b khuych i cụng sut ln (HPA)

dng rng rói b khuych i cụng sut bỏn dn SSPA(Solid state PA). Trong

cỏc loi ny TWTA l b khuych i cú cụng sut ln di rng, KPA cú

cụng sut ln di hp cũn SSPA cú cụng sut nh v di rng.

5.2. B khuych i cụng sut Klytron(KPA).

Ta hóy xột nhng c im c bn ca mt b Klytron tiờuchun a

hc cng hng ( thụng thng l gm 5 hc cho mt b khuych i cụng

sut 3KW). Nú gm mt sỳng in t dựng d bn ra trựm electron i suyờn

qua cỏc khe h ca cỏc hc v nhng kim loi hỡnh tr gi l cỏc ng trt

(Dript Tubes) t gia cỏc khe hc. Trong b khuych i ny, tớn cao tn cú

cụng sut thp c a vo b cng hng th nht gi l hc hi t

(Buncher Cavity).Tớn hiu ny s to ra cỏc dũng in chy trong nhng

thnh hc lm xut hin mt in trng xuyờn ngang khe Buncher. in

trng li dựng iốu tit tc chựm tia in t. Sau khi ra khỏi khe

Buncher cỏc electron tip tc bay qua hc cng hng trung gian v hc thoỏt

(cũn gi l hc ún hay Catcher) ti Collector. Hc Catcher s to ra rt

nhiu dũng in dao ng ti cỏc vỏch ca nú nõng cao nng lng ca



súng cao tn phỏt nu nh kớch thc ca chun xỏc cng hng ỳng tn

s ca súng.Cỏc hc cng hng trung gian ( thng v trớ th hai v th ba

)cú vai trũ h tr nhm to ra kh nng khuych i ln v nõng cao mc

cụng sut bóo ho . Chựm electron khi bay qua mc cng hng v bay qua

cỏc ng trt phi c lm hp li nõng cao cng chựm tia. Vic ny

c thc hin cỏc thit b hi t (Focusing) gm cỏc thnh phn t trng

cho ng ngn hay mt qun in t Solenoid cho ng di (Hỡnh 26).

đầu vào

(buncher)



Thanh từ trờng hội tụ



ống trợt



đầu ra

(catcher)



Chùm

electron



Collector



Súng điện

Tử



Hốc vào



Các hốc trung gian



Hốc ra



Thanh từ trờng hội tụ



Hỡnh 26 : Cu trỳc b KPA



Núi chung KPA l b khuych i cụng sut ln di hp . rng di

thụng thng vo khong di 100MHz v h s tng ích trong khong t

35ữ50 dB. Vớ d nh KPA lm vic bng C (5,925 6,425 GHz) trong h

thng INTELSAT thỡ ng vi cụng sut 1000W, h s tng ích KPA l 35

dB v di thụng rng 40 MHz. i vi bng Ku (14 14,5GHz), khi cụng

sut ra l 1500W thỡ h s khuych i ca KPA= 40 v rng di thụng l

100MHz. Tn số lm vic ca b khuych i cụng sut Klytron cú th iu

chnh c bng vic thay i kớch c ca cỏc hc cng hng thụng qua cỏc

nỳm vn Tunning nú cng hng ỳng tn s mong mun.

5.3. B khuych i ốn súng chy(TWTA)

B khuych i cụng sut súng chy(TWTA) l b khuych i di

rng vi h s tng ích thụng thng t 25 dB ữ50 dB. Hiu sut ca TWTA

núi chung ph thuc vo tng bng tn nhng thng cú giỏ tr khong 20%

ữ 40% trong ú hiu sut 20% l ph bin hn.

Nguyờn lý lm vic ca TWTA l s dng mt chựm electron c hi

t bng t trng tng tỏc vi mt c cu súng chy (Slow Wave Structure)



vớ d nh mt cun dõy xon trờn hỡnh 28. Tc ca lung electron c

iu chnh sao cho nú gn nh ngang bng vi vn tc pha ca súng in t

chy dc theo cun dõy xon. Trong nhng iu kin nh th, s xy ra mt

s tỏc ng qua li rt mnh m gia chựm tia in t v súng in t trong

cun dõy lm cho nng lng ca súng c tng lờn. C cu súng chm

c t gia súng in t v Collector mang in th dng. Hỡnh dỏng v

cu trỳc ca chỳng cú th rt a dng, vớ d nh dng ng trũn bng ỏ hay

bng in mụi, dng vũng, dng thi hoc dng xon.. Trờn hỡnh 27 l s

mt ốn súng chy s dng c cu lm chm hỡnh xon (Helix).

