空間行波管放大器發(fā)展歷程

空間行波管放大器于1962年首次應(yīng)用。其行波管（TWT）由貝爾實(shí)驗(yàn)室(Bell Lab) 制造并用于Telestar1衛(wèi)星，頻率3.7GHz～4.2GHz，輸出功率2W，增益40dB，效率10%，相移50℃，質(zhì)量1Kg，一個(gè)收集極。1973年由AEG公司制造了歐洲首個(gè)空間行波管放大器，技術(shù)指標(biāo)有了很大的改善，頻率3.7GHz～4.2GHz，輸出功率13W，增益46dB，效率34%，相移50℃，質(zhì)量640g，一個(gè)收集極。20世紀(jì)70年代中期，由于固態(tài)器件的迅速發(fā)展，要求功率較小的微波接力通信用的行波管逐漸被固態(tài)器件所替代。在衛(wèi)星有效載荷中，小功率和低噪聲放大器已被固態(tài)放大器替代。

面對(duì)固態(tài)器件的迅猛發(fā)展，不少人認(rèn)為行波管被固態(tài)器件所完全替代只是時(shí)間問(wèn)題，而且一些國(guó)家也停止了對(duì)行波管的研究工作。經(jīng)過(guò)一番曲折，人們認(rèn)識(shí)到行波管的優(yōu)勢(shì)在于高頻率、寬頻帶、大功率領(lǐng)域，這正是雷達(dá)、電子對(duì)抗、衛(wèi)星通信的發(fā)展方向。因此，行波管在失去了一些陣地以后，在新的陣地上又重新迅速地發(fā)展起來(lái)，形成了一個(gè)龐大的行波管家族。最近幾年，行波管在世界范圍受到重視，各國(guó)進(jìn)行了大量的研究工作，發(fā)展異常迅速。空間行波管放大器的功率水平、效率、壽命、體積、重量、波段覆蓋范圍得到不斷地更新。

1、空間行波管放大器的特點(diǎn)

a. 空間行波管放大器在真空狀態(tài)下工作

空間行波管放大器工作在真空環(huán)境下，在這種條件下，放大器可能會(huì)產(chǎn)生低氣壓放電效應(yīng)。行波管電源本身工作在高壓狀態(tài)，應(yīng)防止微放電或電暈放電情況的發(fā)生。

b. 空間行波管放大器高可靠、長(zhǎng)壽命

空間行波管放大器具有不可維修性，所以對(duì)其可靠性要求很高，對(duì)于通信衛(wèi)星用放大器，壽命要求長(zhǎng)達(dá)15年。

c. 空間行波管放大器效率高

由于空間電源容量的限制，星載電子設(shè)備的耗能和效率是一個(gè)倍受關(guān)注的指標(biāo)。星上能量的80%～90%要用于行波管放大器。對(duì)于通信衛(wèi)星來(lái)說(shuō)，一個(gè)星上可能需要多達(dá)幾十個(gè)行放，因此效率提高幾個(gè)百分點(diǎn)對(duì)整星功耗的減少也是相當(dāng)可觀的。

d. 空間行波管放大器體積小、重量輕

星載設(shè)備對(duì)體積和重量有嚴(yán)格的要求。一般來(lái)說(shuō)，有效載荷質(zhì)量減小1kg，運(yùn)載火箭的起飛質(zhì)量可減小1～2噸。因此，在設(shè)計(jì)空間行波管放大器時(shí)要千方百計(jì)地減小體積和重量。

e. 空間行波管放大器抗輻照特性

空間行波管放大器工作在具有各種輻射的空間環(huán)境中。在天然空間輻射環(huán)境中，行波管放大器往往因經(jīng)受空間輻射而導(dǎo)致性能降低或失效，甚至最終造成空間飛行器災(zāi)難性后果。因此，它必需有抗各種空間輻射的能力。

