РЕГУЛИРУЕМЫЙ УСИЛИТЕЛЬ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ С ОЧЕНЬ ВЫСОКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТЬЮ Российский патент 2015 года по МПК H03F3/58 

Данное изобретение относится к регулируемому усилителю бегущей волны с очень высокой эффективностью. В частности, оно относится к телекоммуникационным спутникам.

Телекоммуникационные спутники обычно содержат платформу и приборный отсек, причем последний содержит все оборудование, и, в частности, все устройства, предназначенные для формирования и передачи радиочастотных сигналов большой мощности, далее называемых радиочастотными сигналами (RF сигналами), в направлении Земли. Для передачи радиочастотных сигналов прибегают к различным известным техническим приемам.

Первый технический прием основан на полупроводниковой технологии и подразумевает полупроводниковые усилители мощности, обычно называемые SSPA. В частности, SSPA имеют недостаток, заключающийся в том, что они не в состоянии управлять требуемыми в обычном случае уровнями мощности радиочастот.

Второй технический прием основан на использовании усилителей ламп бегущей волны, далее в настоящем документе называемых TWTA. В частности, TWTA содержат лампу бегущей волны, далее в настоящем документе называемую TWT. В настоящее время в приборных отсеках телекоммуникационных спутников широко используются TWTA. TWTA являются особенно эффективными устройствами для каналов радиочастотной передачи с высокой мощностью и позволяют управлять очень высокими уровнями передаваемой мощности радиочастот. Однако TWTA основаны на ламповой технологии, которая требует очень точной настройки не только в отношении уровня производства, но также и относительно точности электрических интерфейсов. Более подробно TWT описана ниже со ссылкой на Фиг.1 и содержит в основном радиочастотный вход и радиочастотный выход, спираль и электроды, содержащие катод, испускающий электроны, формирующие электронный пучок, анод, обычно называемый «нулевым анодом» или «анодом 0», фокусирующий электронный пучок, и множество коллекторов.

Кроме того, каждый произведенный TWTA является уникальным и оптимизируется для целей уникальной сферы применения, касательно передаваемой частоты, уровня передаваемой мощности и эффективности. Однажды разработанный, произведенный и, возможно, оптимизированный, TWTA и связанные с ним контрольно-измерительные приборы должны продолжать работать в одном и том же режиме на всем протяжении сборки, интеграции, тестирования и полета по орбите спутника, в котором они установлены. То есть: как только телекоммуникационный спутник собран, это оборудование должно работать при определенных условиях, для которых они были разработаны. Кроме того, характеристики эффективности TWTA являются зависимыми от частоты. Следовательно, помимо этого, спутник, который предназначен для передачи через множество каналов, будет содержать настолько много TWTA, со связанными с этим последствиями, касательно стоимости, веса и объема. Кроме того, один TWTA, обычно предназначенный для передачи через один заданный канал на протяжении обычной длительности полета более 15 лет, делает разработку бортовой аппаратуры и комплектацию TWTA очень ограничивающими и является причиной серьезных ограничений касательно управления рисками.

В уровне техники известны широкополосные TWTA, но существующие устройства как правило страдают от ухудшения эффективности приблизительно на 2 процента по сравнению с аналоговыми TWTA, оптимизированными для более узкой полосы радиочастот.

По всем вышеупомянутым причинам очень длинная и дорогостоящая часть разработки бортовой аппаратуры телекоммуникационного спутника имеет целью предложить техническое решение для удовлетворения первостепенных потребностей клиента относительно количества каналов, частоты и распределения мощности, минимизации потребления мощности для платформы и в пределах заданных требований к надежности.

Одна задача данного изобретения состоит в уменьшении по меньшей мере вышеупомянутых недостатков посредством предложения TWTA, демонстрирующего эффективность, подобную эффективности, известной из настроенных узкополосных TWTA, и при этом способного работать на большом разнообразии частот, как широкополосный TWTA.

Одно дополнительное преимущество данного изобретения состоит в том, что TWTA обеспечивает возможность легкого управления не только на земле, но также и во время полетной работы при полете спутника по орбите.

Одно дополнительное преимущество данного изобретения состоит в том, что TWTA в соответствии с одним из описанных вариантов осуществления использует электронную аппаратуру управления, которая может быть регулируемой для любой существующей высоковольтной электронной схемы.

