第14卷第1期2002年1月强激光与粒子束HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMS.14,No.1VolJan.,2002文章编号:100124322(2002)0120107204多注速调管放大器的自适应均衡器研制成永东,李家胤(电子科技大学高能电子学研究所国家863计划强辐射重点实验室四川成都610054)Ξ摘要:多注速调管放大器对激励功率有十分苛刻的要求。文章提出了采用可编程控制器研制自适应均衡器的方法,自适应均衡器根据速调管输出微波峰值功率大小自动控制电调衰减器,从而达到控制速调管激励功率的目的。它可以克服信号电平、行波管增益、线路衰减与速调管特性诸多因素的影响,保证速调管始终工作在最佳激励状态,获得最大的功率输出。关键词:多注速调管;可编程序控制器(PLC);自适应控制;均衡器中图分类号:O562.5文献标识码:A1多注速调管对激励功率的要求多注速调管是一种性能优良的微波放大器件,具有工作电压低、输出功率大、工作频带宽、体积小、重量轻等一系列优点,受到了俄、美等国的高度重视,并获得了广泛应用。我国的不少大功率微波发射机也采用了多注速调管技术。多注速调管的一个重要特点是对激励功率有严格要求。图1是某多注速调管最佳激励曲线,速调管的脉冲输出峰值功率在200kW～224kW之间,是比较均衡的。曲线Pin是该速调管的最佳激励功率曲线,只有当激励功率符合最佳激励曲线Pin的要求时,才能得到曲线Pout所示的功率;如果激励功率低于曲线Pin的值,输出功率会下降;如果激励功率大于曲线Pin之值,则速调管工作在过激励状态,它一方面会使输出功率下降;另一方面,还会破坏电子注的聚Fig.1Optimumoutputpropertyoftheklystron束状态,造成电子对管内壁的轰击增加,损坏管内涂层,增加腔壁损耗,因此必须防止速调管长时间在过激励状态下工作。从图1曲线Pin还可以看出,在工作频带内,最佳输入功率有几次起伏,最大值是最小值的若干倍。如果采用等激励方法,速调管的输出功率在某些频率点仅为最佳值的50%左右,而在另一些频率点速调管则工作在过激励状态,因此保证在所有频率点都给予多注速调管以最佳激励,是多注速调管使用的一个重要问题。图1多注速调管最大输出特性曲线2多注速调管均衡器的方案选择在微波放大器中,为了改善主放大器增益在工作频带内随频率变化的特性,通常是在系统内加入一个该频带内衰减量随频率变化的特殊衰减器,其衰减量正好补偿放大器增益的变化,则从该衰减器输入至放大器输出的增益在工作频带内看上去是均匀的,“该特殊衰减器又被称为均衡”器。我们的速调管放大系统要求研制的均衡器,是一种能排除系统内一切不确定因素的影响,保证速调管的输出能自动快速跟随频率变化,始终保持最大功率输出的自适应均衡器。行波管放大器常采用的无源均衡器,对多注速调管不适用,因为速调管增益变化太剧烈。另一种方案是用单片机根据输入的频率信息,前馈控制输入级的电调衰减器,但它要求准确获得放大系统中各环Ξ收稿日期:2000211210;修订日期:2001206225基金项目:国家863激光技术领域资助课题作者简介:成永东(19682),男,工程师©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.108强激光与粒子束第14卷节频率2增益曲线,如果任何一个环节参数发生变化都要人为修正单片机数据,不仅调试难度较大,而且我们的系统各环节参数是变化的,所以也不能采用该方案。于是我们设计了一种有源均衡器,系统结构如图2所示,该系统能自动使速调管稳定工作在最大输出状态(即图3中A点)。通过采样速调管的输出脉冲峰值功率,构成一个闭环系统,用可编程控制器调节电调衰减器,实现对速调管放大系统输入微波功率的反馈控制。它可以自动补偿由于信号源波动、行波管和速调管增益等因素变化对系统的影响,该均衡器与频率无关。图3是速调管在不同频率的微波激励下输入输出特性示意图,A点左侧为放大区,右侧为过激励区。Fig.2Controllingsystemoftheself2adaptingequalizerFig.3Inputandoutputpropertiesofklystron图2自适应均衡器控制系统图图3速调管输入输出特性示意图3硬件设计3.1峰值电压检测电路设计速调管输出的微波功率取样后送到晶体检波器,检波出的脉冲电信号是几百毫伏的高频窄脉宽信号,必须变换成标准信号电平才能被可编程控制器(PLC...