波发射机（共3篇）
波发射机 篇1
行波管放大器是常用的一类重要电子设备。由于具有宽带、大功率的特点,在国防装备中,是雷达、通信、电子对抗、遥测遥控和精密制导系统的核心;在信息系统中,作为电视台微波通信源和卫星通信的转发器等,行波管放大器已得到广泛应用。
在低频率、低功率情况下,行波管放大器完全被固态放大器替代,但在毫米波段,行波管放大器占有绝对的优势,是唯一可选的技术途径。固态放大器即使采用功率合成,在相当长时间内,其功率输出也不可能达到行波管放大器的水平[1]。我国卫星通信相关领域所采用的Ka频段发射机长期以来依赖进口,因此开展了Ka频段行波管发射机的研究工作。本文重点针对卫星通信用Ka频段250 W行波管发射机的相关技术进行研究。
1 行波管放大器工作原理
1.1 行波管的原理和分类
行波管(TWT)通过电子束和射频信号进行能量交换实现对微波信号的放大。电子枪发射出强流细束电子注,经较长的距离到达收集极,在电子注前进的过程中由周期磁场克服电子间拆力保持电子注有一定的直径。待放大的微波小信号由输入耦合器进入行波管慢波系统,在电磁波与电子注保持同步前行的过程中,电子注与微波产生能量交换,经输出耦合器得到放大的微波信号。
行波管主要由电子枪(electron gun)、慢波系统、收集极(collector)、输能装置(输入、输出耦合器)、集中衰减器、磁聚焦系统组成。为保证行波管正常工作,需在各电极馈以合适的工作电源,从行波管安全因素考虑,对各电极电源工作状态需加以检测和限制。
为适应不同应用的需求,行波管的发展已形成一个庞大的家族,可从不同的角度进行分类。按所用慢波结构,可分为以下几类:(1)螺旋线行波管。这类行波管带宽最宽,可达4∶1以上。但由于受返波振荡的限制,螺旋线电压不能过高,因此脉冲功率较低,一般在10 kW以下;由于受散热限制,其平均功率<1 kW。(2)环秆行波管和环圈行波管。这类行波管的工作电压较螺旋线高,因此脉冲功率比螺旋线行波管要大,其平均功率主要受环秆和环圈散热能力的限制,比螺旋线行波管略大,但带宽略窄。(3)耦合腔行波管。这类行波管,共同特点是慢波结构为全金属,故散热能力强、工作电压较高,输出功率大,但带宽较窄。所以,人们还在寻找扩宽全金属慢波结构带宽的方法。
按行波管功能,可分为宽带功率行波管、大功率行波管、双模行波管、相位一致行波管、低噪声行波管、调相行波管、储频行波管和卫星通信行波管。其中卫星通信行波管分为星上用管和地面站用管两大类。它们的共同点是工作频带较窄,但对性能要求严格。如为了减小失真,工作频带内增益波动应>1 dB,增益斜率<0.05 dB/MHz,调幅调相转换要小;为避免多个信号间串扰,要求交调越小越好;两者都要求效率高、寿命长和可靠性高,而星上用管对效率、寿命、可靠性的要求应更高。
1.2 行波管放大器的特点
行波管的最大特点是可以兼有宽频带和高增益。众所周知,要提高通信系统信息的传输量,就需要发射机有足够的带宽和功率。而在雷达和干扰机的对抗中,雷达要有尽可能宽的工作带宽,以便随时跳频躲开干扰,或用多部工作于不同频率的雷达同时照射一个目标,使干扰机顾此失彼。而干扰机也在不断扩展带宽,以便干扰尽可能多的不同频率的雷达。因此,无论是通信系统还是雷达和干扰机,都需要微波管同时具有较高的增益和快速的工作带宽。
毫米波段行波管放大器在输出功率和效率方面优势明显。在低频率、低功率的情况下,行波管放大器完全被固态放大器替代,但在毫米波段,行波管放大器占有绝对优势,是唯一可选的技术途径。固态放大器即使采用功率合成,在相当长时间内,其功率输出也无法达到行波管放大器的水平。另外效率方面,行波管采用降压收集极的方法可以进一步提高效率,毫米波段固态放大器效率通常约为行波管放大器效率的1/3。