Одно дополнительное преимущество данного изобретения состоит в том, что оно уменьшает необходимость обращения к избыточным бортовым TWT для данной сферы применения, поскольку все TWT, управляемые в пределах нижеследующих вариантов осуществления TWTA из данного изобретения, могут работать на широкой полосе частот.

Одно дополнительное преимущество данного изобретения состоит в том, что оно позволяет адаптировать профиль полета в течение срока работы бортового оборудования спутника, не затрагивая общей эффективности бортового оборудования.

Одно дополнительное преимущество данного изобретения состоит в том, что оно предлагает возможность регулирования фазы, предоставляющую возможность замены специализированной аппаратуры регулятора фазы в определенных сферах применения.

Все приводимые ниже преимущества действительно представляют преимущества с точки зрения планирования, веса, расходов и оптимизации устранения неисправностей.

С этой целью, данное изобретение предлагает усилитель лампы бегущей волны, содержащий по меньшей мере лампу бегущей волны, содержащую катод, спираль, радиочастотный вход, радиочастотный выход и множество коллекторов C_i, электронный источник стабилизированного электропитания, обеспечивающий электропитание и поляризацию электрода для упомянутой лампы бегущей волны, причем усилитель лампы бегущей волны отличается тем, что упомянутый электронный источник стабилизированного электропитания содержит средство управления регулировкой, позволяющее регулировать через команды управления напряжение между спиралью и катодом таким образом, чтобы позволить настройку рабочей частоты TWT в пределах определенного диапазона с оптимальной эффективностью.

В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения, средство управления регулировкой также может быть выполнено с возможностью регулирования напряжений коллектора C_i, причем отношение между напряжением между спиралью и катодом и напряжениями коллектора C_i, остается постоянным.

В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения, команды управления могут быть отправлены через шину передачи данных.

В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения, электронный источник стабилизированного электропитания может содержать основное средство управления, содержащее элемент питания, возбуждающий генерирование высокого напряжения, и средство управления, содержащее многокаскадный преобразователь высокого напряжения, первичная обмотка которого управляется посредством упомянутого элемента (200) питания и генерирования высоких напряжений, которые требуются посредством упомянутого по меньшей мере одного коллектора, катод и спираль, упомянутое средство управления регулировкой, содержащее средство для регулирования источника опорного напряжения, возбуждающего контур управления напряжением, причем упомянутый контур управления напряжением возбуждает элемент питания при помощи широтно-импульсной модуляции.

В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения, средство генерирования и управления высоким напряжением может содержать регулятор, присоединенный к вторичной обмотке упомянутого многокаскадного преобразователя высокого напряжения и подающий напряжение между спиралью и катодом, согласованное с источником опорного напряжения между спиралью и катодом, являющимся частью упомянутого средства управления регулировкой.

В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения, средство управления регулировкой может дополнительно содержать декодер, подающий сигнальные управляющие слова из упомянутых команд управления, и упомянутый источник опорного напряжения между спиралью и катодом может содержать первый цифроаналоговый преобразователь, преобразующий выходные бинарные слова, формируемые декодером, исходя из входных бинарных слов, отправленных через упомянутую шину передачи данных.

В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения, упомянутое средство для настройки источника опорного напряжения может содержать второй цифро-аналоговый преобразователь, преобразующий выходные бинарные слова, сформированные декодером, исходя из входных бинарных слов, посланных через упомянутую шину передачи данных.

В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения, упомянутый декодер может формировать n-битные выходные слова в направлении источника опорного напряжения между спиралью и катодом и m-битные выходные слова, где m меньше чем n, в направлении средства для настройки источника опорного напряжения, исходя из n-битных входных слов, принятых из шины передачи данных.

В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения, количество m битов выходных слов в направлении средства для настройки источника опорного напряжения может быть выбрано таким образом, чтобы позволить настройку фазы радиочастотного сигнала.

В иллюстративном варианте осуществления настоящего изобретения, средство генерирования высокого напряжения и управления может быть реализовано в пределах модуля генерирования высокого напряжения и управления, содержащего на его входе вторичную обмотку преобразователя высокого напряжения, также соединенного с контроллером точности напряжения спирали, сформированным посредством биполярного транзистора, возбуждаемого посредством регулятора, и эмиттер которого прикрепляется к земле при помощи рассеивающего элемента.