f. 空間行波管放大器優(yōu)秀的力學(xué)性能

空間行波管放大器要有很強(qiáng)的抗抗沖擊、耐振動(dòng)性能，以便能夠忍受衛(wèi)星發(fā)射的惡劣環(huán)境。

g. 空間行波管放大器具有遙控遙測(cè)功能

空間行波管放大器能夠在地面實(shí)現(xiàn)遙控開(kāi)、關(guān)機(jī)，可以通過(guò)在地面遙測(cè)放大器的有關(guān)技術(shù)參數(shù)(如開(kāi)、關(guān)機(jī)狀態(tài)、螺流、陽(yáng)壓、故障狀態(tài))來(lái)判斷放大器的工作狀態(tài)。

h. 空間行波管放大器技術(shù)指標(biāo)要求高

空間行波管放大器通常主要指標(biāo)要求為: 帶寬500MHz，增益平坦度≤0.5dB，增益斜率0.01dBpp/MHz，AM/PM≤4.5°/dB，三階交調(diào)≤-23 dB，噪聲系數(shù)＜33 dB。效率優(yōu)于45%，諧波抑制特性≤-20 dBc，EPC雜波抑制:≤-60 dBc。

2、空間行波管放大器產(chǎn)品現(xiàn)狀

國(guó)外空間行波管(放大器)的制造商有美國(guó)L-3、德國(guó)的TESAT、法國(guó)的Thales、俄羅斯的ALMAZ和日本的NEC。當(dāng)前空間行波管放大器主要由空間行波管制造商完成集成，還有一些空間有效載荷制造商采購(gòu)TWT與自己制造的EPC或第三方的EPC集成為TWTA。目前國(guó)外空間TWT/EPC產(chǎn)品的主要性能如表1～6所示。

TESAT在研制空間行波管放大器方面已有40年的歷史，2001 年以前已給不同國(guó)家的94 個(gè)空間工程提供了TWTA，占全球市場(chǎng)的45%。它的產(chǎn)品覆蓋了V頻段以下的所有頻段，功率范圍10W～450W，其中Ku波段占據(jù)94個(gè)項(xiàng)目的70%。表7介紹了TESAT典型的Ku波段TWTA產(chǎn)品的主要技術(shù)指標(biāo)。

表1、L-3 公司的空間TWT產(chǎn)品參數(shù)

表2、Thales空間TWT產(chǎn)品參數(shù)

表3、俄羅斯ALMAZ公司空間TWT產(chǎn)品參數(shù)

表4、日本NEC公司空間TWT主要產(chǎn)品參數(shù)

表5、美國(guó)L-3 空間TWTA鑒定件的EPC產(chǎn)品參數(shù)

表6、Thales空間EPC產(chǎn)品典型參數(shù)

表7、TESAT公司的典型空間TWTA產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)

3、空間行波管放大器的研發(fā)現(xiàn)狀

3.1 空間行波管研制

L-3公司開(kāi)發(fā)了一種型號(hào)為999HA空間鑒定件行波管，它用于外層空間到地球的數(shù)據(jù)或視頻信號(hào)傳輸。該型號(hào)共生產(chǎn)了3個(gè)樣品，其主要指標(biāo)測(cè)試結(jié)果: 中心頻率31.8GHz～32.3 GHz，輸出功率180W～252W，空間鑒定條件長(zhǎng)壽命工作功率200W，總效率62%(252W)，增益55dB，質(zhì)量1600g，體積36.6×8.9×7.1cm3，工作壽命/任務(wù)壽命為7/20年。效率最高的空間行波管是L-3 的Ku波段行波管，型號(hào)為88125H，輸出功率130W，增益51dB，效率73%。L-3 公司已經(jīng)成功研發(fā)出工作在Q波段的8925HP通信行波管，頻率范圍43.5GHz～45.5GHz(軍事應(yīng)用)，輸出功率230W。