行波管需要高压电源供给维持正常工作,对于卫星通信应用要求高压电源具有较高的稳定度和较低的纹波。
2 发射机组成和可达技术指标
毫米波行波管发射机的组成如图1所示,发射机采用两级放大方式,主要包括驱动控制模块、高压电源、行波管、微波网络、监控板和散热装置等[2]。
前级采用固态功放实现信号的驱动放大和控制,行波管实现最终的信号放大。高压电源、监控板和微波网络为发射机馈电并维持其正常安全工作[3]。最终发射机可完成对微弱信号的放大,连续波输出功率达250 W,整机增益>70 dB,三阶交调达-35.38 dB,测试结果如图2所示。
其他主要技术指标如表1所示。
典型技术指标和美国休斯公司两种同类产品指标比对如表2所示。
如表2所示,与休斯公司同类产品相比,主要技术指标基本相当,略有异同。
3 行波管发射机的关键技术
3.1 高压电源技术
高压电源是行波管主要的能量来源,高压电源的性能对发射机输出信号的质量和整个发射机的重量、体积和功耗等起着重要的作用。因此在发射机设计时,高压电源是设计的重点。行波管要求高压电源阴极输出达-14 kV,收集极1输出-8.5 kV,收集极2输出-11 kV,高压电源输出功率接近700 W。因此高压电源的高压绝缘和散热设计决定了整个电源的体积和重量。
高压电源设计重点在于解决低纹波、防过冲和高压转换等技术难点,高压电源的开关机满足一定的加去电时序,去电时序是加电时序的逆过程。电源采取Boost型移相全桥软开关变换器拓扑形式,降低了开关损耗和开关噪声,进而降低了电源纹波,同时提高了电源效率;为提高电源可靠性和减小体积,采用高压灌封工艺和合理的散热措施,把整个高压电源封装在一个模块内[4,5]。
3.2 微波网络
放大器高频系统由行波管和与之相连的微波网络组成,使用各种微波元器件的目的是确保放大链能稳定可靠地工作,获得性能良好的输出信号及监控保护所需的各种数据。微波网络的设计首先要保证微波网络所用器件耐受功率的能力满足既定要求,其次满足整机输出频谱的特定要求,更重要的是,微波网络和整机控制保护电路等配合保证整机安全可靠地工作。
3.3 控制保护技术
控制保护技术对提高发射机的可靠性具有重要的意义。由于行波管发射机的特殊性,尽量采用简单可行的控制方案,选用微处理器结合硬件电路实现整机的控制保护。着重解决高低电位隔离,信号传输和抗干扰等问题,重点解决当出现负载驻波过大或行波管打火等故障时,如何快速有效地关闭电源保护行波管。
4 结束语
研制的毫米波行波管发射机采用风冷散热,设备简单、体积小、重量轻,经环境试验满足室外工作条件,可直接安装在天线叉臂上以减小远距离传输带来的馈线损耗,弥补毫米波段功率。该发射机连续波输出功率可达280 W,效率为40%。
摘要：针对应用需求,开展了以行波管为核心的发射机研究工作,研制的发射机增益>70 dB,饱和输出功率达250 W以上,1 dB压缩点输出功率>160 W,效率达40%,输出功率1 dB压缩点后退7 dB时,三阶交调-35 dB。
关键词：行波管,高压电源,微波网络
参考文献
[1]顾继慧.微波技术[M].北京:科学出版社,2004.
[2]郑新,李文辉,潘厚忠.雷达发射机技术[M].北京:电子工业出版社,2008.
[3]廖复疆.真空电子技术[M].北京:国防工业出版社,2008.
[4]GILMOUR A S.Principles of traveling wave tubes[M].Nor-wood,MA:Artech House,1994.
[5]肖建平.高压开关电源的拓扑研究[J].电子科技大学学报,2007(4):726-729.
