和TDF-2送入轨道,每颗卫星寿命9年,可直播5路电视。 1989年8月,TDF-1卫星上的一个行波管(汤姆逊公司制造)(1频道),因姿控推力器的燃料泄漏,离子化的燃气引起电路短路,使该行波管不能工作,由地面指令切换到备份行波管,代替该行波管。 1990年7月18日,TDF-1卫星又有一行波管(AEG公司制造) (17频道)的电流突然增加,行波管工作不稳定。由于是母线电路故障,8月6日,地面指令切断该行波管电路。此时TDF-1卫星已无备份行波管,只得将17频道的电视广播切换到TDF-2     

日本仍难走上独立研制广播卫星的道路

由于1985年2月发射的第一颗实用广播卫星 BS-2A 上150瓦行波管发生故障,日本朝野和企业界纷纷表示对法国汤姆逊无线电公司不满,曾要求自己研制行波管,不再进口法国造的。但是,远水不解近渴,最近不得不又向法国汤姆逊无线电公司购买新的行波管,安装在第二颗实用广播卫星(BS-2B)上。卫星原拟85年8月发射,推迟到1986     

美国休斯公司研制的行波管

从1960年开始,美国休斯公司研制行波管已有26年的历史了。26年来,该公司所研制的行波管不但为国内通信广播卫星所需要,而且也为世界上其他国家所采用。该公司最初研制的2.5W,2GHz 的行波管(型号为314H)曾成功地用于美国最早的通信卫星——“辛康”卫星,从而证明了地球静止轨道卫星用于空间通信的可行性。从那时以来,行波管的功率和频率不断增加。所研制的第一批 K 频段行波管用于应用技术卫星(ATS-6),这颗卫星1974     

行波管非线性失真和交调干扰分析及其软件实现

行波管功率放大器(TWTA)是卫星通信星载系统中重要的高功放元件,TWTA的非线性特性会使多载波信号产生交调成份,导致交调失真、邻道干扰,影响通信系统的性能。通过建立基于TWTA的AM-AM与AM-PM效应的非线性模型,采用V isual C 6.0,开发了可根据TWTA参数动态建立非线性模型并能对任意载波信号产生的交调干扰进行分析的软件,对实际应用具有一定价值。     

日本购买新型“中功率”行波管

法国汤姆逊 CSF 公司电子管局研制出了一种新型“中功率”(30—100瓦)的空间行波管,从而使星载行波管系列更加完整。因为到目前为止,已有用于通信卫星、遥感卫星或科学研究卫星的低功率行波管(30瓦以下)和用于直接广播卫星的高功率行波管(100瓦以上),但还未有中功率行波管。汤姆逊公司的20-30GHz 行波管装备了欧洲通信卫星 OTS 和 ECS、     

通信卫星用高可靠行波管电源

文章叙述了改进型通信卫星,即东方红Ⅱ号(甲)用行波管电源,它不用二次稳压,直接接太阳电池;详细地介绍了双绕组式储能电感的作用,它的工作原理,设计方法,试验结果;还论述了残存气体和材料气化微粒对行波管放大器的危害,消除方法。     

日本通信卫星的新技术

1983年2月和8月日本实用通信卫星-2A 和 B 相继入轨,至今工作良好。各分系统性能可靠。就行波管的特性来说,已达到阴极长寿命化;电子束磁场可靠性高;耐空间环境性强;密封法可靠,工艺制造严格,因而保证了行波管故障率在3000FIT 以下,寿命可达七万小时(近八年)。     

n∶k交叉贮备系统可靠性

<正> 行波管放大器是通信、广播卫星的关键部件。大功率行波管放大器的可靠性是整个直接广播卫星领域的中心课题。国外在行波管研制、行波管电源研制、行波管寿命试验和失效机理研究方面已经投入了很大的力量。另一方面,对于卫星上行波管放大器冗余方案的设计也引起了普遍的关注。     

压扩单边带调辐技术在卫星通信中的应用

增加现有卫星转发器容量的一个重要技术,就是压扩单边带调辐技术(CSSB/AM)。如果这种技术和固体功率放大器(SSPA)、或者与线性化行波管技术结合起来,CSSB/AM调制方式就能使每台普通的、36MHz带宽的转发器具有7000条以上的单向信道,这就显著地优于其他的调制方式。(参看附表) 压缩扩展器“压缩扩展器”一词是由“压缩器”、“扩展器”两词的组合派生而来。一个话音     

大功率高效率星载固态功率放大器研究

针对卫星系统对于微波大功率放大器的需求,研制了L频段200W高效率固态功率放大器,对其设计方法和关键技术进行了详细论述。应用低温共烧多层陶瓷技术,实现了射频电路的高集成和小型化;基于第三代半导体器件,应用波形赋形及线性补偿技术,提升了射频电路的功率和效率;采用移相全桥拓扑,研制了高效率、大功率二次电源。在1.45~1.55GHz的频带范围内,固放整机输出功率大于200W,效率高于60%,3阶交调优于18dBc,同时具备30dB增益可调,360°内步进5.6°的相位可调能力。试验结果表明,该固放为目前国内星载领域连续波功率和效率最高的单机。     

卫星互联网用空间行波管非线性特性模拟

为了研究卫星互联网用空间行波管的非线性特性,本文使用行波管一维大信号模型,结合CST软件计算得到的行波管冷特性参数,基于MATLAB平台编写了数值计算程序。使用所编写的程序,以Ka波段和Q波段的两种空间行波管为模型,计算其调幅-调幅（AM-AM）和调幅-调相（AM-PM）的主特性,并同时计算了三阶交调失真（IMD3）和噪声功率比（NPR）。分析了输入功率的回退对这两种非线性特性的影响,并与矢量网络分析仪得到的实际测试结果进行了对比,三阶交调的计算结果与实际测试的误差在1dB以内。为高线性度行波管的设计提供模拟工具。