Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.37 MB, 188 trang )
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