毫米波空间行波管非线性失真的理论和实验研究

The project aims to study the mechanism of space TWT nonlinear distortion. The key issues restricting space TWT achieve high efficiency and good linearity is investigated. A non-linear model to describe the memory TWT behavior patterns is established, and optimization is carried out to obtain the optimum of power margin. The comprehensive optimization design platform for space TWT nonlinear distortion is established. To reduce the nonlinear distortion in TWT, the impact of various parameters of high-frequency structure on the nonlinear properties is analyzed; suppressing harmonics generated by the gradient in the spiral radius is also investigated. To manifest the optimum design of nonlinear properties, a K-band experimental prototype tube, achieving phase distortion ≤ 30 °, is manufactured and tested. This project laid the theoretical and experimental basis for improving the efficiency and nonlinear distortion of space TWT.

本项目旨在深入地研究空间行波管非线性失真的工作机理，解决制约空间行波管实现高效率、良好线性度等综合设计的关键问题。建立有记忆非线性模型来描述行波管行为模式，以功率余量为优化目标，开发空间行波管非线性失真综合优化设计平台；综合分析各个高频系统参数对非线性性能的影响，探讨通过螺线内半径的渐变来抑制谐波的产生，从而减少行波管的非线性失真；同时试制K波段实验样管进行试验验证，实现相位失真≤30°，为提高空间行波管效率和非线性失真奠定理论和实验基础。

本项目旨在深入地研究空间行波管非线性失真的工作机理，解决制约空间行波管实现高效率、良好线性度等综合设计的关键问题，为提高空间行波管效率和非线性失真奠定理论和实验基础。本项目取得了以下研究成果：.（1）多线路参数优化的渐变结构设计与制管验证.采用电子所研发的行波管仿真软件IESTWT对双渐变螺旋线慢波结构的多线路参量进行参量分析，探讨它们对行波管效率和相移失真的影响。在此基础上，提出了多渐变螺旋线慢波结构，试验制管测试结果表明：通过采用优化的多渐变螺旋线结构，行波管的主要性能参数输出功率、增益、电子效率基本不变，而非线性相移失真和AM/PM转换系数明显降低了，实现相位失真≤30°的目标。.（2）开展功率余量的研究与制管验证.深入探讨功率余量作为系统级参量对行波管线路设计的指导作用，采用这个数字品质因数来优化设计。以功率余量最大化来比较行波管的性能，对工作在Ka波段螺旋行波管进行螺距的优化设计。实测结果表明：行波管具有良好的线性度,优于法国THALES公司Ka波段行波管TH4626。此行波管与行波管电源集成行波管放大器后，用于卫星数传分系统的现场测试，测试结果显示：系统误码率满足应用要求，误码Pe优于10-6的情况下 C/N0有2.4dB裕度。.（3）谐波问题的研究与抑制技术.利用螺距正跳变能够有效的抑制二次谐波输出功率，并且存在一个的跳变位置抑制效果最佳。在整个频带范围内这种螺距跳变对谐波都有抑制作用。螺距跳变段同时改变了基波和谐波与电子注的同步状态，而螺距正跳变对谐波同步影响大于基波的改变，从而使得谐波输出功率降低。.（4）螺旋线行波管有记忆非线性模型的建立.研究分析行波管放大器所处理的带通信号的分析方法，以及非线性失真对通信系统性能的影响。在此基础上，进一步分析放大器记忆效应的表现形式和产生机理，以及记忆效应对功率放大器非线性性能的影响。