用于X波段行波管实验的脉冲电源研制

一种X波段800W脉冲功率放大器的设计本文介绍了一种X波段800W脉冲功率放大器的设计，以砷化镓GaAS、氮化镓GaN功放管构成微波固态放大链路，采用分支线定向耦合器进行四路功率合成，使得放大器增益大于59dB，输出功率大于59dBm。

标签：X波段脉冲调制功率合成GaASGaN1引言在雷达系统中，微波功率放大器是其中不可缺少的组成部分，在雷达、卫星、飞船、电子对抗等系统中有着广泛的应用，是现代无线通信的关键设备，随着雷达技术的不断发展，研制小型化、高功率和高可靠性的微波功率放大器，对于国防及民用需求具有重要意义。

本文介绍了一种X波段脉冲功率放大器的设计，通过调漏方式实现脉冲调制，以GaAS、GaN功放管构成微波固态放大链路，采用分支线定向耦合器进行四路功率合成，实现800W的功率输出。

2方案设计2.1主要技术指标设计的X波段脉冲功率放大器的主要技术指标为：工作频率9370MHz±50MHz，输入功率0dBm，输出功率不低于800W，上升沿不高于200ns，下降沿不高于100ns，顶降不高于10%，脉宽不高于150us，占空比不高于10%，供电电压±15V、+11V。

2.2功率放大器整体设计放大器将输入的0dBm射频信号放大到800W以上，即输出功率到59dBm 以上，总增益59dB以上，各级增益分配见图1和表1所示。

2.3元器件的选型射频隔离器是一个有单向传输特性的二端口器件。

在信号放大电路中，加入隔离器可以改善功率放大器及其激励放大之间的匹配，以防止放大器自激。

隔离器1工作频率为9GHz～10GHz，插损≤0.2dB，隔离度≥20dB，承受功率10W（CW）。

隔离器2工作频率为9.25GHz～9.5GHz，插损≤0.3dB，隔离度≥20dB，承受功率100W（CW）。

限幅器一般置于射频输入前端，使入射功率被限制在安全的范围之内，以防止功率敏感器件被烧毁。

限幅器工作频率为2GHz～12GHz，插损≤0.5dB，限幅输出功率为18dBm，最大承受功率为5W（CW）。

X波段高功率脉冲放大器设计黄昭宇;冉东【摘要】为满足现代通信和雷达系统对发射功率的要求,文中设计了一种X波段高功率二路合成放大器.为了解决因单个功率器件功率低导致系统输出功率低的问题,选取大功率、高效率GaN器件,通过采取微带功率合成的方法,将两个功率器件进行合成,达到了输出高功率的目的,研制出了X波段高功率放大器.实测放大器的工作频率9.0~9.54 GHz,脉冲输出功率450 W,整机合成效率25%,驻波1.2.【期刊名称】《电子科技》【年(卷),期】2017(030)012【总页数】3页(P25-27)【关键词】X波段;高功率放大器;功率合成;微带【作者】黄昭宇;冉东【作者单位】电子科技大学物理电子学院,四川成都610054;电子科技大学物理电子学院,四川成都610054【正文语种】中文【中图分类】TN722微波功率放大器是现代无线通信系统中发射链路的重要组成部分之一，广泛应用于在雷达、电子对抗、卫星通讯、航天航空和微波通信等领域中。

随着微波毫米波固态器件的发展，固态微波毫米波高功率放大技术引起了广泛关注。

由于单个功率管输出功率能力有限，难以满足工程应用的要求，功率合成技术是获得大功率固态微波毫米波源的最重要、最有效途径。

本文介绍了9.0～9.54 GHz脉冲400 W高功率放大器的研制过程。

选取第三代半导体氮化镓功率单片作为功率器件，采用Rat-race ring合成器进行功率合成。

氮化镓为宽禁带第三代半导体，具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(基本不会被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能。

GaN材料系列具有低的热产生率和高的击穿电场，是研制大功率电子器件和高频微波器件的重要材料。

所以它更适合制作高温、高频、抗辐射的大功率器件。

设计使用一款高功率氮化镓芯片，其尺寸小，采用碳化硅衬底，可在较高的温度下工作，有较强的抗烧毁能力，可在负载阻抗失配的情况下工作，整体采用微封装工艺。

第32卷第10期2020年10月强激光与粒子束Vol.32,No.10 HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS Oct.,2020•高功率微波技术•X波段50MW速调管的研制储开荣，盛兴，李冬凤，窦钺，钟勇，张士桥（北京真空电子技术研究所，北京100015）摘要：介绍了一种X波段高峰值功率速调管的研制方案，目前该管在X波段已经实现脉冲输出功率50MW,效率57%，脉宽达到3.6gs o通过COM法、圆波导行波窗、防晕环和陶瓷覆膜等关键技术的应用，解决了高效率、高峰值功率容量和高可靠性等难题。