Эти и другие параметры и преимущества изобретения будут разъяснены с учетом данного ниже подробного описания предпочтительного варианта осуществления, предоставленного исключительно посредством иллюстративного и неограничивающего примера, а также сопроводительных чертежей, которые представляют:

Фиг.1, которая является представлением в перспективе, изображающим типичный TWT, известный на предшествующем уровне техники;

Фиг.2, которая является функциональной блок-схемой, изображающей электронный источник стабилизированного электропитания или EPC, содержащийся в регулируемом усилителе лампы бегущей волны, или TWTA, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления данного изобретения;

Фиг.3, которая является упрощенной электрической схемой, изображающей EPC, которая является частью регулируемого усилителя бегущей волны в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления данного изобретения;

Фиг.4, которая является упрощенной электрической схемой, изображающей часть высоковольтного каскада EPC, который является частью регулируемого TWTA в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления данного изобретения;

Фиг.5, которая является упрощенной электрической схемой, изображающей модуль управления регулировкой, являющийся частью регулируемого TWTA в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления данного изобретения.

Фиг.1 представляет представление в перспективе, описывающее обычный TWT, известный на предшествующем уровне техники. TWT является одним из ключевых элементов, являющихся частью TWTA.

По сути, TWT 10 является вытянутой вакуумной лампой, содержащей радиочастотный вход 12 и радиочастотный выход 14, катод 15, формирующий электронную пушку, формирующую электронный пучок 17, сфокусированный и настроенный посредством нулевого анода 13, проходящего через спираль 18 до множества коллекторов 19.

Катод 15 нагревается и испускает электроны с одного из его концов. Магнитное поле генерируется по существу вокруг спирали 18 таким образом, чтобы содержать электроны в виде сфокусированного электронного пучка 17. Электронный пучок проходит вдоль средней оси спирали 18. Спираль 18 тянется от радиочастотного входа 12 к радиочастотному выходу 14. В результате электронный пучок 17 ударяет в коллекторы 19. Радиочастотный сигнал распространяется вдоль спирали 18 со скоростью, которая является близкой к скорости электронного пучка 17. Эффект усиления возникает вследствие взаимодействия между электромагнитным полем, вызванным посредством радиочастотного сигнала в спирали 18, и электронным лучом 17 при помощи эффекта квантования. В целях улучшения выхода TWT касательно энергии, то есть, оптимизации повторного использования энергии, все еще доступной на конце электронного пучка 17, может быть использовано множество коллекторов 19, как правило, четыре или пять.

Обычно, TWTA содержит TWT, связанный с дополнительным электронным источником стабилизированного электропитания, в дальнейшем называемым EPC, цель которого состоит в предоставлении требуемых электрических рабочих условий для TWT. Обычно, EPC является преобразователем постоянного напряжения в постоянное (DC-DC), в котором энергия подается через шину, и генерирующим уровни подачи напряжения, требуемые на каждом из электродов, являющихся частью TWT, с уровнем точности, позволяющим гарантировать производительность TWT, то есть: эффективность и стабильность передачи энергии. В частности, высокое напряжение между спиралью 18 и катодом 15 должно быть достаточно точным, поскольку оно определяет производительность TWT. Действительно, что касается напряжения между спиралью и катодом: точности порядка 1 вольт требуются для напряжений градации до нескольких киловольт, например, требуемые напряжения между спиралью и катодом для сферы применения в пределах поддиапазона частот Ku, как правило, имеют порядок от 6 киловольт до 7,5 киловольт. Управление упомянутыми уровнями напряжения управляется посредством EPC.

Электрод, называемый нулевым анодом 13 или «анодом 0», позволяет управлять электронным пучком 17, сформированным посредством катода 15.

Один конкретный тип TWTA обычно называется LTWTA, что означает «линеаризованный TWTA». LTWTA содержат дополнительный линеаризованный предварительный усилитель, нацеленный на стабилизацию уровня радиочастотного сигнала с радиочастотным входом и обеспечение компенсации паразитного эффекта нелинейности, как правило, привнесенного посредством TWT. Варианты осуществления данного изобретения, описанные в дальнейшем в настоящем документе, в частности, могут относиться к обоим типам TWTA.

