GB 11299.10-1989 卫星通信地球站无线电设备测量方法 第二部分 分系统测量 第十节 高功率放大器.pdf

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1、中华人民共和国国家标准卫星通信地球站无线电设备测量方法第二部分分系统测量第十节高功率放大器发布 实施中华人民共和国电子工业部 发布中华人民共和国国家标准卫星通信地球站无线电设备测量方法第二部分分系统测量第十节高功率放大器中华人民共和国电子工业部 批准 实施本标准为卫星通信地球站无线电设备测量方法 系列标准之一主题内容与适用范围本标准规定了高功率放大器电气特性的测量方法本标准适用于卫星通信地球站发射机高功率放大器通用的测量输入和输出功率按本系列标准 射频范围内的测量的第 章输出功率系指被测放大器传送给与其相匹配负载的功率特别要注意避免测量结果中含有谐波等无用功率 功率计与被测点之间应接一个在测试

2、频率点上插入损耗已知的低通滤波器注 有些放大器 激励过大会使其输出饱和甚至损坏 因此 在测量时必须限制激励功率回波损耗按本系列标准 射频范围内的测量测量应在热态和冷态两种条件下进行测量热态输入回波损耗时必须避免对放大器激励过大以致超过放大器规定的最大输出功率测量热态输出回波损耗时 被测放大器不加激励在输入端接入一个具有规定特性的负载注 这里 热态 指所有的电极均加上电压 冷态 指电极不加电压输出负载通常规定两种电压驻波比值 即 一种是可避免被测放大器发生破坏性故障的上限值 另一种是能使被测放大器满足规定增益 频率响应的另一个上限值功率增益按本系列标准 射频范围内的测量的第 章由于高功率放大器通

3、常具有高度非线性的功率传输特性 所以要给出下列两种条件下的功率增益小信号输出功率饱和输出功率小信号增益是指放大器工作在输入功率输出功率特性的线性范围内所获得的增益注 对于使用行波管或速调管的放大器 当输入功率比使放大器激励到饱和输出时所要求的值低 时 则传输特性为线性杂散信号按本系列标准 射频范围内的测量的第 章效率放大器的效率是指额定的输出功率与总的交流输入功率 包括热交换器或空气冷却设备所需的功率之比用百分数表示注 饱和输出功率不能作为基准对于使用行波管或速调管的放大器 电子束的效率也是重要的 它是指额定输出功率与整个电子束功率之比 并用百分数表示测量应按本系列标准 总则给出的标准条件进行

4、振幅频率特性按本系列标准 射频范围内的测量的第 章通常要求输入信号功率不变来测量振幅频率特性 而在某些情况下有必要保持输出信号功率不变来测量振幅频率特性由于高功率放大器是非线性的故在上述两种情况下均需规定输出功率推荐使用扫频法但必须确保扫频输入功率在所用通带内是恒定的而输出功率不应超过被测放大器安全工作所建议的数值群时延 频率特性按本系列标准 射频范围内的测量的第 章调幅法和调频法均可应用若是在放大器非线性范围测量应采取一定的预防措施调幅法的优点是直接在输出频率上测量不象调频法那样要求使用上变频器 因此就避免了相应的修正过程 另一方面在饱和输出功率状态下测量时往往会引起去幅度调制导致测量结果引

5、入误差采用调频法时 由于测量设备一般是工作在中频必须先把中频变换到高功率放大器工作的频率而后将高功率放大器输出测量信号频率变回到原来的中频对某些类型的放大器 测量设备容易引入一个与被测放大器群时延数量级相同的群时延因此要进行两次测量 即接高功率放大器时测量一次不接高功率放大器时测量一次测量和给出结果应覆盖高功率放大器所用的对应于卫星转发器的带宽和频率范围因为高功率放大器的相移取决于射频激励功率所以在整个扫频范围内保持激励功率恒定是很重要的 当采用调幅法时利用扫频发生器的功率电平装置控制激励功率是很方便的 功率电平装置的参考电压从被测放大器输入端的定向耦合器获得残余调制一般考虑放大器输出中的残余

6、调幅残余调频或残余调相的值与电源的滤波程度有关注 在高功率放大器中 随机噪声引起的残余调制可以忽略 但由于后续设备 如卫星上放大器 的调幅调相转换的影响残余调幅就显得重要了测量方法残余调幅测量时 被测放大器经合适的定向耦合器接到二极管检波器检波器与低频波形分析仪连接 低频波形分析仪鉴别和测量出检波器输出中呈现的电源频率和各种谐波测量时必须确保二极管检波器不过载为了获得残余调幅对未调载波电压的比值 需测量检波器的直流输出电压残余调频测量时 被测放大器经合适的定向耦合器接到测试下变频器测试下变频器输出接到一个其调频灵敏度已校准好的解调器解调器的基带输出耦合到波形分析仪或已知带宽如 的选频电平表 测

7、量范围从 到最大基带频率残余调相测量时 被测放大器经一个合适的定向耦合器接至测试下变频器测试下变频器输出经已校准的解调器连接到带宽为 的波形分析仪在 频率范围内测量残余调相结果表示法残余调幅的测量结果 以分贝数表示如式残余调幅式中 波形分析仪测出的被检波信号各个谱线的方均根值电压参考载波及无用信号所导致的直流电压残余调频的测量结果可以用方程式表示如参考方均根值频偏为 时可表示为式中 选频电平表读出的噪声分贝数所考虑频率点的选频电平表读出的分贝数残余调相的测量结果以度表示如式残余调相式中 测量频率由式 给出要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容允许的残余调幅噪声最大值允许的