法國(guó)Thales公司正在開(kāi)發(fā)一種型號(hào)為TH4816的Ka波段170W空間應(yīng)用行波管，它可用于如高清晰度電視廣播(HDTV)以實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)率。Thales在鑒定狀態(tài)下對(duì)7支管子進(jìn)行了測(cè)量，結(jié)果為: 頻率范圍17.3GHz～21.2GHz，輸出功率≥170W，總效率≥63%，增益51.4dB～56.3 dB，相移45°，重量1200g。

俄羅斯ALMAZ公司研制了一種C波段螺旋線行波管，它采用5級(jí)降壓收集極，計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果為: 飽和效率為63%，電子效率為41.5%。

3.2 空間行波管線性化通道技術(shù)

線性化通道放大器(LCAMP)是微波功率模塊的一個(gè)重要組成部分。它可以有效改善放大器的交調(diào)失真、AM/PM變換、諧波抑制等重要技術(shù)參數(shù)。在在軌功率可調(diào)TWTA中，可調(diào)增益LCAMP 也是不可缺少的一部分。線性化技術(shù)主要可分為輸入功率回退(IBO) 、負(fù)反饋、前饋和預(yù)失真等幾種方法。預(yù)失真技術(shù)原理簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)、頻帶寬、成本低、質(zhì)量輕，所以適用于空間放大器線性化應(yīng)用，也是目前研究、分析、設(shè)計(jì)使用率最高的線性化方法。

法國(guó)Thales公司研究人員提出了一種新型空間應(yīng)用的寬帶預(yù)失真線性化器。它除了典型的增益擴(kuò)展和相移大小控制以外，還具有曲線形狀調(diào)節(jié)能力和寬頻帶特性(1.8GHz 帶寬，頻率范圍10.95 GHz～12.75GHz) 。它是在典型的肖特基二極管預(yù)失真結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上增加了一個(gè)形狀調(diào)節(jié)控制器，通過(guò)不同的命令設(shè)置實(shí)現(xiàn)不同的補(bǔ)償特性的調(diào)節(jié)。常規(guī)的預(yù)失真線性化器電路沒(méi)有形狀調(diào)節(jié)能力，只有線性化擴(kuò)展幅度控制能力。沒(méi)有形狀調(diào)節(jié)的結(jié)果是增益和相位的補(bǔ)償需在飽和功率和退回功率之間折中考慮，也就是說(shuō)需在退回功率時(shí)有限的過(guò)補(bǔ)償和在飽和功率是最小的剩余壓縮之間綜合考慮。形狀可調(diào)預(yù)失真線性化器與典型的二極管預(yù)失真線性化器相比，性能具有很大的改善: IBO為-6dB，頻率11.7GHz 時(shí)，三節(jié)交調(diào)(C/IM3)改善20dB，噪聲功率比(NPR) 改善7dB。這種先進(jìn)的線性化器已經(jīng)應(yīng)用于Thales空間線性化行波管放大器中。

美國(guó)線性化技術(shù)公司( Linear Technology Inc.)從事于不同類型線性化通道放大器的研制。其中基于微控制器的空間應(yīng)用的預(yù)失真線性化通行波管放大器Ku－2050LCAMP的主要技術(shù)指標(biāo)為:工作頻率范圍10.7GHz～12.75GHz，飽和靜態(tài)相移±5°，飽和AM/PM 變換＜2°/dB，C/3I M＞25dBc (IBO為-3dB)，NPR＞17dB(IBO為-3.5dB)，質(zhì)量400g。

3.3 空間TWTA功率合成技術(shù)

從外層行星或月球附近軌道運(yùn)行的空間飛行器發(fā)射的通信信號(hào)傳到地球表面天線需要傳播很大的距離。此外，由于距太陽(yáng)距離的增加，在飛行器表面可用于轉(zhuǎn)換為電能的太陽(yáng)能減少，因此，需要開(kāi)發(fā)高效率和高功率的功率放大器。要實(shí)現(xiàn)超大功率的空間行波管放大器，若用單一的TWT便遇到技術(shù)上的挑戰(zhàn)，運(yùn)用功率合成技術(shù)是解決這一問(wèn)題的有效途徑。