波发射机 篇2
随着我国油气管道事业的发展,埋地油气管道长度已达7万公里。管道腐蚀、“打孔盗油”、“打孔盗气”等人为破坏因素导致油气管道泄漏事故频发。为了保障管道的安全运营,提高管道运营部门的管理水平,负压波法、声波法、实时模型法等技术被应用到管道实时泄漏检测中去,但泄漏定位精度有待提高[1~3]。
声发射检测管道泄漏的原理是通过安装在管道两端的超声传感器捕捉高频应力波来确定泄漏。在泄漏点处内外压差作用,管内流体在漏点处形成多相湍射流,使流体正常流动发生紊乱,并且与管道及周围介质相互作用向外辅射能量,从而在管壁上产生高频应力波。通过对两端采集信号进行相关计算可确定泄漏点引发的高频应力波传波到两端声波传感器的时间差,结合波速和两传感器的间距,可以计算出泄漏点的位置。由于外界的干扰,超声传感器捕捉到的信号中混杂有大量的噪声。为了提高泄漏的检测精度,必须对原始采集进行滤波,去除大量干扰信号,得到真实信号。小波变换由于在时频两域都具有表征信号局部特性的能力,在低频部分具有较高的频率分辨率和较低的时间分辨率,而在高频部分具有较高的时间频率分辨率和较低的频率分辨率。即小波变换具有对信号的自适应性,能够去处噪声,提取有用信号,因此本研究采用基于小波变换方法对泄漏声发射检测信号进行滤波处理,并已定位精度这一指标来评价基于小波变换的信号滤波效果。
1 基于小波变换的信号处理技术
1)信号的分解与重构[4,5]
如图1(a)所示,设信号f(t)的离散序列为f(n),n=1,2,…,N其离散二进小波变换为
式中:h(k)和g(k)为小波函数,b(t)确定的正交共轭滤波器系数,且g(k)=(-1)1-kh(1-k);
Cj和Dj分别称为信号在尺度j上的近似部分和细节部分。
图1(b)是小波快速重建算法,其中
2)小波消噪思想
突变点的李氏指数与小波变换模极大值的关系如公式(3)所示:
式中:j为尺度,为Lipschitz指数。
有用信号和噪声具有不同的奇异性,对于有用信号0<≤1,对于白噪声<0。即噪声的小波变换系数随j的增大而减小,有用信号的小波系数随j的增大而增大。在信号处理过程中,根据预先设定的阈值规则对各级小波系数进行阈值调整,将调整后的小波系数以及未经调整的最高级尺度系数按小波变换的反演算法进行信号重构,得到消噪后的信号。
2 管道泄漏声发射信号处理与泄漏点定位
在实验室管道泄漏检测系统上安装声发射信号检测系统并进行管道泄漏检测实验[6]。声发射仪选用美国物理声发射公司(PAC)生产的PAC6006系统,传感器选用PAC公司生产的单端宽频带传感器R15,频带范围50k Hz-1MHz,通带内起伏小于30d B,灵敏度约120d B,放大器的型号是S/N2462026504。
本研究分别在0.79MPa、0.62 MPa、0.58 MPa、0.53 MPa、0.41 MPa、0.37 MPa、0.35 MPa、0.32MPa、0.31 MPa、0.19 MPa十个工况下进行泄漏实验,在实验过程中泄漏点的实际位置均位于管道1300mm处。现已0.58MPa压力工况的实验为例进行分析。图2为在实验工况下,实验室管道泄漏声发射信号检测系统的定位图(数据没有经过小波分析滤波)。图中所示信号能量主要频率主要集中在100~150KHz,管道的泄漏点为约在1085mm,而,故其系统产生的绝对误差为215mm,相对误差为16.5%。
考虑到声发射检测信号中含有噪声成份,噪声使得实验系统在一定程度上在定位方面产生误差,提出在Matlab软件环境下采用小波分析方法进行信号处理。图3显示出原始信号数据导入matlab软件生成的信号图。对原始采集信号在MATLAB软件环境下采用小波滤波。小波函数选择Coiflets基小波,尺度选择2,即采用db2小波对x1信号和x2信号进行5层分解。分解后的信号x1和x2对采用默认阀值法重构信号,如图4所示,重构信号记为xx1和xx2。对重构信号xx1和xx2进行互相关分析,得到相关系数图5。依据线性相关算法分析原理,对处理后的信号相关系数进行算法分析,得到相关系数算法图6。