đầu vào



Sợi đốt



đầu ra



Thanh hội tụ



Collector

Thanh hội tụ

cathode



Bộ suy giảm

anode



Hỡnh 27: Cu trỳc b TWTA.



5.4. B khuych i cụng sut bỏn dn (SSPA).

Bộ SSPA l thit b s dng cụng ngh bỏn dn ch to cỏc FET cụng

sut. Nhng b SSPA c bit dựng GaAsFET hin nay u cú kh nng thay

th TWTA trong nhng ng dng cn cụng sut nh. Vỡ dựng bỏn dn cho

nờn SSPA nh gn v tit kim nng lng hn TWTA khỏ nhiu do ú nú

rt thớch hp cho cỏc trm mt t hin i cng nh cho v tinh. Mc cụng

sut ra tiờu chun ca SSPA nm trong khong 2,5 Watts bng 14/ 11 GHz

v 10Watts bng 6/ 4GHz. H s tng ích ca nú vo khong 57,0 dB trờn

mi tn s thuooch bng tn 5,9 n 6,4 GHz v cú im bóo ho ti mc

cụng sut vo 16 dBm.

Tuy nhiờn hin nay SSPA vn ít c dựng vỡ kh nng cụng sut cũn

thp ch to rt phc tp v giỏ thnh li quỏ cao nhiu khi cũn t hn c

TWTA. Giỏ ca thit b ny vo thi im nm 1987 l khong t 2000 n

4000 USD tu thuc vo bng tn v cụng sut ra.

5.5. Cỏc c tớnh ca b khuych i cụng sut.

A. Tớnh phi tuyn:

POUT (x100W)

30

20

10



PIN(W)



P SA

0



0,5



1,0



1,5



2,0



Hỡnh 28: c tuyn vo/ ra ca b khuych i cụng sut.



Hỡnh 28 cho chúng ta thy tớnh cht phi tuyn ca cỏc b khuych i

cụng sut cao HPA. Khi cụng sut vo P

IN



khụng tuyn tớnh theo P ng th P

IN



P tng n mt giỏ tr P



SAT



thỡ P



OUT



IN



OUT



tng thỡ cụng sut ra P



OUT



tng



IN



= f(P ) l mt ng cong. Khi



t ộn bóo ho (Saturation) v bt u



IN



gim i nu P tip tc tng.

Mi Transponder thng cú mt HPA. Khi 1 Transponder mang nhiu

súng mang (vớ d nh trong cỏc h thng FDMA) thỡ b HPA phi lm vic

ng thi vi nhiu tn s. Khi ú tớnh phi tuyn ca HPA s sinh ra cỏc

thnh phn xuyờn iu ch (IM). ú l cỏc t hp bi ca cỏc tn s u vo.

Nh mc 7.3 núi v FDMA ta ó bit:

IM



1 1



2 2



N N



F = m F + m F ++ m F

1



2



N



Trong ú m , m m l cỏc s nguyờn dng hoc nguyờn õm



Th tự X ca cỏc thnh phn xuyờn iu ch c nh ngha:

1



2



N



X = / m / + / m / ++ /(dB) /

m



Hài bậc 5



Hài bậc 3



F

3F1-2F2 2F1-F2



F1



F2



2F2-F1 3F2-2F1



Hỡnh 29: Ph tớn hiu sau HPA.



Hình 29: Phổ tín



hiệu sau HPA.

Cỏc F



IM



cú th nm trong di thụng ca tớn hiu v do ú gõy nờn can



nhiu. Nu s lng tn s u vo cng nhiu thỡ F



IM



cng cú nhiu giỏ tr v



cụng sut ca chỳng cng cng mnh gõy ra can nhiu cng nghiờm trng.

Khi rng ca Transponder khỏ hp (nh trong trng hp 36 MHz), ch cú

cỏc thnh phn xuyờn iu ch th t l mi lt vo c trong di thụng. Vỡ

cụng sut ca cỏc IM gim theo th t ca chỳng nờn ch cú IM th t 3 v 5

l thc s gõy nh hng.

giỏ mc nh hng ca hai IM ny, ngi ta a ra cỏc khỏi

nim mộo hi bc ba (Thirt Order Distortion) v mộo hi bc 5 (Fifth Order



Distortion). Hỡnh 30 cho ta nh ngha v hai loi mộo ny trong trng hp

1



2



1



2



cú hai tn s u vo vi mc cụng sut bng nhau F v F (F < F ).