Обычно для TWT, уже известных на предшествующем уровне техники, производители TWT задают параметры поляризации для EPC в соответствии с настраиваемыми параметрами лампы. В особенности, напряжения спирали фиксируют рабочую точку частоты, в то время как напряжения коллектора настраиваются таким образом, чтобы оптимизировать общую эффективность TWT. Как только рабочая точка TWTA зафиксирована, TWTA не может работать при безопасных и эффективных условиях на частоте, отличной от той, для которой была настроена рабочая точка. Настоящее изобретение предлагает сопоставлять регулировку для TWTA посредством управления числовым значением напряжения спирали в пределах диапазона, зафиксированного посредством ожидаемого ухода частоты, вместе с соответствующей коррекцией напряжений коллектора для поддержания наилучшей эффективности. Например, управление может быть выполнено на уровне земли до запуска полета, а также и на всем протяжении полета спутника по орбите, удаленно, например, при помощи размещенной на борту спутника коммуникационной шины передачи данных.

В то время как управление напряжением спирали на протяжении всего диапазона возможности регулировки позволяет, например, передавать рабочую частоту TWT от нижней части разрешенной полосы радиочастот к верхней части, или в обратном направлении, разрешающая способность системы управления также позволяет обеспечивать небольшие изменения фазы радиочастотного сигнала, возникающие вследствие соответствующего изменения напряжения. Следовательно, предложенная возможность регулировки также предлагает возможность корректирования выходной фазы TWT, которая является отличительным признаком, который может быть особенно полезным в многоканальных усилителях, обычно упоминаемых под аббревиатурой MPA, где распараллеленные TWTA требуют очень точной настройки фазы, для чего обычно прибегают к дорогостоящим устройствам регулятора фазы. MPA позволяют формировать более сильные сигналы посредством добавления фазово-когерентных сигналов, сформированных посредством множества распараллеленных TWTA.

В соответствии с текущим изобретением, возможно приспособить спираль для напряжения катода таким образом, чтобы позволить оптимальную эффективность, независимо от возможных изменений рабочей частоты TWT и предлагает управление напряжениями коллектора одновременно с управлением напряжениями между спиралью и катодом при помощи специализированных средств управления для поддержания оптимальной эффективности усилителя.

Настоящее изобретение может быть реализовано при помощи соответствующего средства, реализованного в пределах EPC TWTA.

Фиг.2 представляет функциональную блок-схему, изображающую электронный источник стабилизированного электропитания или EPC, являющийся частью регулируемого усилителя лампы бегущей волны, или TWTA, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления данного изобретения.

В неограничивающем примере, иллюстрированном посредством чертежа, регулируемый TWTA содержит основное средство 20 управления мощностью, возбуждающее средство генерирования высокого напряжения и управления, и соединенное со средством 24 управления регулировкой.

Основное средство 20 управления мощностью принимает первичную мощность из первичной силовой шины и содержит элемент 200 питания, гарантирующий управление первичной обмоткой преобразователя 220 высокого напряжения, описываемого далее в настоящем документе, и, следовательно, управляет регулированием мощности, например, через два вложенных контура, причем один контур 204 управления током возбуждает элемент питания при помощи широтно-импульсной модуляции, причем данный контур 204 управления током возбуждается посредством средства 202 считывания тока и посредством контура 206 управления напряжением. Одна из специфических особенностей данного изобретения состоит в том, что контур 206 управления напряжением может возбуждаться посредством настраиваемого источника 208 опорного напряжения. Средство настройки источника 208 опорного напряжения является частью средства 24 управления регулировкой и дополнительно описано далее в настоящем документе. Затем основное средство 20 управления мощностью возбуждает средство 22 генерирования высокого напряжения и управления. Иллюстративный вариант осуществления модуля генерирования высокого напряжения и управления описывается в настоящем документе со ссылкой на Фиг.4.

