電源紋波對(duì)行波管放大器性能影響的研究
定量地分析了行波管放大器中高壓電源的紋波對(duì)行波管放大器輸出性能產(chǎn)生的影響，根據(jù)分析制定合理的電源技術(shù)指標(biāo)。通過(guò)有效的紋波抑制手段來(lái)提高行波管放大器的輸出性能。
行波管放大器由于其具有寬帶、大功率的突出優(yōu)點(diǎn)，在固體器件飛速發(fā)展的今天，仍然是現(xiàn)代雷達(dá)和電子干擾系統(tǒng)微波功率放大的核心部件。如何針對(duì)行波管的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出可靠的工作電源是保證武器裝備可靠性的重要因素。對(duì)于行波管放大器而言，射頻信號(hào)的功率放大，其實(shí)質(zhì)是在輸入射頻信號(hào)的控制下將電源直流功率轉(zhuǎn)換成高頻功率，以期達(dá)到放大射頻功率的目的。所以高壓電源性能的好壞直接關(guān)系到行波管放大器的射頻質(zhì)量和整機(jī)的性能。
而事實(shí)上，直流電源的輸出電壓并不是假想中的純直流輸出，其中包含有許多不需要的信號(hào)，它們通常表現(xiàn)為直流電壓的幅度調(diào)制，稱這種直流輸出的幅度調(diào)制為紋波。當(dāng)電源開(kāi)始為行波管供電后，電源紋波對(duì)行波管放大器的輸出信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生不利影響，包括不需要的幅度調(diào)制(AM)、相位調(diào)制(PM)以及頻率調(diào)制(FM)。通過(guò)分析紋波產(chǎn)生的原因，真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認(rèn)為就有可能預(yù)測(cè)這種不需要的副瓣出現(xiàn)在射頻頻譜的什么位置，通過(guò)某些有效手段，能更好的提高行波管放大器的性能指標(biāo)。
1、電源紋波的產(chǎn)生及影響
1.1、紋波的產(chǎn)生
紋波是附著于直流電平之上的包含周期性與隨機(jī)性成分的雜波信號(hào)，指在額定輸出電壓、電流的情況下，輸出電壓中交流電壓的峰峰值或有效值。狹義上的紋波電壓，是指輸出直流電壓中含有的工頻交流成分。
紋波用示波器可以看到，在直流電壓上下輕微波動(dòng)，就像水平面上波動(dòng)的水紋一樣，所以被稱為紋波(見(jiàn)圖1)。
圖1 紋波示意圖
行波管電源的紋波來(lái)源于包含有多種交流電源頻率的諧波。它們有可能來(lái)自于工頻50Hz及其100，150Hz的諧波，400 Hz交流電源頻率及其800、1200Hz的諧波，開(kāi)關(guān)管10～500kHz開(kāi)關(guān)頻率及其諧波，開(kāi)關(guān)器件1～100MHz的高頻振蕩以及輸出濾波部分1～30MHz的諧振。
1.2、紋波對(duì)行波管性能的影響
一個(gè)典型的行波管開(kāi)關(guān)電源由交流電網(wǎng)整流濾波供電，組成框圖見(jiàn)圖2。
圖2 行波管電源組成框圖
這種不穩(wěn)壓的直流電壓經(jīng)50kHz開(kāi)關(guān)送至升壓變壓器，變壓器輸出再經(jīng)整流濾波后形成最終直流電壓送至行波管，調(diào)整過(guò)程通過(guò)50kHz開(kāi)關(guān)的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種設(shè)計(jì)中直流輸出紋波產(chǎn)生在交流饋電電源的各次諧波上限50，100，150Hz(通常100Hz的二次諧波分量最大)以及開(kāi)關(guān)頻率的各次諧波上限50，100，150kHz(通常100kHz的二次諧波分量最大)，因高壓輸出濾波器的諧振還會(huì)有一些10～20MHz范圍的低電平調(diào)制。這些不需要的調(diào)幅，調(diào)相和調(diào)頻成分就會(huì)在微波輸出部分產(chǎn)生相干、重復(fù)的邊帶。
這些邊帶與微波載波的偏移量等于相應(yīng)的電源輸出紋波的頻率，對(duì)每個(gè)紋波頻率有兩個(gè)邊帶：分布在載波頻率的兩側(cè)，例如一個(gè)40kHz的電源紋波產(chǎn)生的不需要的邊帶在f0=±40kHz，這種不需要的邊帶為”殘留”邊帶。
3、結(jié)論
通過(guò)理論和實(shí)例本文定量分析了高壓電源中電源紋波對(duì)行波管放大器性能指標(biāo)產(chǎn)生的多種影響。綜合考慮電源成本、電路復(fù)雜程度等多方面限制條件，通過(guò)本文中的各種計(jì)算可以制定出合理的電源指標(biāo)規(guī)格書(shū)，將這種影響盡量減小，從而提高和優(yōu)化整機(jī)的性能指標(biāo)。