NASA Glenn研究中心提出了一種新穎的功率和成器架構(gòu)。這種基于混合魔T的功率合成技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)輸出1kW級(jí)的功率能力。該中心已經(jīng)成功地演示了這種功率合成器。它用兩個(gè)100W的TWTA，中心頻率32.05GHz，帶寬500MHz，合成效率可達(dá)90%。根據(jù)這個(gè)測(cè)量結(jié)果，預(yù)計(jì)8個(gè)100W(TWT型號(hào)999H)的TWTA可實(shí)現(xiàn)效率73%，如果用4個(gè)200W的( 999HA)可實(shí)現(xiàn)效率81%。

3.4 空間探測(cè)行波管放大器研制

L-3 研制了一種新型的K波段行波管放大器。該放大器的技術(shù)指標(biāo)實(shí)測(cè)為: 中心頻率25. 5GHz～25.8GHz，輸出功率42.17W，相移30°，增益49.25dB，AM/PM 變換3.5°/dB， 效率45%(其中，TWT效率為55.2%)，噪聲系數(shù)29.97dB，二次諧波23.5dB。該放大器共研制三套，第一套用于月球探測(cè)飛行器，第二套作為模樣用于機(jī)械沖擊和震動(dòng)試驗(yàn)以評(píng)估其特性裕量，第三套用于NASA國(guó)際空間站。

美國(guó)Calabazas Creek研究所和Wisconisin大學(xué)正在開(kāi)發(fā)一種運(yùn)用三維微加工技術(shù)的650GHz的行波管放大器。開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)在于新型平面互作用電路，長(zhǎng)壽命、高電流密度電子槍，高效、小型、輕量的電源。微加工的批量特點(diǎn)保證了增加元件產(chǎn)量、可靠性和降低成本的可重復(fù)性。這種太赫茲放大器可用于衛(wèi)星高空大氣成像和探測(cè)和對(duì)流層以上高空俯視探測(cè)。該放大器的技術(shù)參數(shù)為: 中心頻率650GHz，輸出功率360mW，工作電壓12kV，工作電流12mA。有關(guān)的測(cè)試工作還在進(jìn)行中。

3.5 在軌功率可調(diào)行波管放大器研制

在軌功率可調(diào)放大器的必要性: 其一，目前空間行波管放大器輸出功率范圍為10W～250W，在許多情況下，用戶不能預(yù)先選精確知道需要多大的輸出功率。如果功率可調(diào)，行波管制造商能夠在較短的時(shí)間內(nèi)向用戶提供可以在不同功率下應(yīng)用，且效率可以保持在較高水平的產(chǎn)品; 其二，衛(wèi)星中安裝行波管放大器的位置不能預(yù)先確定，因之傳輸功率的波導(dǎo)長(zhǎng)度也不能確定，所以波導(dǎo)損耗不能確定。如果在保持高效率情況下輸出功率可調(diào)，將使整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)，縮短調(diào)試時(shí)間; 其三，行波管放大器在軌功率可調(diào)，可通過(guò)地面遙控改變功率大小來(lái)適應(yīng)空間業(yè)務(wù)的變化，補(bǔ)償雨天帶來(lái)的短時(shí)間的信號(hào)衰減，優(yōu)化放大器的冗余設(shè)計(jì)以及重新構(gòu)建衛(wèi)星任務(wù)等。

