CC BY
57
ФИЗИКА, РАДИОТЕХНИКА И ЭЛЕКТРОНИКА
УДК 621.385.632
В.В. Доперальский, Б.К. Сивяков, Ю.А. Беляева
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ШИРОКОПОЛОСНОГО ФАЗОИДЕНТИЧНОГО УСИЛИТЕЛЯ НА ОСНОВЕ ЛБВ С АМПЛИТУДНО-ЧАСТОТНЫМ ШЛЕЙФНЫМ КОРРЕКТОРОМ НА МИКРОПОЛОСКОВОЙ ЛИНИИ
Приводятся результаты экспериментального исследования вакуумнотвердотельного усилителя на основе ЛБВ, с разработанным амплитудным шлейфным корректором на микрополосковой линии.
Амплитудно-частотный корректор, ЛБВ, усилитель СВЧ, допуски V.V. Doperalski, B.K. Sivyakov, Yu.A. Belyaeva
EXPERIMENTAL RESEARCH OF BROADBAND PHASE-IDENTICAL AMPLIFIER
ON THE BASIS OF TWT WITH THE LOOP ATTENUATING EQUALIZERS BASED
ON MICROSTRIP LINE
The articles presents the results of the research of the vacuum-solid-state amplifier on the basis TWT with the developed loop attenuating equalizers based on microstrip line.
Attenuating equalizer, TWT, microwave amplifier, tolerances
Амплитудно-частотный корректор применяется для выравнивания коэффициента усиления и расширения рабочего диапазона частот спиральных ЛБВ. Существуют различные возможности реализации требуемых характеристик такого устройства [1, 2], однако к настоящему времени наибольшее распространение в разработках ФГУП «НПП «Алмаз» получила шлейфная конструкция корректора. Это объясняется как относительной простотой реализации, так и возможностью достаточно точного расчета характеристик с применением методов теории СВЧ цепей.
Применение усилителей на основе ЛБВ в различных радиотехнических системах выдвигает требование к фазоидентичности усилителей [3, 4]. В зависимости от уровня входной мощности, наличия твердотельного предварительного усилителя в цепи ЛБВ - корректор и влияния других факторов выбирается конструкция корректора. Конструкция на коаксиальных линиях передачи обладает возможностью подстройки величины ослабления по всей полосе частот. Подстройка величины ослабления зачастую является обязательной частью технологического цикла потому, что амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) ЛБВ из-за допусков в элементах замедляющей системы (ЗС) имеют заметный разброс от прибора к прибору. В то же время для получения фазоидентичных характеристик усилителя необходима идентичность характеристик корректоров. Оценка чувствительности АЧХ и ФЧХ корректора к настройке корректора на коаксиальной линии передачи была проведена в [5]. Существует другое конструктивное исполнение корректора - на микрополосковой линии передачи. Это исполнение не обладает возможностью настройки, но более технологично и имеет меньшие габариты и лучшую повторяемость характеристик.
Однако в обоих случаях имеется еще одна причина неидентичности характеристик корректора - производственные допуски в элементах корректора. Как видно из рис. 1, даже ненастраиваемая микрополосковая конструкция может иметь большие разности величин АЧХ и ФЧХ до 2дБ и 28° из-за производственных допусков, что недопустимо в ряде случаев.
Рис. 1. Измеренная разность АЧХ и ФЧХ двух амплитудных корректоров на микрополосковой линии передачи относительно третьего
Так как избавиться от производственных допусков или сделать их еще меньшими технологически невозможно, необходимо уменьшать чувствительность каждой конкретной конструкции к допускам. Для этого необходимо знать чувствительность АЧХ и ФЧХ корректора к допускам на различные его элементы, что представлено в [6].
С использованием результатов выполненных исследований был сконструирован и изготовлен корректор на микрополосковой линии передачи для вакуумно-твердотельного усилителя СВЧ, состоящего из широкополосной ЛБВ, ферритового вентиля (ФВК) и твердотельного предусилителя на входе ЛБВ. ЛБВ представляет собой широкополосную лампу с аномальной дисперсией замедления в выходной секции пространства взаимодействия, рабочий диапазон ЛБВ 2,0-4,0 ГГц выходная мощность не менее 1200 Вт. Коэффициент усиления лампы порядка 40 дБ. Твердотельный предусилитель с коэффициентом усиления 20 дБ представляет собой транзисторный усилитель, введенный для увеличения коэффициента усиления всего устройства и снижения уровня собственных шумов по сравнению с монолампой. Для подавления обратной связи и защиты выхода ТТУ от отраженной волны со входа лампы был введен ФВК.
Для усилительной цепочки ТТУ - ФВК - ЛБВ были сняты амплитудные характеристики в рабочей полосе частот, с использованием которых была получена требуемая характеристика корректора. Расчет характеристик конструируемого корректора и характеристик всего усилителя был выполнен с помощью программы, описанной в [7]. Были изготовлены три экземпляра корректора на микрополосковой линии передачи. Измеренные АЧХ корректоров показаны на рис. 2.