尤其是采用COM法优化电子注群聚，与采用二次谐波群聚法相比，在同样的高频管体长度下，可将互作用效率进一步提高10%左右。

产品研制成功，将国内X波段速调管的功率水平由3MW提升至50MW，产品性能已达到国际先进水平。

关键词：高峰值功率速调管；COM法；高效率；圆波导行波窗；高峰值功率容量中图分类号：TN122文献标志码：A doi:10.11884/HPLPB202032.200211Development of X-band50MW klystronChu Kairong,Sheng Xing,Li Dongfeng,Dou Yue,Zhong Yong,Zhang Shiqiao(Beijing Vacuum Electronic Research Institute,Beijing100015,China)Abstract：This paper introduces a technical scheme of X-band high peak power klystron.At present,this klystron has achieved50MW pulse output power and57%efficiency at X band.The pulse width is up to3.6ps.Byusing some key techniques,such as COM method,circle waveguide travelling-wave window,Anticorona ring andcoating thin film on ceramic,some problems such as high efficiency,high peak power capacity and high reliability aresolved.In particular,COM method can be used to optimize electron beam pared with the secondharmonic bunching method,the interaction efficiency can be further improved by about10%under the same length ofhigh frequency tube body.Because of the successfully developed klystron,the peak power level of domestic X-bandklystron has been raised from3MW to50MW,and the performance of the klystron has reached the internationalleading level.Key words:high peak power klystron；COM method；high efficiency；circular waveguide travelling-wave window；high peak power capacityX波段高峰值功率速调管是高梯度加速器的微波源，近年来，美国的SLAC、劳伦斯•利弗莫尔国家实验室、加州大学伯克利分校，欧盟的CERN，PSI的里雅斯特同步加速器，日本KEK,韩国PAL以及国内的中国科学院上海大型科学中心、清华大学等研究机构均开展了X波段高梯度加速器的研究［1］,以用于低成本、紧凑型大科学工程的建设。

一种小型化脉冲行波管高压电源设计与实现
刘银川;高文雷;王桠枫;刘期辉;陈银杏
【期刊名称】《强激光与粒子束》
【年(卷),期】2024(36)2
【摘要】为满足雷达整机对发射机小型化的需求,针对8~18 GHz宽带脉冲行波管设计了一种小型化高压电源。

采用脉冲峰值功率设计方法,结合高压电容储能,实现了行波管在脉冲工作期间高压稳定输出。

同时主功率逆变电路采用了移相全桥拓扑结构,高压整流电路采用了碳化硅二极管,这可减轻电源的散热压力,提高高压电源的功率密度。

研制的小型化脉冲高压电源,阴极电压-6.5 kV,最大工作脉宽2 ms,峰值功率最大1600 W。

与某型号脉冲行波管联调,在脉冲工作期间行波管输出射频信号功率稳定,测试结果验证了该设计方法的可行性。

【总页数】7页(P70-76)
【作者】刘银川;高文雷;王桠枫;刘期辉;陈银杏
【作者单位】北京真空电子技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TN86
【相关文献】
1.脉冲行波管雷达发射机高压电源设计
2.用于行波管的小型化钛泵高压电源设计
3.一种星载脉冲行波管高压电源的设计
4.一种小型化行波管高压电源的设计
5.脉冲行波管雷达发射机高压电源设计
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脉冲行波管雷达发射机高压电源设计摘要：脉冲行波管发射机被广泛的应用在通讯、雷达、电子对抗等领域。

它具有效率高、频带宽、功率高和小型化的优点。

它的高压电源功率变换主电路是由固定频率控制或频率调节控制方式的桥式串联谐振型变换器转换来的。

因为高源电压具有升压比高和功率大的特点。

为适应复杂探测的需要，要求行波管雷达发射机工作脉冲形式在瞬间进行变化，为了满足脉冲行波管的这种负载特性，描述了一种适用于脉冲行波管雷达发射机的高压电源设计方案。

分析移相控制方式串联谐振变换器的工作原理。

该变换器在传统的串联谐振变换桥中，增加了 4 只二极管对回路中谐振电容电压加以箝位，使电路具有良好的脉冲负载适应特性，同时功率开关器件具有较宽的软开关范围，在高频工作状态下，仍然具有高的变换效率。

最后给出该电源的实际工作波形。

关键词：脉冲行波管；雷达发射机；高压电源设计1、前言脉冲行波管发射机以其高功率、高效率、宽频带、小型化等优点而广泛应用在雷达、电子对抗、通讯等领域。

其高压电源由于功率大，升压比高等因素往往采用频率调节控制或固定频率控制方式的桥式串联谐振型变换器（SRC）作为功率变换主电路。

这种电路以其结构简单，易实现，抗不平衡能力强等优点而广泛应用于高压电源中。

但是电源的输出性会因为宽范围的负载变化或是软开关范围变窄、开关频率过低而变差。

为了解决这个问题，要求行波管雷达发射机的工作脉冲形式必须在瞬间发生变化。

为了适应负载特性，笔者提出了一种适用于脉冲行波管雷达发射机的高压电源设计方案。

2、电源组成及其工作原理图1展示了脉冲行波管发射机高压电源的组成。

图 1 行波管高压电源组成其中高压变压器采用T1采用的是扁平的结构，以便于用薄形来封整个高压电源。

功率变换桥采用的是串联谐振电路运用的是谐振电容电压箝位的方法。

它比传统的串联谐振电路多了4只二极管。

控制保护电路的功能是检测、控制和保护高压电源，以及和发射机系统进行同步通讯。

高压整流有4组输出，以便于多级降压收集极行波管。