功率可變TWTA的特征是它在不同功率電平下以飽和狀態(tài)下工作，以獲得穩(wěn)定的射頻功率輸出且對(duì)輸入功率的不敏感性，放大器的效率保持在較高的水平。在軌可調(diào)TWTA的技術(shù)要由TWT和EPC共同實(shí)現(xiàn)。飽和輸出功率通過(guò)調(diào)節(jié)TWT 的陰極電流實(shí)現(xiàn)，當(dāng)陰極電流減小50%時(shí)輸出功率可減少4dB，減少陰極電流需通過(guò)減少陽(yáng)極電壓1500V～2000V來(lái)實(shí)現(xiàn)，這就要求功率調(diào)節(jié)器的陽(yáng)極穩(wěn)壓器具有很寬的穩(wěn)定范圍，同時(shí)還需考慮放大器在開(kāi)通過(guò)程中和在任何功率電平的功率穩(wěn)定性。陰極電流的減少也會(huì)導(dǎo)致TWT增益的減少，為了保持射頻輸入功率不變，TWT前端的LCAMP的增益也需要相應(yīng)地增加。

TESAT開(kāi)發(fā)了一種MPM，它的飽和功率可通過(guò)在軌功率調(diào)節(jié)器(IOA)的64個(gè)狀態(tài)設(shè)置實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出功率小步長(zhǎng)(1W/每步)的精確控制。測(cè)試結(jié)果表明: 用一個(gè)最大飽和功率為120W的TWT，分別通過(guò)IBO和IOA模式實(shí)現(xiàn)90W和70W的功率輸出，結(jié)果是IOA 模式比IBO 模式功率損耗減少16W(90W輸出)和25W(70W輸出) 。

L-3 公司也進(jìn)行了在軌可調(diào)飽和輸出功率TWTA 的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)。它采用型號(hào)為9100H的Ka波段行波管，EPC設(shè)計(jì)滿足陽(yáng)極電壓減小范圍為0V～1800V。當(dāng)輸出功率從134W 變化到50W變化時(shí)，TWTA的效率變化為(64%～57%) ，效率變化僅7個(gè)百分點(diǎn)。如果用簡(jiǎn)單的驅(qū)動(dòng)功率退回的方法來(lái)改變飽和輸出功率，要滿足相同的功率變化，則效率減少27個(gè)百分點(diǎn)。TWT 的輸入驅(qū)動(dòng)必須滿足17dB的變化范圍(每1dB的輸出變化需要4dB的輸入調(diào)節(jié))，這個(gè)變化可容易地通過(guò)LCAMP實(shí)現(xiàn)。

Thales報(bào)告了由ESA支持開(kāi)發(fā)的Ku波段功率可變MPM的研制狀況。該模塊由三部分組成:可變輸出TWT、電壓可變EPC和增益可變LCAMP組成。陽(yáng)極電壓由串行遙控命令(6bit64步) 陽(yáng)極電壓變化范圍0V～-1770V的變化。其部分性能參數(shù)為: 射頻功率變化范圍160W～75W; 工作頻率11.75GHz～12.75GHz; 效率(160W)為EPC+ LCAMP＞92%，TWT =71%，效率(75W)為EPC+LCAMP＞89%，TWT≥65%。

4、空間行波管放大器發(fā)展趨勢(shì)

4.1 空間行波管放大器效率進(jìn)一步提高

空間行波管放大器效率提高包括兩方面: 提高行波管效率和電源效率。就C波段而言，行波管的效率從1962年的10%提高到1973年的34%，再增加到2002年的70%。

一種通過(guò)優(yōu)化行波管螺旋節(jié)距分布以獲得最大理論總效率的方案。它運(yùn)用通用算法以實(shí)現(xiàn)三效(總效率、收集極效率和電子效率)優(yōu)化為目的集成三維電子束互作用仿真器，運(yùn)用這個(gè)技術(shù)設(shè)計(jì)了一種Ku波段螺旋TWT，理論上可最大總效率可達(dá)77%。隨著行波管大信號(hào)理論的完善和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展，如果更好的三維收集極編碼和可能參數(shù)化的電極結(jié)構(gòu)和磁場(chǎng)變化用于改進(jìn)收集極效率，不久實(shí)現(xiàn)75%，未來(lái)達(dá)到77% 甚至80% 的總效率是有可能的。

