Q/V 波段空間行波管具有工作頻率高、帶寬寬、傳輸速率快等優(yōu)點(diǎn)。本文介紹了國(guó)內(nèi)外Q/V 波段螺旋線行波管的研究狀況以及在未來空間應(yīng)用情況。

　　空間行波管是衛(wèi)星通信系統(tǒng)中重要的高功率放大器件。與固態(tài)器件相比，空間行波管具有高效率、高功率、抗宇宙射線等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信系統(tǒng)。據(jù)報(bào)道，目前在軌的L、S、C、Ku、K、Ka 波段空間行波管已超過數(shù)千支;Q/V 波段空間行波管工作頻率高，具有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和潛在的空間應(yīng)用需求，美國(guó)及歐洲國(guó)家已開展了有關(guān)研究工作，而且部分產(chǎn)品已得到空間應(yīng)用。

1、Q/V 波段行波管研究狀況

　　Q 波段(40 ～ 50 GHz)、V 波段(50-75 GHz) 頻率高、帶寬寬，尚有巨大應(yīng)用空間。美國(guó)L-3 公司、法國(guó)THALES 公司對(duì)Q/V 波段行波管的研發(fā)已有十多年的歷史，其產(chǎn)品種類比較齊全，行波管性能指標(biāo)高，部分產(chǎn)品通過了空間環(huán)境試驗(yàn)，且某些產(chǎn)品已在軌運(yùn)行。L-3 公司及THALES 公司開發(fā)的Q/V 波段行波管產(chǎn)品介紹如表1 所示。圖1 為美國(guó)L-3 公司研發(fā)的V 波段75 W 空間行波管放大器實(shí)物圖，目前已完成了空間環(huán)境試驗(yàn)，包括隨機(jī)振動(dòng)、沖擊振動(dòng)、熱真空等試驗(yàn)，正開展壽命實(shí)驗(yàn)，表2 給出了V 波段75 W 行波管環(huán)境試驗(yàn)條件，圖2 為V波段75 W 行波管熱真空試驗(yàn)圖。

表1 L-3 公司及THALES 公司開發(fā)的Q/V 波段行波管產(chǎn)品性能

表2 V 波段75 W 行波管環(huán)境試驗(yàn)條件

圖1 V 波段75 W 空間行波管放大器實(shí)物圖

圖2 V 波段75 W 行波管熱真空試驗(yàn)圖

　　國(guó)內(nèi)對(duì)Q/V 波段空間行波管的研究在北京真空電子技術(shù)研究所(BVERI) 開展，目前尚處于研制階段，行波管主要性能如表3 所示。

表3 國(guó)內(nèi)Q/V 波段空間行波管性能

　　Q/V 波段空間行波管研制中存在很多技術(shù)難點(diǎn)，可分為設(shè)計(jì)和工藝控制兩個(gè)方面，以下給出了具體解決措施:

　　(1)設(shè)計(jì)難點(diǎn)及采取的措施

　　高效率設(shè)計(jì):選取較小螺旋線內(nèi)徑、較薄螺帶可以提高慢波結(jié)構(gòu)耦合阻抗，采用動(dòng)態(tài)相速漸變技術(shù)以提高電子效率;設(shè)計(jì)四級(jí)降壓收集極，對(duì)收集極電極進(jìn)行表面改性處理，從而提高收集極效率;結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì):借鑒Ka 波段空間行波管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠經(jīng)受2400 G 的沖擊;同時(shí)設(shè)計(jì)輸能結(jié)構(gòu)加固套及支架，使得行波管能夠通過沖擊、振動(dòng)等環(huán)境試驗(yàn);開展熱學(xué)、力學(xué)仿真模擬，進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);

　　返波振蕩抑制:由于Q/V 波段空間行波管工作電壓高達(dá)10 kV，為防止返波振蕩產(chǎn)生，設(shè)計(jì)時(shí)控制負(fù)一次空間諧波耦合阻抗，采用相速漸變和跳變，提高起振長(zhǎng)度，同時(shí)設(shè)置主衰減器和副衰減器，可以增加起振長(zhǎng)度。

　　(2)工藝難點(diǎn)及采取的措施

　　螺旋線繞制:Q/V 波段空間行波管電子注通道小，螺旋線繞制芯桿細(xì)，采用傳統(tǒng)繞制方式芯桿極易變型，影響繞制精度，為此設(shè)計(jì)了專用夾具，保證了螺旋線繞制精度為2 μm;

　　高流通率工藝保證:為保證行波管具有較高的流通率，采用套封電子槍結(jié)構(gòu)，制作專用裝配模具，保證電子槍各電子同軸度在0. 02 mm 以內(nèi);同時(shí)采用高頻精密對(duì)中技術(shù)，保證了行波管高流通率，經(jīng)測(cè)得V 波段空間行波管動(dòng)態(tài)流通率在97. 5%以上，圖3、為流通率測(cè)試曲線。

　　圖4 為BVERI 研制的V 波段20 W 空間行波管功率和效率測(cè)試曲線。

圖3 V 波段空間行波管動(dòng)態(tài)流通率測(cè)試曲線

圖4 V 波段20 W 空間行波管功率、效率測(cè)試曲線

2、Q/V 波段行波管空間應(yīng)用

　　Q/V 波段行波管在空間應(yīng)用中具有以下優(yōu)勢(shì):①與低頻段相比Q/V 波段具有更寬的帶寬；②在整個(gè)微波頻帶內(nèi)Q/V 波段這兩個(gè)頻段從未被使用，這兩個(gè)頻帶比較純；③與Ka 波段相比，Q/V 波段衛(wèi)星波束�。虎軐�(duì)于晴空中相同的用戶終端和衛(wèi)星天線尺寸(或功率)，Q/V 波段點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈接性能好( 與Ka 波段相比高6 dB 左右)。

　　美國(guó)通信協(xié)會(huì)(FCC) 早在90 年代初就預(yù)測(cè)了Q/V 波段空間器件未來應(yīng)用的重大需求。目前美國(guó)以及歐空局明確將Q/V 波段空間行波管作為未來星際通信、衛(wèi)星上行數(shù)據(jù)鏈接的重要器件。Q/V 波段空間行波管主要應(yīng)用包括以下幾個(gè)方面:

　　①視覺點(diǎn)對(duì)點(diǎn)鏈接線路(LOS)；②自由空間光學(xué)系統(tǒng)(FSO)；③兆字節(jié)/秒的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊；④寬帶固定無(wú)線終端(BFWA)；⑤衛(wèi)星通信(Satcom)；⑥航天衛(wèi)星通信(Aerosat)；⑦高海拔系統(tǒng)(HAPS)；⑧移動(dòng)通信系統(tǒng)；⑨用于網(wǎng)絡(luò)回程近距離轉(zhuǎn)發(fā)器。

圖5 Q/V 波段空間行波管應(yīng)用舉例

3、結(jié)論

　　本文介紹了國(guó)內(nèi)外Q/V 波段空間行波管研就進(jìn)展及其應(yīng)用需求情況，為后期的深入研究及應(yīng)用提供了有利依據(jù)。