从算法图上得到相关系数最大偏移量对应图形上的点为25×10-6,故其偏移时间为25×10-6s,所以泄漏点的位置为1000+(1000-4167675×25×10-6)/2=1343.7mm。绝对误差为43.7mm,相对误差为(43.7/1300)100%=3.4%。可以看出,采用小波变换后,可以剔除原信号中的大部分噪声,定位的准确度明显得以提高。
3 结论
表1给出了在10中不同压力工况下进行的管道泄漏声发射检测实验的原始软件定位结果和采用小波变换对数据处理后的定位结果比较。
由表1可以看出,采用声发射仪定位精度较低,相对误差均超过15%以上,甚至出现检测不出泄漏点位置的情况。而采用小波分析处理声发射信号后,信号经过分解、降噪、重构处理后得到的信号更有效,更真实反应泄漏源的特性。信号经过小波分析处理后,泄漏点定位精度大幅度提高,10组实验数据的的定位精度均在5%之内,满足工程实际需要。
摘要：针对管道泄漏声发射检测信号中含有大量噪声导致定位精度低这一实际,研究了基于小波变换的声发射检测信号降噪技术,利用小波函数阀值降噪法对泄漏系统所采集的信号进行滤波处理,以保证采集到的瞬态信号有效性,并采用互相关分析法对泄漏点定位。10种工况下实验结果表明,采用小波变换对声发射检测信号处理处理后,管道的定位精度在5%之内,满足工程实际需要。
关键词：声发射,泄漏定位,小波分析
参考文献
[1]姜斌,张文国.在建埋地长输管道泄漏点定位方法[J].油气田地面工程,2010,29(9):59-60.
[2]周诗岽,吴志敏,吴明.输油管道泄漏检测技术综述[J].石油工程建设,2003,29(3):6-10.
[3]李红岩.长距离输油管道泄漏检测技术[J].油气田地面工程,2009,28(1):74-75.
[4]周诗岽,吴明.基于小波变换的管道泄漏点定位研究[J].石油工程建设,2004,30(1):7-9.
[5]崔谦,靳世久,王立坤.多尺度相关分析在管道泄漏检测中的应用[J].电子测量与仪器学报,2005,19(5):50-62.
波发射机 篇3
过去几个月来，在全国无线电管理系统的精心部署下，无线电台站核查活动已基本结束。此次核查基本准确地掌握了无线电台站的分布和使用情况，完善了无线电台站数据库，提高了台站数据库中数据的准确性和质量，同时，监测中心在科学论证、全面调研的基础上形成了《在用无线电台(站)发射设备测试要求及方法》，这为全国的在用无线电发射设备管理开创性地提供了标准化和规范化的模式，为推动无线电设备管理的规范化建设作了很大的努力，并取得了一定的实效，应该值得鼓励和表扬。2013年我们将在台站核查的基础上，大力推进在用无线电发射设备的检测和监管力度，并作为全国无线电管理工作的重要抓手来抓，确保“三管理，三服务，一重点”的工作落到实处。
为此，就这项工作谈四点意见：
一、在用无线电发射设备监管是台站管理的一项重要工作，应予以加强
在新的历史时期，我国的无线电管理主要有以下三项核心工作，即所谓的“三管理”：第一是对频谱资源的规划和管理，第二是对无线电台站的管理，第三是对空中电波秩序的管理。“三管理”中的台站管理是无线电管理机构的一项基础性工作，是树立无线电管理机关权威性的重要内容。而在用无线电发射设备监管则是台站管理的一种重要技术手段。
作为频率资源的载体和发送电波的源头，无线电发射设备的质量和在用情况直接影响着电磁环境的好坏，设备管理是从源头上有效减少和防范电波干扰的重要技术手段，对电波秩序来讲，有效的设备管理可以起到事半功倍的效果。
二、积极宣贯在用无线电发射设备检测标准规范，推动标准化工作落实到位