目前空間行波管電源效率普遍優(yōu)于90%，有些產(chǎn)品已達(dá)到95%。單級(jí)EPC的效率已達(dá)到98%，未來(lái)幾年有望實(shí)現(xiàn)97%。進(jìn)一步提高效率仍然是未來(lái)空間電源的研發(fā)挑戰(zhàn)。

4.2 空間行波管的壽命進(jìn)一步延長(zhǎng)

空間行波管放大器壽命主要取決于行波管，而行波管的壽命以陰極壽命為基礎(chǔ)，所以對(duì)陰極材料、構(gòu)造和工藝的研制是提高行波管壽命的主要途徑。

美國(guó)Calabazas Creek Research公司正在開(kāi)發(fā)一種高電流密度、長(zhǎng)壽命陰極，它使用燒結(jié)鎢導(dǎo)線技術(shù)，在電流密度為50A/cm2條件下做壽命試驗(yàn)，計(jì)算壽命為3.2萬(wàn)小時(shí)。日本NEC對(duì)M411(Qs/Ru)陰極在不同條件下進(jìn)行了大量的壽命試驗(yàn)，累計(jì)達(dá)到7513400小時(shí)，從而得出M411陰極壽命可達(dá)20萬(wàn)小時(shí)(約23年) 。雖然試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際壽命會(huì)存在差異，但這預(yù)示著行波管的壽命將進(jìn)一步延長(zhǎng)。

4.3 工作頻率向更高波段發(fā)展

4.3.1 Ka波段TWTA發(fā)展前景廣闊

由于Ku波段的應(yīng)用已經(jīng)非常擁擠，而Ka波段具有更大的帶寬和數(shù)據(jù)處理容量以及窄的點(diǎn)波束地面覆蓋，因此許多計(jì)劃中的寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本采用Ka波段。近年來(lái)衛(wèi)星通信應(yīng)用Ka波段的情況越來(lái)越多，表現(xiàn)出衛(wèi)星通信新的發(fā)展趨勢(shì)。著名的國(guó)際太空咨詢機(jī)構(gòu)Euroconsult指出:2018年，Ka波段需求將占衛(wèi)星容量總需求的14%，主要采用Ku和C波段的軍事衛(wèi)星通信也將被推向Ka波段。在通信衛(wèi)星中采用Ka波段，可以獲得較寬的工作頻帶，增加通信容量，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)較窄的波束，從而獲得高的EIRP值，減小地面終端天線的尺寸。當(dāng)然，采用Ka或更高頻段必須解決雨衰自適應(yīng)補(bǔ)償?shù)募夹g(shù)問(wèn)題。高清晰度電視廣播、多媒體通信等市場(chǎng)需求將促進(jìn)Ka波段TWTA的發(fā)展。

4.3.2 Q-V波段TWTA發(fā)展

多媒體衛(wèi)星要求建立全球系統(tǒng)的星間鏈路用于數(shù)據(jù)傳輸，星間鏈路工作在V波段可能是需要的，這就促進(jìn)了TWTA向這個(gè)頻段發(fā)展。建立在通信行波管技術(shù)基礎(chǔ)上的更高頻率空間行波管放大器將成為新一輪研究熱點(diǎn)。

4.3.3 THz技術(shù)的發(fā)展

太赫茲波(THz) 指頻率在300GHz～3000GHz范圍的電磁波。太赫茲用于通信可以獲得10Gbit/S的傳輸速率，特別是衛(wèi)星通信，由于在外層空間，不考慮水分的影響，這就使得太赫茲通信可以以極高的帶寬進(jìn)行高保密衛(wèi)星通信。隨著微加工技術(shù)的發(fā)展，使得高精的行波管部件如慢波線加工得以實(shí)現(xiàn)，在外層空間探測(cè)中將顯示出它的優(yōu)越性。