При своем уровне входного сигнала, средство 22 генерирования высокого напряжения и управления содержит многокаскадный преобразователь 220 высокого напряжения. Многокаскадный преобразователь 220 высокого напряжения, кроме того, может содержать выпрямительные устройства и фильтры. Многокаскадные преобразователи 220 высокого напряжения генерируют высокие напряжения, требуемые посредством лампы 226 бегущей волны, в частности, многокаскадный преобразователь 220 высокого напряжения может формировать множество i напряжений для множества i коллекторов C_i, кроме того, преобразователь 220 высокого напряжения также может генерировать напряжение A0 электрода «анода 0», и возможно напряжение A1 электрода «анода 1», позволяющее настраивать испускаемую мощность при помощи регуляторов, не показанных на чертеже. Одна другая специфика данного изобретения состоит в том, что напряжение между спиралью и катодом V_KH может подаваться через регулятор 222, присоединенный к вторичной обмотке многокаскадного преобразователя 220 высокого напряжения, и возбуждаемый посредством модуля 224 установки напряжения между спиралью и катодом. Модуль 224 установки напряжения V_KH между спиралью и катодом согласовывается с источником 244 опорного напряжения между спиралью и катодом, который является частью средства 24 управления регулировкой. Источник 244 опорного напряжения между спиралью и катодом может, например, содержать DAC, и его иллюстративный вариант осуществления дополнительно описывается ниже со ссылкой на Фиг.5.

Кроме того, средство 24 управления регулировкой содержит n-битный декодер 240, принимающий бинарные слова из шины передачи данных. Шина передачи данных может, например, являться коммуникационной шиной передачи данных, которая обычно присутствует на борту телекоммуникационных спутников. Декодер 240 может формировать n-битное выходное бинарное слово в направлении источника 244 опорного напряжения между спиралью и катодом, а также m-битное (где m меньше n) слово в упомянутом направлении источника 208 опорного напряжения, при помощи модуля 242 разъединителя заземления.

Фиг.3 представляет упрощенную электрическую схему, изображающую EPC, которая является частью регулируемого линеаризованного усилителя бегущей волны, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления данного изобретения.

EPC 300 содержит входной фильтр 302, который соединяется с силовой шиной спутника, представляя напряжение VBus. Затем, входной фильтр 302 присоединяется к инвертору 306 через импульсный понижающий стабилизатор 304, формирующий часть элемента 200 питания, описанного выше со ссылкой на Фиг.2. Импульсный понижающий стабилизатор 304, например, реализует обычные компоненты такие, как понижающий напряжение переключающий элемент, содержащий переключательный транзистор 3041 и диод 3042 обратной цепи, выходной фильтр, основанный на индуктивности 3044 понижения напряжения, связанный с выходным конденсатором 3045. Специализированное измерение тока, например, на основе резистора 3043, может быть использовано с целью контура 3055 управления встречным током. Элемент питания импульсного понижающего стабилизатора, сформированный посредством переключательного транзистора 3041, и диод 3042 обратной цепи могут возбуждаться посредством специализированной электронной схемы регулирования, являющейся частью модуля 305 регулирования. В модуле 305 регулирования сигналы управления из контура регулирования могут быть оцифрованы, например, посредством компаратора 3052, сравнивающего сигнал со специализированным сигналом 3053 пилообразной формы, и предоставляющий команду широтно-импульсной модуляции на сеточный понижающий транзистор 3041 через специализированный задающий каскад 3051, а затем, возможно, через сеточное сопротивление 3059. Модуль 305 регулирования реализует вложенный контур 206 управления напряжением и контур 204 управления током, приводимые ниже со ссылкой на Фиг.2.

Электронные схемы регулирования, являющиеся частью модуля 305, могут быть основаны на контуре 3055 управления встречным током, возбуждаемым посредством контура выходного напряжения. Контур напряжения может содержать резисторный мост 3057, 3058, обеспечивающий измерение выходного пониженного напряжения, которое может сравниваться с заданным напряжением V_KCi, например, при помощи усилителя сигнала ошибки, являющегося частью блока 3056 контура управления напряжением. Эффективность контура управления напряжением может управляться посредством специализированного блока Kv 3054 управления уровнем. Выходной сигнал контура управления напряжением может быть использован в качестве опорного сигнала для контура управления током. Зенеровский диод Vlimit, являющийся частью контура управления напряжением, может обеспечивать адекватную фиксацию уровня сигнала контура управления напряжением и, следовательно, зафиксировать максимальное числовое значение, позволяемое посредством контура управления током.

В соответствии с одной спецификой данного изобретения модуль 305 регулирования 305 может дополнительно содержать средство 3056 настройки управления напряжением, работа которого подробно описывается ниже в данном документе со ссылкой на Фиг.5.

