用于Ka波段行波管（TWTs）的高效双级衰减收集器

《IEEE Transactions on Electron Devices》：Two-Stage Depressed Collector With Enhanced Efficiency for Ka-Band TWTs

高效率功率放大器在无线通信中至关重要，行波管（TWT）因其能量回收机制优于固态器件。本文提出双级单陶瓷凹口收集极新设计，通过独立建模避免传统简化，分析背偏时电子回流对效率的影响，并基于Ka波段（27.5-29.5GHz）TWT数据进行热分布研究。最终实现86%以上总效率，为长距离高容量无线通信提供低复杂度电源方案。

　　

摘要：

对于地面和非地面无线通信链路中的发射机而言，高效率是功率放大器的关键要求。由于行波管（TWT）的工作机制，其效率天生就高于固态功率放大器（SSPA）——在该机制中，大部分被消耗的波束能量能够被收集器回收。然而，在反向工作状态下（即功率输出受限时），总效率以及电子的能量分布都会降低，这对收集器的设计带来了挑战。本文提出了一种基于新型仿真方法的两级单陶瓷低阻收集器的实际设计方案，其中低阻收集器被作为一个独立组件进行建模，且在提供给收集器设计的数据中没有任何假设或维度简化。文中详细分析了从收集器电极向慢波结构（SWS）回流的电子现象，并研究了不同类型的回流电子对收集器效率的影响。作为参考，本研究采用了工作在27.5–29.5 GHz频段的Ka波段TWT的数据。文中讨论了一种在该频段内效率超过86%的两级收集器方案。同时，还进行了热分析，以确定TWT在不同工作状态下的温度分布，这是设备外壳设计和部署的重要参数。这种两级收集器所实现的高效率使得能够制造出总效率高、复杂度低的电源，从而支持长距离、大容量的无线通信链路。