浅谈有关TWT行波管功放的技术和寿命

JIGONG的微测 2020-07-21

提到射频功放,我已经写过几篇有关“固态功放”的文章,若感兴趣可以查看我以前发布的几篇。


作为射频功放,它已存在很多年,自从有了无线通信和雷达的时代就已经离不开射频功放,因此,射频功放的实现技术也经历了电子管时代,行波管时代和最近这些年的采用不同种类的半导体材料所制作出来的晶体管来搭建起来的所谓固态的射频功放的年代。


在美国IFI功放工厂,我曾经看到过一套送来做定期保养的电子管功放,两个大机柜组成,买家是某著名宇航界的公司,从50年代到现在,他们已经使用了几十年,只需要按时做定期保养即可,仍旧在继续使用。


虽然现在越来越多地在宣传内部采用晶体管实现的所谓固态功放,就目前的半导体技术而言,以那几家所谓的目前技术领先的美国公司所能提供的固态射频功放内部会用到的关键的晶体管放大器芯片为例,目前,如果想实现高频,宽带,大功率的功放,尤其是还要强调线性度,谐波这些指标的话,成熟度实际上还处在6GHz以内这个频段,对于6GHz以上的频段,如果想实现高频,宽带,大功率,TWT行波管功放,依旧是它擅长施展的空间。


目前的国际领先的行波管的设计会采用低温阴极,而这种阴极技术通常可以实现的工作时间从2万小时到5万小时。在过往的几十年里,有许多行波管的功放已经证明了实际的工作时间可以超过TWT功放的设计时间的2到3。汽车想使用寿命长,保养很重要。就像任何机械设备或者元器件一样,为了获得TWT行波管功放长的工作寿命,也必须要考虑一些关键的因素。显然,保持所规定的行波管的电压和电流的参数很重要,但是为了获得长的阴极寿命,特别要注意的是保持行波管加热器的电压要符合行波管制造商的规定范围。


如果行波管放大器的大量时间是处于上电后的待机状态,行波管的阴极寿命是可以延长的,在不需要输出的时候功放处于“STANDBY”模式,当需要输出功率进行测试的时候,可以通过功放的前面板或者程序控制切换到“OPERATE”模式。



汽车长期不开反而会“老的快”。对于TWT行波管功放来说也是一样,不怕长期使用,就怕长期不用。对于长时间的放置不用的TWT,在让它进入工作状态输出功率之前,需要通过延长预热时间的方法来“重新启动”一下行波管。


所谓的固态功放,其中所采用的晶体管的寿命最终会由半导体的制造工艺和材料决定,也决定了整个固态功放的寿命。而TWT行波管的主要关键技术或者说可能会影响TWT正常工作的主要原因也同样归结到制作它的材料和工艺。对于TWT行波管来说,在高压环境下,在射频连接器中存在的会释放出来的杂质或微小碎屑,以及可能导致腐蚀的湿气将是对行波管的寿命构成威胁的主要原因。因此,始终建议必须把行波管放大器长期放在干净,干燥的环境中,即使长期不用,被长期搁置,也要处于这种环境中,这是确保行波管的完整性和长寿命的最佳方法。行业内早有针对行波管功放的卓越的寿命和可靠性的相关报道,有报道说,经过长期使用证明TWT功放在卫星通信的应用中的故障率比固态功放要低10-20%。


TWT行波管功放已经存在了几十年,这种成功在很大程度上归功于TWT行波管在设计和制造过程中使用的最新技术,这些技术相当复杂且不容易掌握。采用了当代的计算机建模和现代设计、制造和测试方法,可以提供覆盖2GHz到40GHz甚至更高的各种频率的行波管的制造技术,输出的功率可以覆盖从几十W到高达几千W。一些TWT行波管制造商采用了非常独特的钎接焊块螺旋支撑技术(Brazed-block helix support technology),这种无与伦比的技术使得它的TWT具有优越的功效比,使得他们的行波管具有坚固耐用和高可靠的特性并一直生存在如今的射频功放市场上。


当然,半导体技术在不断发展中,比如,目前采用GaN等技术实现的固态功放越来越多。GaN材料具有容易实现高的饱和功率的特点,如何能采用GaN材料做出可实现高的线性功率的功放,各个功放厂家也在不断的努力之中。


以上只是说说自己对TWT行波管功放的一些了解,仅供参考而已。


欢迎各位参与交流,分享!

JIGONG的微测 毕业于哈尔滨工业大学,在电子设计和测量领域近30年,一直在学习,一直还没学透。在这里,不玩儿所谓的“高大上”,玩儿玩儿“接地气”,通过原创“微测”,与大家共同探讨,交流,分享有关当代电子类产品的测量技术,方法和知识
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