4.4 空間行波管放大器向大功率方向發(fā)展

大功率空間行波管放大器基于三個(gè)方面的需求:一是隨著衛(wèi)星直播業(yè)務(wù)的發(fā)展，為了使直到家庭的用戶使用更小口徑的天線,需要進(jìn)一步增加衛(wèi)星的輻射功率； 二是隨著人類探索外層空間的距離日趨遙遠(yuǎn)，高容量通信將是這種超遠(yuǎn)距離星球探索的挑戰(zhàn)；三是，空間電子戰(zhàn)要求高功率。為了實(shí)現(xiàn)外層空間任務(wù)所需要的1Gbps的傳輸速率，探測(cè)器的功率需要在1kW～10kW范圍，預(yù)計(jì)到2020年，空間通信行波管功率在300W～500W( 螺旋線) 或1kW～5kW( 耦合腔)。

4.5 可變化空間行波管放大器發(fā)展

在未來(lái)幾年，由于視頻和多媒體容量要求的增加，衛(wèi)星寬帶交互式和廣播服務(wù)將有大的增長(zhǎng)，涉及的技術(shù)挑戰(zhàn)可概括為: 通信流量正在以非常不均勻方式發(fā)展，當(dāng)前的有效載荷適用于低效的或固定方式的應(yīng)用，因此需要一個(gè)可變化的且高效的載荷;Ka波段可支持交互式和廣播服務(wù)，從經(jīng)濟(jì)上需要開(kāi)發(fā)可變的多任務(wù)衛(wèi)星; Ka波段存在嚴(yán)重的雨衰，因此對(duì)于多雨地區(qū)，需要有一個(gè)性價(jià)比合適的寬帶解決方法。由于由小波束組成的多波束有效載荷可以增加流量和數(shù)據(jù)率，但是如果對(duì)每個(gè)波束進(jìn)行帶寬/功率的均勻分配，就會(huì)發(fā)現(xiàn)在熱點(diǎn)地區(qū)的能力不足和冷點(diǎn)地區(qū)的浪費(fèi)，因此需要先進(jìn)技術(shù)對(duì)不同波束靈活地分配功率和帶寬。

支持對(duì)不同波束進(jìn)行功率和帶寬分配的關(guān)鍵技術(shù)是可變化行波管放大器、多端口放大器和混合放大器。可變化行波管放大器與自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)相接合，在非平均流量分配情況下，可實(shí)現(xiàn)20－30%服務(wù)流量的增加，并且在相同服務(wù)流量的情況下減少100%以上的功率，功率的顯著減少可以實(shí)現(xiàn)同一平臺(tái)兩個(gè)任務(wù)共享，同時(shí)減少把一個(gè)衛(wèi)星用于新任務(wù)的相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)。一個(gè)基于靈活載荷任務(wù)能夠?yàn)橐院笮碌娜蝿?wù)打開(kāi)新的市場(chǎng)，可變化行波管放大器將會(huì)在多任務(wù)應(yīng)用中找到用武之地。

5、結(jié)束語(yǔ)

空間行波管放大器是衛(wèi)星有效載荷的關(guān)鍵部件，發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)有40多年的研發(fā)和制造歷史，其產(chǎn)品已經(jīng)形成系列且長(zhǎng)期在軌運(yùn)行，可靠性和壽命已經(jīng)得到充分驗(yàn)證。已經(jīng)得到充分驗(yàn)證。近十幾年來(lái)，一些發(fā)展中國(guó)家(如印度) 也在積極地進(jìn)行空間行波管放大器的開(kāi)發(fā)并取得一定的成果。空間行波管放大器將不斷地向更寬頻帶、高功率、高效率、高線性、小體積輕重量、高可靠和更長(zhǎng)壽命的目標(biāo)發(fā)展。

本文作者為中國(guó)空間技術(shù)研究院西安分院李卓成研究員。