Инвертор 306 присоединен к преобразователю 308 высокого напряжения, который формирует или является частью многокаскадного преобразователя 220 высокого напряжения, приводимого ниже со ссылкой на Фиг.2. Модуль 310 изменения конфигурации высокого напряжения присоединяется к преобразователю 308 высокого напряжения и нацелен на предоставление высокого напряжения DC (постоянного тока), требуемого посредством TWT 312. Модуль 310 изменения конфигурации высокого напряжения может, например, содержать конденсаторы высокого напряжения и соединительные диоды. TWT 312 содержит вход радиочастотного сигнала и выводит выходной радиочастотный сигнал на радиочастотную нагрузку 314.

Фиг.4 представляет упрощенную электрическую схему, изображающую часть высоковольтного каскада EPC, который является частью регулируемого линеаризованного усилителя бегущей волны, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления данного изобретения.

Модуль 40 генерирования высокого напряжения и управления, реализующий средство 22 генерирования высокого напряжения и управления со ссылкой на Фиг.2, на входе содержит вторичную обмотку 402 преобразователя 220 высокого напряжения. Может быть проведено непосредственное соединение специальных выходов вторичной обмотки 402 с коллектором C_i TWT после выпрямления и фильтрации. Каждый коллектор связан со своей специализированной обмоткой, а также, в частности, со своим фильтрующим конденсатором. Сумма емкостей конденсаторов, специально предназначенных для всех коллекторов C_i, представлена на чертеже в виде эквивалентной емкости C_equiv. Кроме того, выпрямительный диод D представлен на чертеже последовательно со вторичной обмоткой 402 преобразователя 220 высокого напряжения и параллельно с ветвью эквивалентной емкости C_equiv. Вторичная обмотка 402 также может быть соединена с контроллером V3 точности напряжения спирали, возбуждаемым посредством регулятора 222. Контроллер V3 напряжения спирали присоединен к рассеивающему элементу 403, который присоединяется непосредственно к земле. Регулятор 222 возбуждается посредством заданного напряжения V_KH между спиралью и катодом. Контроллер V3 точности напряжения спирали может быть сформирован посредством биполярного транзистора, эмиттер которого присоединен к рассеивающему элементу 403, который, сам по себе, может быть сформирован посредством сопротивления. Затем, коллектор биполярного транзистора присоединяется к вторичной обмотке 402 преобразователя 220 высокого напряжения. Заданное напряжение V_KH между спиралью и катодом может, например, быть выполнено при помощи настройки напряжения зенеровского диода при помощи соответствующего средства настройки напряжения.

Данное изобретение предлагает переместить часть диапазона регулирования непосредственно на первичную обмотку 401 преобразователя 220 высокого напряжения при помощи управления основным преобразователем 20 мощности, например, при помощи импульсного понижающего стабилизатора 304, со ссылкой на Фиг.3. Действительно, непосредственное предоставление всего диапазона возможности регулирования для напряжения спирали при помощи регулятора 222 накладывает тяжелую нагрузку на контроллер V3 напряжения спирали и вызывает чрезмерные рассеяния. Здесь следует отметить, что компоненты высокого напряжения обычно заключены в изоляционный полимер, нацеленный на предотвращение любых рисков взрыва, который может произойти вследствие явления образования электрической дуги. Например, если напряжение между спиралью и катодом должно управляться на очень большом диапазоне, что наложило бы слишком большое количество тепловой энергии, которая должна быть рассеяна, то нагрузка находится на контроллере V3 напряжения спирали. Ее можно облегчить благодаря понижению напряжения на первичной обмотке 401 преобразователя 220 высокого напряжения, что, например, может быть достигнуто при помощи настройки основного преобразователя 20 мощности, например, при помощи импульсного понижающего стабилизатора 304. Настройка основного преобразователя 20 мощности может быть выполнена при помощи модуля 305 регулирования, со ссылкой на Фиг.3, и, более конкретно, средства настройки опорного напряжения V_KCi, например, сформированного посредством зейнеровского диода, напряжение которого может быть настроено при помощи соответствующего средства. Другими словами, заданное напряжение V_KCi импульсного понижающего стабилизатора действует на первичной обмотке 401, и, последовательно, на всех напряжениях коллектора C_i через специализированные обмотки.

