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一种用于K波段空间行波管模拟预失真电路的设计方法

刘婷 苏小保 王刚 赵斌

刘婷, 苏小保, 王刚, 赵斌. 一种用于K波段空间行波管模拟预失真电路的设计方法[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(12): 4576-4584. doi: 10.11999/JEIT221181
引用本文: 刘婷, 苏小保, 王刚, 赵斌. 一种用于K波段空间行波管模拟预失真电路的设计方法[J]. 电子与信息学报, 2023, 45(12): 4576-4584. doi: 10.11999/JEIT221181
LIU Ting, SU Xiaobao, WANG Gang, ZHAO Bin. A Design Method for Analog Predistortion Circuit of K-band TWT[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(12): 4576-4584. doi: 10.11999/JEIT221181
Citation: LIU Ting, SU Xiaobao, WANG Gang, ZHAO Bin. A Design Method for Analog Predistortion Circuit of K-band TWT[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2023, 45(12): 4576-4584. doi: 10.11999/JEIT221181

一种用于K波段空间行波管模拟预失真电路的设计方法

doi: 10.11999/JEIT221181
详细信息
    作者简介:

    刘婷:女,助理研究员,研究方向为行波管线性化技术

    苏小保:男,研究员,研究方向为长寿命高可靠高效率行波管

    王刚:男,研究员,研究方向为微波电子信息系统与电路

    赵斌:男,研究员,研究方向为微波电子信息系统与电路

    通讯作者:

    刘婷 liuting003392@aircas.ac.cn

  • 中图分类号: TN124; TN830.6

A Design Method for Analog Predistortion Circuit of K-band TWT

  • 摘要: 空间行波管(TWT)预失真电路小型化、轻量化要求使得电路调试难度变大,迫切需要一种预失真电路精确仿真及设计方法来指导产品设计。该文在分析肖特基二极管等效电路模型基础上选择二极管MA4E2039作为非线性发生器件,并建立了MA4E2039的二极管仿真模型。之后通过分析反射式预失真电路结构,获得了影响电路性能的关键参数,并在元器件和版图联合仿真阶段对这些关键参数进行精确仿真。最后对依据仿真结果进行加工的预失真电路进行测试,发现仿真结果和电路实测结果偏差小于15%,将预失真电路与K波段行波管放大器级联实现在输入回退4 dB时3阶交调达到23.77 dBc,实现了行波管的线性化。可见该方法能够用于指导空间行波管预失真电路设计,帮助提高产品开发周期,对于预失真电路的小型化设计也有重要指导意义。
  • 图  1  预失真电路原理图

    图  2  耦合器直通端/耦合端电路图及等效电路图

    图  3  梁氏引线肖特基二极管横截面图及等效电路模型

    图  4  TWTA及模拟预失真增益及相位特性

    图  5  微带线(Z1, l1)长度L及宽度W对仿真结果的影响

    图  6  预失真电路增益及相位扩张、增益平坦度仿真结果

    图  7  预失真电路增益及相位扩张测试结果

    图  8  预失真电路实物照片

    图  9  模拟预失真级联TWTA后测试平台

    图  10  模拟预失真级联TWTA后增益及相位测试结果

    图  11  模拟预失真级联TWTA后3阶交调测试结果

    表  1  MA4E2039单个二极管本征模型关键参数

    参数单位含义
    ISA反向饱和电流9.5e-14
    RS$\Omega $串联电阻5.1
    N发射系数1.16
    CJ0pF零偏结电容0.025
    M分级系数0.5
    EGeV能带宽度1.43
    FC正偏耗尽层电容系数0.5
    TTs渡越时间1e-11
    VJV结电势0.7
    BVV反向击穿电压7
    IBVA反向击穿电压下电流1e-5
    XTI饱和电流温度系数2
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    表  2  预失真电路仿真及实测指标比对

    项目20.2 GHz20.7 GHz21.2 GHz偏差(%)
    仿真实测仿真实测仿真实测
    饱和输入功率(dBm)3.503.503.503.503.503.50/
    直流电压(V)1.751.751.751.751.751.75/
    增益扩张(dB)2.282.602.862.813.603.17≤12
    相位扩张(°)29.6333.1634.0034.8036.1234.84≤12
    饱和增益(dB)–7.81–9.13–7.96–8.92–8.00–8.94≤15
    小信号增益(dB)–10.09–11.73–10.82–11.73–11.60–12.11≤13
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2022-09-08
  • 修回日期:  2022-12-20
  • 录用日期:  2022-12-20
  • 网络出版日期:  2022-12-23
  • 刊出日期:  2023-12-26

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