Рис. 2. Измеренные АЧХ трех амплитудных корректоров на микрополосковой линии передачи
Разность АЧХ и ФЧХ двух корректоров относительно третьего показана на рис. 3 и укладывается в 1,5 дБ и 5° что является положительным результатом по сравнению с рис. 1. Хорошая устойчивость характеристик конструкции к допускам достигнута благодаря оптимизации конструкции с учетом результатов [5, 6].
Каждый корректор стыковался с усилительной цепочкой ТТУ - ФВК - ЛБВ для единого уровня входного сигнала. При уровне входного сигнала 0,6 МВт с каждым из корректоров последовательно были сняты ФЧХ СВЧ усилителя. Вычисленная по результатам измерений разность ФЧХ для двух усилителей со вторым и третьим корректорами относительно первого с первым корректором показана на рис. 4.
Рис. 3. Измеренная разность АЧХ и ФЧХ двух амплитудных корректоров на микрополосковой линии передачи относительно третьего
Рис. 4. Измеренная разность ФЧХ усилителя с двумя амплитудно-частотными шлейфными корректорами на микрополосковой линии передачи относительно усилителя с третьим корректором
Для получения более достоверных результатов в качестве ФЧХ каждого усилителя взято среднее значение нескольких измеренных характеристик. Погрешность установки на которой производились измерения составляет ±8°.
Видно, что разность ФЧХ вакуумно-твердотельного усилителя на основе ЛБВ с разработанным амплитудным корректором на микрополосковой линии для разных корректоров укладывается в +4 и -17°, что превосходит требования технического задания ±40°. Результаты данной работы подтверждают актуальность и практическую ценность результатов [5-7] и получившийся усилитель имеет прикладное применение в специальной аппаратуре.
ЛИТЕРАТУРА
1. Корректоры амплитудных и частотных характеристик СВЧ электровакуумных приборов / Н. Малютин, А.Ф. Копылов, С.В. Мухин, А.Р. Попов, В.И. Ризуненко, В.А. Солнцев, Б.Г. Сорокин,
B.В. Степанчук // Обзоры по электронной технике. Сер. I. Электроника СВЧ. Вып. 8 (1549). М.: ЦНИИ «Электроника», 1990.
2. Искажения и коррекция сигналов в электронных приборах СВЧ: межвуз. науч. сб. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1988.
3. Данилов А.Б. Разработка амплитудно- и фазоидентичных ламп бегущей волны / А.Б. Данилов, Я.Е. Нудельман, А.Д. Рафалович // Радиотехника. 2002. №2. С. 41-47.
4. Беляева Ю.А. Вопросы получения фазоидентичных широкополосных СВЧ-усилителей / Ю.А. Беляева, А.Б. Данилов, А.Д. Рафалович // Электронные приборы и устройства СВЧ: материалы науч.-техн. конф., посвященной 50-летию ФГУП «НПП «Алмаз», 28-30 августа 2007 г. Саратов, 2007.
C. 60-65.
5. Сивяков Б.К. Анализ чувствительности к настройке амплитудных шлейфных корректоров на коаксиальной линии для широкополосных ЛБВ / Б.К. Сивяков, В.В. Доперальский // Техническая электродинамика и электроника: сб. науч. тр. Саратов: СГТУ, 2009. С. 43-49.
6. Доперальский В.В. Анализ чувствительности к допускам характеристик амплитудных шлейфных корректоров на коаксиальной и микрополосковой линии для широкополосных ЛБВ /
В.В. Доперальский, Б.К. Сивяков // Актуальные проблемы электронного приборостроения: материалы Междунар. науч.-техн. конф., 22-23 сентября 2010 г. Саратов, 2010. С. 170-175.
7. Сивяков Б.К. Проектирование амплитудных корректоров для широкополосных усилителей с учетом характеристик ЛБВ / Б.К. Сивяков, В.В. Доперальский, А.Б. Данилов // Вестник СГТУ. 2011. № 1(52). С. 161-170.
Доперальский Владислав Владимирович -
аспирант кафедры «Электротехника и электроника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Сивяков Борис Константинович -
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Электротехника и электроника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Беляева Юлия Александровна -
кандидат технических наук, доцент кафедры «Электротехника и электроника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А.
Vladislav V. Doperalski -
Postgraduate, Department of Electrical
Engineering and Electronics
Yu. Gagarin Saratov State Technical University
Boris K. Sivyakov -
Dr. Sc., Professor,
Head: Department of Electrical Engineering and Electronics,
Yu. Gagarin Saratov State Technical University
Yuliya A. Belyaeva -
PhD, Associate Professor Department of Electrical Engineering and Electronics,
Yu. Gagarin Saratov State Technical University
Статья поступила в редакцию 20.10.11, принята к опубликованию 15.11.11