Ta thy cỏc giỏ tr hi bc 3 v bc 5 cng ln tt vỡ khi ú cỏc IM s

cng thp so vi súng mang. Chỳng cng bin thiờn theo cụng sut ca HPA.

Vớ d vi HPA 500W lm vic vi 2 súng mang, mộo th t 3 l 30dB nhng

khi cụng sut tng lờn 1KW v 2KW thỡ giỏ tr ny gim xung tng ng

cũn 25 v 20 dB.



Tớnh phi tuyn pha tr nhúm (Phase Nonlinearity Group Delay)

Di pha (độ)



Trễ nhóm (ns)



FC



Tần số

làm việc



FC



Tần số

làm việc



Hỡnh 30: c tuyn dch pha v tr nhúm ca tớn hiu khi qua HPA



Khi súng mang chuyn qua HPA, nú s phi chu mt s tr thi gian

no ú. S tr thi gian truyn s gõy nờn s di pha ca súng mang. Quan

trng l s sai tr ny li khụng ng u trờn toang di thụng. tr tớn hiu

qua HPA ch yu ph thuc vo hai nhõn t c bn sau:

Thi gian gii hn cn thit súng cao tn RF i t u vo n u

ra ca b khuych i cụng sut. Thụng s ny ph thuc chiu di ca HPA

v hiu th gia Cathode v Collector. Nu HPA lm vic n nh thỡ thụng

s ny s khụng i vi c di tn ca tớn hiu tc l nú gõy tr ng u vi

mi thnh phn tn s.

Tr hc l nhõn t c bn gõy nờn s phi tuyn ca pha trong HPA. Khi

hc hot ng tin gn n tn s cng hng thỡ tc thay i tr khỏng

i vi súng mang s ln hn v do ú tc dch pha ca tớn hiu qua hc

cng tng lờn. Tc thay i pha tớn hiu qua HPA c gi l tr nhúm.

C



C



Tr nhúm s ln nht ti tn s cng hng F v cng xa F thỡ nú cng gim



i. Tr hc lm cho gim tớn hiu ng pha u vo u b di pha u ra

nhng mc di pha ca cỏc tn s trong di li khỏc nhau. iu ny lm cho

tớn hiu phỏt ra khụng cũn thun pha na rt r b mộo. Thờm na tr hc cũn

gúp phn lm gia tng cỏc thnh phn xuyờn iu ch.

Mc thay i pha thng c ỏnh giỏ bng i lng trờn mi

MHz trong bng thụng ca HPA. Mộo tr nhúm l i lng tớnh bng mt

na s chờnh lch tr nhúm hay tc thay i pha gia vựng rỡa bng v

trung tõm bng trong bng thụng tớnh ra nanosec (hỡnh 30).

B. Cỏc phng phỏp bự tuyn tớnh cho HPA

Trong mc trờn ta thy b HPA cú c tuyn cụng sut khụng tuyn

tớnh. Khi HPA lm vic gn ti im bóo ho thỡ nú s lm mộo dng tớn hiu

nghiờm trng do cỏc thnh phn xuyờn iu ch lỳc ny úc nng lng khỏ

cao. Hin ti khụng cú bin phỏp ch to no cho phộp khc phc nhc im

ny ca cỏc b HPA. Do ú gim mộo ngi ta bt buc phi h thp im

lm vic hay to ra mt lng d phũng u vo (IPO Input Back Off),

mc dự iu ú s lm gim cụng sut ra, h s khuych i, hiu qu s dng



v gia tng giỏ thnh. Lng d phũng u vo IBO c tớnh bng t s

IN



P /P



SAT



. Nó vo khong t 6 n 7 dB i vi cỏc b TWTA.



Mt phng phỏp khc phc na ú l dựng mt b bự tuyn tớnh

(LINEARIZER) gim mộo xuyờn iu ch cho cỏc b HPA v do ú ci

thin c mc cụng sut ra. i vi mt b TWTA cụng sut 3KW, nu s

dng b bự tuyn tớnh s lm cho mộo th t 3 cú th t ti 30dB so vi

21dB khi khụng s dng k thut ny. Tuy nhiờn khi s dng b Linearizer

ny ngi ta phi chu thờm cỏc phin phc trong qu trỡnh kim tra v iu

chnh. Hn na b bự ny cũn gõy thờm cỏc tp õm u ni v do ú cú th

lm gim hiu sut ca HPA.

-50

-40

Mức hài

bậc 3



KPA



-30

-20



TWTA



-10

0

9



8



7



6



5



4



3



2



1



Hỡnh31: Mc hi bc 3 ca cỏc KPA v TWTA.



0