8、残余调频噪声最大值允许的残余调相噪声最大值调幅调相转换系数按本系列标准 射频范围内的测量的第 章就行波管或速调管放大器而言通过放大器时的相移是电子束电压及输入功率的一个重要函数采用静态法测量时重要的是确定电子束电压是否随激励功率而改变 假如是在保持激励功率恒定条件下观测相位随电子束电压改变而变化的情况就能确定电子束电压变化的修正系数多载波互调比按本系列标准 射频范围内的测量的第 章在被测放大器的工作频率范围内多载波互调比可能会变化所以测量时应重复若干对频率放大器工作在输出功率远低于饱和值时假设激励功率变化 则载波与三阶互调产物的比变化但这个关系不适用于输出功率在饱和值或饱和值附近时的情况 工作

9、于此区域内时必须作若干附加测量噪声系数一般考虑噪声一般可分背景噪声和调制噪声背景噪声经常出现在微波管内由热噪声 闪烁效应噪声 散弹效应噪声离子噪声及任何其他随机过程中引起的噪声称之为背景噪声 放大器内的背景噪声用噪声系数来表示调制噪声是因载波与调制信号的互相作用而引起的这里主要是测量放大器的背景噪声测量方法被测放大器的输出端经过已知带宽的带通滤波器接到功率计上要求滤波器的振幅频率特性足以使噪声在所选取的带宽内具有恒定的密度 选取的带宽需足够宽 以保证测量所需的足够的噪声电平放大器的输入端接一个匹配负载加上各级电压但不加激励信号这样放大器的噪声温度由式 得出式中 输出噪声功率玻尔兹曼常数输出滤波

10、器的频带宽度放大器小信号增益用这种方法确定噪声温度后 噪声系数由式 给出噪声系数结果表示法噪声系数应以分贝表示要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容允许噪声系数分贝的最大值自动电平控制当放大器装有自动电平控制装置时这个装置的功能应逐点地进行静态测量 测量应在规定的输入功率范围内进行增益不稳定度定义放大器的功率增益不稳定度 是指在规定的时间间隔内规定的输出功率和频率条件下增益的变化值增益不稳定度用分贝表示按本系列标准 射频范围内的测量的第 章采用说明标准 原文中是 但通常噪声系数是在标准噪声温度 时定义的 所以本标准改为测量方法测量设备配置如图 所示当被测放大器达到热稳定之

11、后将一个规定功率和频率的信号加到输入端并将输出功率调整到规定值 在规定的时间间隔内用一个多笔记录仪绘制下述参数输出功率输入功率电源电压放大器电极电压环境温度放大器冷却剂温度 如采用时结果表示法在规定的时间间隔内上述参数应连续记录其结果表示为多笔记录仪绘制下来的轨迹要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容输入测试信号频率输入测试信号功率输出功率环境条件测量的时间间隔电离辐射定义和一般考虑电离辐射是指具有高能量可使传播物质产生电离的辐射高功率放大器产生的电离辐射多半是 射线 只要放大器电子管电极之间的电位差超过射线就能产生电离辐射采用的单位为戈瑞最大允许辐射剂量率的单位通常用毫

12、戈瑞小时表示测量方法测量设备配置如图 所示注意这里不用射频接收机和示波器测量是在高功率放大器工作于饱和状态及去掉激励信号这两种状态下进行 对被测放大器易被工作人员或维修人员触及的所有部件进行的每次测量电离辐射计与所测部件距离结果表示法任何明显的辐射量即那些接近规定的最大量值应连同辐射计的位置一起记录下来要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容允许最大的电离辐射量单位为毫戈瑞小时杂散射频辐射 机柜辐射定义杂散射频辐射或机柜辐射是指非电离的射频辐射它来自高功率放大器的机柜或其他的器件 并且没有被连接到放大器的射频负载所吸收测量方法测量设备配置如图 所示将被测放大器激励到饱和状态

13、测试信号在放大器通带范围内扫描喇叭天线与射频接收机及示波器连接对被测放大器所有可影响到的区域进行探测 经标准接收机由标定的示波器显示以读出所测频带范围内的射频功率注 放大器实际结构的任何改变 都可能引起辐射方向图的变化 因此 对设备在使用期间内所有可能遇到的状态条件 均需测量结果表示法任何明显的辐射量即那些接近规定的最大量值应连同信号频率和测试喇叭的精确位置一起记录下来辐射功率密度为喇叭输出口处的功率与喇叭口面的有效面积之比以 表示注 各国所允许的杂散射频辐射功率标准是不同的 一般在 之间要规定的细节当要求进行本项测量时设备技术条件中应包括下列内容允许的杂散机柜射频辐射量测量的频率范围图 增益不稳定度测量设备配置图 杂散辐射和 射线辐射测量设备配置注 对于 射线的测量 用经合适的标准辐射源校准的电离辐射计来代替测试喇叭接收机和示波器附加说明本标准由南京长江机器制造厂负责起草