Предпочтительно, выходные напряжения преобразователя 220 высокого напряжения могут 20 быть изменены в такой же пропорции, обеспеченной постоянным отношением V_KH/V_KCi между напряжением между спиралью и катодом и напряжениями коллектора, уменьшая уровень нагрузки на последовательный регулятор 222 спирали. Удерживая постоянное отношение V_KH/V_KCi между напряжением между спиралью и катодом и напряжениями коллектора, позволяет гарантировать стабильность TWT и является чрезвычайно полезным для работы на широком диапазоне напряжений между спиралью и катодом, например, на диапазоне выше 50 Вольт с TWT, работающем в поддиапазоне частот "Ku". Другое преимущество сохранения этого отношения постоянным заключается в том факте, что оно позволяет сохранять выход TWT (то есть: отношение между мощностью радиочастоты и потребляемой мощностью) фактически постоянным на всем рабочем диапазоне.

Фиг.5 представляет упрощенную электрическую схему, изображающую модуль управления регулировкой, являющийся частью регулируемого линеаризованного усилителя бегущей волны, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления данного изобретения.

Модуль 50 управления регулировкой, реализующий средство 24 управления регулировкой описанным ниже способом со ссылкой на Фиг.2, может, в иллюстративном варианте осуществления, содержать декодер 240, принимающий данные управления через шину передачи данных и выводящий два бинарных слова. Входные бинарные управляющие слова могут быть n-битными словами, и декодер 240 может направить одно заданное управляющее слово напряжения V_KH на первый DAC 504, присоединенный к первой формирующей схеме 505 таким образом, чтобы формировать аналоговое заданное числовое значение опорного напряжения V_KH между спиралью и катодом; параллельно, декодер 240 может подать одно заданное управляющее слово напряжения V_KH на второй DAC 506, например, при помощи гальванического разъединителя 503, причем второй DAC 506 также присоединен ко второй формирующей схеме 507, формируя аналоговое заданное числовое значение опорного напряжения V_KCi импульсного понижающего стабилизатора. Первая и вторая формирующие схемы 505, 507 могут содержать, например, усилители и фильтры.

В качестве более конкретного примера, шина передачи данных может вводить 8-битные управляющие слова на декодер 240. Декодер может, например, направлять 8-битные управляющие слова на первый DAC 504 и отправлять 4-битные слова, например, состоящие из четырех наиболее существенных битов 8-битного слова, на второй DAC 506. Следовательно, опорное напряжение импульсного понижающего стабилизатора устанавливается пропорционально с более низким разрешением, по сравнению с опорным напряжением V_KH между спиралью и катодом.

Предпочтительно, заданное значение регулируемой величины может быть задано принудительно, при переключении на EPC, на среднее числовое значение диапазона регулировки для избегания любой нагрузки на TWT 226 во время переходной фазы.

Например, EPC 300 может предоставлять управление напряжением спирали до 8 киловольт при помощи удаленных команд через бортовую коммуникационную шину передачи данных спутника вместе с одновременным управлением высокими напряжениями коллектора, в пределах от 500 до 3500 вольт, сохраняя эффективный TWT. Например, напряжение спирали может быть установлено с возможностью регулирования в пределах диапазона от 0 до 550 вольт вокруг условной рабочей точки, с разрешением ниже чем 2,5 вольт, как предусматривается посредством 8-битного управляющего слова. Здесь следует заметить, что условная заданная рабочая точка, как правило, может варьироваться между 2,5 и 7,7 киловольт, в зависимости от полосы частот, требуемой посредством предполагаемой сферы применения, например, в диапазоне частот c, поддиапазоне частот "Ku", Ка-диапазоне, и т.д. Следует заметить, что точное разрешение, достигнутое таким образом для настройки напряжения между спиралью и катодом, позволяет точную адаптацию фазочастотной характеристики TWT, как правило, порядка, приблизительно, 1 степени на вольт, и, следовательно, обеспечивает возможность точной настройки вывода фазы радиочастотного сигнала.