多年来，无线电发射设备管理主要通过型号核准制度和在用设备检测两种手段进行。当前全国已经形成了较为完备的型号核准制度体系和检验测试能力，但在用无线电发射设备的监管虽然在全国已经出台过一些文件，各省市也进行了相关的工作，但并没有形成统一合力，缺乏系统的规范和指导。我们要以《在用无线电台(站)发射设备测试要求及方法》系列规范的出台为契机，加强对在用无线电发射设备的监管，并以此为抓手，将台站核查和在用无线电发射设备监管有机的结合起来，推动台站管理工作进入新的历史阶段。
近期，刘利华副部长强调，建立完善的无线电管理标准规范体系，使无线电管理工作更加制度化、规范化和标准化。当前，国家无线电监测中心检测技术设施建设已达到国际先进水平，并被授予了“国家无线电产品质量监督和检验中心”的国家质检中心称号，支撑全国无线电管理实力不断增强，所形成的标准体系是我国甚至世界开创性的，希望大家不仅宣传贯彻这些标准，更应该提出建设性意见，力争把这些标准升级成为国家级、甚至成为ITU标准，争取2013年底基本建成设备管理技术支撑体系框架，从源头上显著增强频谱资源管控能力。
三、正确处理好在用无线电发射设备监管与促进无线电应用发展的关系
在用无线电发射设备管理是无线电管理的重要组成部分，是各类无线电管理业务的基础，准确把握其在用状况至关重要，只有这样才能实现频谱资源的有效利用和保护(引自欧盟RTTE指令关于无线设备的强制性CE制度描述)。从多年来对基站抽查来看，总体情况是好的，各大运营商非常重视其设备的使用情况，做了大量工作防止网络内和系统间干扰。我们应该实事求是、有所为有所不为，对于基站设备，我的意见是从支持发展，方便用户的角度来考虑，根据各大运营商内部管理规范的实际，建议各单位酌情考虑对基站管理模式创新，适当减少基站的抽检数量，加大对运营商的抽查和监管，我想这样就可以满足我们管理的新要求。同时要把主要精力放到“三高”的台站设备上，特别是大功率的雷达和广播电视设备上，集中发现一些突出的干扰源，并限期有关部门进行有效地整改，起到净化空中电波的目的。
同时，我们要不断制定和完善无线电管理监督检查和行政执法工作规范，进一步梳理业务办理流程，健全相关工作机制。
四、充分发挥技术支撑机构作用，扎扎实实做好无线电监测和检测相关标准的制定工作
当前，无线电应用向数字化、智能化、高频段、宽带化方向发展，无线电台站趋于密集并呈现出微功率化趋势。面对新的监管需要，必须加快建立与之相适应的无线电管理技术支撑体系。
一是继续加大无线电管理技术设施建设力度，切实提升无线电频谱资源科学管理水平和无线电监测、无线电检测、干扰查处等技术手段能力。
二是进一步加大无线电管理基础性、前瞻性、战略性研究力度，加快制定无线电频谱各业务、各频段的使用规划和卫星轨道资源使用中长期计划，积极探索频谱资源精细化、市场化管理方式，研究提高频谱资源利用率的有关政策、机制和技术发展路线。
三是加快建立一支高水平、高素质的专业人才队伍，着力培养一批技术精湛，在国内外行业内有较高声誉的专家，为无线电管理工作提供强有力的人才保障和智力支持。此外，应充分发挥相关无线电管理技术机构、科研院所、高等院校的作用，借助相关部门和行业的力量，提高技术支撑能力。
最后，再谈四点要求：
一是要充分认识在用无线电发射设备监管是台站管理的重要组成部分，要以科学的态度、严谨的工作作风做好在用无线电发射设备的管理工作。
二是要高度重视此次会议提出的各项任务，全面宣贯《在用无线电台(站)发射设备测试要求及方法》，并请监测中心做好系统的组织和培训工作。继续加强标准规范研究，确保在用无线电发射设备检测技术有所提高和创新，结合我国自主产权的设备和技术，考虑研制一些专用便携车载式设备和仪表。
三是要以“积极稳妥”的原则处理好设备监管与无线电应用发展的关系，重点考察并备案大功率台站设备的实际使用情况。
四是要进一步做好无线电管理技术支撑工作，加大人力、物力的投入，积极开展相关标准研究。