[发明专利]一种行波管三阶互调快速计算方法

说明书

本发明属于行波管非线性失真技术领域，具体涉及一种行波管三阶互调快速计算方法，用以解决现有行波管三阶互调计算效率低的缺点。该方法首先以两输入频率的中心频率作为输入信号频率，进行输入功率扫描，获得增益曲线和相移曲线数据，进而得到复增益曲线数据；再将数据代入本发明提供计算公式，快速计算得到特定场幅值下两输入频率输出功率及三阶互调输出功率；最后扫描场幅值，即获得各输入功率下的基波输出功率及三阶互调输出功率。本发明仅需单频率下功率扫描一次，然后利用公式快速求解各输入功率下的三阶互调功率，一维模型仅需数十秒，三维模型仅需数分钟；大大提高了三阶互调优化计算效率。

技术领域

本发明属于行波管非线性失真技术领域，具体涉及一种行波管三阶互调快速计算方法。

背景技术

行波管是宽频带大功率的真空电子器件，广泛应用于雷达、通信、导航等领域。空间行波管作为卫星通信的末级放大器，承担着信号放大传输的重要作用。而空间行波管的三阶互调分量是影响通信性能的重要指标；由于非线性影响，在通信过程中多路信号的并发，会产生三阶互调分量从而导致多路信号间相互干扰，影响着卫星通信、数据传输的准确性；为了降低互调干扰，传统方法采取工作点功率回退方式降低三阶互调影响，一方面降低信号功率影响通信距离另一方面也降低了行波管的工作效率，对能源极度紧张的通信卫星造成损失。因此三阶互调需要在行波管设计时进行准确计算和抑制分析。

行波管工作的核心是电子注与电磁波相互作用过程：在真空的管壳内部，一束从阴极发生的电子注从左端出发，以一定的速度与携带频率信号的电磁波同向传输，在这过程中电子被电磁波调制，也激励电磁波能量放大，最终电磁波信号被放大，剩余电子注被右端的收集极减速收集；整个过程叫做注波互作用过程。目前行波管的注波互作用仿真计算通常采用拉格朗日频域非线性注波互作用模型，该模型需要采取有限多个宏电子表征周期时间内不同时间相位的电子状态；利用该模型能快速准确地对注波互作用进行仿真计算。

通常单频率信号的一次注波互作用过程仿真计算时间在数十秒以内，通常采用32个时间相位的宏电子即可收敛。然而该模型面对两个频率非常接近的输入信号及产生的三阶互调仿真时，需要产生极多的宏电子才能计算准确，而且频率越接近宏电子数越多。两个频率之差叫分辨频率，粒子倍率等于工作频率除以分辨频率，通常计算三阶互调的宏电子需要单频率宏电子乘以该粒子倍率，结果才能准确收敛。以L波段行波管为例，工作频率为1.5GHz，分辨频率5MHz，那么单频率计算需宏电子32个，采用一维模型计算一次需1秒钟，三维模型计算一次需15秒钟；而三阶互调计算需宏电子9600个，采用一维模型计算一次需15～20分钟，三维模型因需要太多计算资源而导致软件崩溃；然而设计过程中还需扫描不同输入功率下的三阶互调状态，那么扫描21次则一维模型需5～7个小时。因此三阶互调低效计算制约了行波管非线性设计与抑制，且无法用三维模型计算也影响了三阶互调计算的精确性。

发明内容

本发明的目的在于针对现有行波管三阶互调计算效率低的缺点提供一种行波管三阶互调快速计算方法，该方法利用行波管计算频率范围内增益及相移不变的特点，仅需单频率下功率扫描一次，然后利用公式快速求解不同输入功率下的三阶互调，一维模型仅需数十秒，三维模型仅需数分钟。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种行波管三阶互调快速计算方法，包括以下步骤：

步骤一：以两输入频率f₁，f₂的中心频率f₀作为输入信号频率，以饱和输入功率回退20dB为起点，以饱和输入功率为终点进行输入功率P扫描，获取扫描的增益曲线G(P)和相移曲线Ф(P)，从而获得复增益曲线为：

步骤二：将相同场幅值的两输入频率信号f₁,f₂的注波互作用视为单频信号f₀被差频信号(f₂-f₁)幅度调制的过程；得到各分量输出功率为：