Изобретение относится к области регулирования усилителей лампы бегущей волны. Техническим результатом является расширение диапазона рабочих частот усилителя лампы бегущей волны с сохранением высокой эффективности его работы. Усилитель лампы бегущей волны содержит, по меньшей мере: лампу (226) бегущей волны, содержащую катод, спираль, радиочастотный вход, радиочастотный выход и множество коллекторов; электронный источник стабилизированного электропитания, обеспечивающий электропитание и поляризацию электрода на упомянутую лампу (226) бегущей волны; причем упомянутый электронный источник стабилизированного электропитания содержит средство (24) управления регулировкой, позволяющее регулировать через команды управления, отправленные посредством шины передачи данных, напряжение между спиралью и катодом и напряжения коллектора. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Усилитель лампы бегущей волны, содержащий по меньшей мере:
- лампу (10, 226) бегущей волны, содержащую катод (15), спираль (18), радиочастотный вход (12), радиочастотный выход (14) и множество коллекторов C_i (19),
- электронный источник (300) стабилизированного электропитания, обеспечивающий электропитание и поляризацию электрода для упомянутой лампы (10, 226) бегущей волны,
отличающийся тем, что упомянутый источник (300) стабилизированного электропитания содержит средство (24) управления регулировкой, регулирующее посредством команд управления напряжение между спиралью и катодом таким образом, чтобы обеспечить регулирование рабочего частотного диапазона лампы (10, 226) бегущей волны,
причем электронный источник (300) стабилизированного электропитания содержит основное средство (20) управления, содержащее элемент (200) питания, возбуждающий генерирование высокого напряжения, и средство (22) управления, содержащее многокаскадный преобразователь (220) высокого напряжения, первичная обмотка которого управляется посредством упомянутого элемента (200) питания, и генерирует высокие напряжения, которые требуются упомянутым по меньшей мере одним коллектором (19), катодом (15) и спиралью (18), причем упомянутое средство (24) управления регулировкой содержит средство регулирования источника (208) опорного напряжения, возбуждающего контур (206) управления напряжением, причем упомянутый контур (206) управления напряжением возбуждает элемент (200) питания при помощи широтно-импульсной модуляции.

2. Усилитель лампы бегущей волны по п. 1, в котором упомянутое средство управления регулировкой также выполнено с возможностью регулирования напряжений коллектора C_i, причем отношение между напряжением между спиралью и катодом и напряжениями C_i коллектора остаются постоянными.

3. Усилитель лампы бегущей волны по любому из предшествующих пунктов, в котором упомянутые команды управления отправляют через шину передачи данных.

4. Усилитель лампы бегущей волны по п. 1, в котором средство (22) генерирования высокого напряжения и управления содержит регулятор (222), присоединенный к вторичной обмотке (402) упомянутого многокаскадного преобразователя (220) высокого напряжения и подающий напряжение (V_KH) между спиралью и катодом, регулируемое в соответствии с источником (244) опорного напряжения между спиралью и катодом, содержащимся в упомянутом средстве (24) управления регулировкой.

5. Усилитель лампы бегущей волны по п. 4, в котором средство (24) управления регулировкой дополнительно содержит декодер (240), подающий сигнальные управляющие слова из упомянутых команд управления, причем упомянутый источник (244) опорного напряжения между спиралью и катодом содержит первый цифро-аналоговый преобразователь (504), преобразующий выходные бинарные слова, формируемые декодером (240), в аналоговый сигнал, управляющий напряжением (V_KH) между спиралью и катодом.

6. Усилитель лампы бегущей волны по п. 1, в котором упомянутое средство регулирования источника (208) опорного напряжения содержит второй цифро-аналоговый преобразователь (506), преобразующий выходные бинарные слова, формируемые декодером (240), на основе входных бинарных слов, отправленных через упомянутую шину передачи данных.

7. Усилитель лампы бегущей волны по любому из пп. 5 и 6, в котором упомянутый декодер (240) формирует выходные n-битные слова в направлении источника (244) опорного напряжения между спиралью и катодом, и выходные m-битные слова, где m меньше n, в направлении средства регулирования источника (208) опорного напряжения на основе входных n-битных слов, принятых из шины передачи данных.

8. Усилитель лампы бегущей волны по п. 7, в котором количество m битов выходных слов в направлении средства регулирования источника (208) опорного напряжения выбрано таким образом, чтобы обеспечивать регулирование фазы радиочастотного (RF) сигнала.

9. Усилитель лампы бегущей волны по п. 4, в котором средство (22) генерирования высокого напряжения и управления реализовано в модуле (40) генерирования высокого напряжения и управления, содержащего на его входе вторичную обмотку (402) преобразователя (220) высокого напряжения, также соединенную с контроллером (V3) точности напряжения спирали, сформированным посредством биполярного транзистора, который возбуждается регулятором (222), и эмиттер которого присоединен к земле через рассеивающий элемент (403).