CN104038164B - 用于运行行波管模块的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于运行行波管模块的方法。用于运行通信卫星（10）的行波管模块（20）的方法包括以下步骤：从卫星（10）的天线（12）接收高频信号（22）；确定出应放大所述高频信号（22）；当应放大所述高频信号（22）时，将行波管（30）的阴极电流提高到预先确定的运行值；并且借助所述行波管（30）放大所述高频信号（22）。

Description

用于运行行波管模块的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行通信卫星的行波管模块的方法。

背景技术

在卫星中尤其使用行波管放大器（TWTA：行波管放大器（Travelling Wave TubeAmplifier））作为功率放大器，所述行波管放大器通常被实施为行波管模块。这些行波管模块包括尤其确定高频特性的行波管和产生用于行波管的供电电压的电源，并且可以附加地包括至卫星的遥测和/或远程命令接口以及控制装置。行波管模块可以通过前置放大器（也称作信道放大器）来补充，所述前置放大器也可以包含线性化装置。在该组合中，于是也谈及高频功率模块。

在行波管中高频信号通过以下方式来放大：引导电子束通过通常为螺旋形的导体，高频信号流过该导体。在此，在导体与电子束的合适的设计的情况下，可以将能量从电子束传输到高频信号上。

通常，将行波管设计为在饱和或接近饱和时运行。为了获得尽可能高的效率，此外使用具有多个收集器元件或者收集器级的多级收集器，其绝大部分地回收所消耗的电子束的剩余能量。在此，目标是：如此选择收集器级的电压，使得行波管在饱和的情况下获得最高可能的效率。在施加的高频输入信号时，阴极电流或多或少均匀地分布到不同的收集器级上并且因此导致功率损耗分布到所有收集器级上。

在静止运行下，当无操控地运行行波管时，电子束不发出能量并且因此完全射到最后的收集器级上。由此，总的功率损耗集中在收集器的最后的级上。为了在这种情况下将功率损耗限制到可接受的值，该级处的电压不可自由选择，并且可能必须被调整到比对于最佳效率所需的更低的值。在此发生：该级接近其热负载能力地被运行。

对此思考引入附加的收集器级，所述附加的收集器级允许在较低电压的情况下并且因此在无操控时较低的功率损耗的情况下运行最后的级，而在此不失去效率。然而，该附加的级使得电源和行波管更复杂并且因此更重和更昂贵。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于通信卫星的轻的和成本有利的行波管模块。

所述任务通过独立权利要求的主题解决。本发明的其他实施方式从从属权利要求和下面的描述中得出。

本发明的一个方面涉及一种用于运行通信卫星的行波管模块的方法。行波管模块可以包括行波管和用于操控行波管的控制装置。应理解，通信卫星可以具有多个行波管模块，所述多个行波管模块可以分别分配给卫星的信道。

根据本发明的一种实施方式，所述方法包括以下步骤：从卫星的天线接收高频信号；确定出应放大所述高频信号；当应放大所述高频信号时，将行波管的阴极电流提高到预先确定的运行值；并且借助所述行波管放大所述高频信号。换言之，可以使所述行波管在两种运行方式（静止运行和放大运行）之间转换，其方式是，使阴极电流适配于所述运行方式。

根据本发明的一种实施方式，所述方法替代地或附加地包括以下步骤：确定出不应放大高频信号；将所述阴极电流减小到预先确定的静止值。正如在从静止运行切换为放大运行的情况下提高阴极电流那样，可以在从放大运行切换为静止运行的情况下降低阴极电流。

通过这种方式，可以在两种运行方式中将行波管调整到最优的效率。也就是说，在静止运行中和在放大运行中阴极电流的高度是如此选择的，使得行波管始终具有最优的效率。

例如，在静止运行中为了调整输出功率而以如此程度减小阴极电流，使得功率损耗不超过可接受的值并且因此可以使收集器中的最后的收集器元件运行在热安全范围中。借此，最后的收集器元件的功率损耗通常可以被减小到50%。

即使当不再施加高频信号时不立即进行静止电流的减小，由于收集器的热时间常数而存在足够的时间以切换运行方式。

也可以仅当无操控、也即无要放大的高频信号的运行相应地长时间持续时才进行（或需要）运行方式的切换。

根据本发明的一种实施方式，将所述阴极电流减小到大于0的值。换言之，静止值可以大于0，例如以便加速随后到运行值上的提高。

为了能够适配行波管模块的输出功率，确定的设备允许通过远程命令接口减小该输出功率。在此，可以通过相应的远程命令以如此程度降低阴极电流直至达到所期望的输出电平。在行波管模块中已经存在的该功能也可以用于，将阴极电流从静止值转换到运行值，反之亦然。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括以下步骤：通过所述卫星的天线接收远程命令：应放大所述高频信号。例如在地面站中产生所述远程命令并且从所述地面站向卫星发送。在地面站中可以确定：卫星什么时候应放大高频信号，例如当卫星用户已预订发送时间，或者当有用于发送高频信号的定单时。

根据本发明的一种实施方式，所述方法还包括以下步骤：检测和分析所述行波管模块的测量参量或参数，其中基于所述测量参量确定出，应放大所述高频信号。也可能的是，行波管模块自主确定何时应切换运行方式。

根据本发明的一种实施方式，所述测量参量是所述行波管模块的输入电流的输入功率。为了确定是否恰好放大高频信号，控制装置可以监视行波管模块的输入电流，并且从中确定行波管模块的当前耗用的功率。从功率的时间峰值可以确定，是否恰好放大高频信号。

尤其可以确定行波管模块的直流（DC）峰值输入功率。如果该功率下降到一定的值以下，该值对应于不操控或者静止运行，则自动降低阴极电流。如果峰值输入功率又上升到一定的值以上，则又将阴极电流调整到降低之前的值上并且因此切换到放大运行中。当所确定的静止运行超过一定的（例如预先确定的）持续时间时，才可以通过合适的时间常数进行阴极电流的降低。

根据本发明的一种实施方式，所述测量参量是所述高频信号的功率。替代地或附加地，行波管模块的控制装置可以直接监视（未经放大的）高频信号。例如可以通过行波管模块的前置放大器测量HF峰值输入功率并且相应地通过该值来控制阴极电流的变化。

根据本发明的一种实施方式，在一时间间隔上检测所述测量参量，并且分析在所述时间间隔内所述测量参量的至少一个峰值是否处于阈值之上，以便确定应放大所述高频信号。如已经所述的，测量参量可以是行波管模块的电源的输入功率和/或高频信号的输入功率。每当输入功率的峰值上升到确定的阈值之上时可以假定，放大运行被实施。

相反地，可以在一时间间隔上检测所述测量参量，并且分析在所述时间间隔内是否所述测量参量的峰值不低于阈值，以便确定应不（再）放大所述高频信号。如果例如对于预先确定的时间间隔不再在输入功率中检测到位于阈值之上的峰值，则可以假定，静止运行被实施。

根据本发明的一种实施方式，通过减小阳极电流来减小所述阴极电流。例如可以为行波管模块的阴极电流调节器预给定相应的额定值（也即静止值或运行值），并且阴极电流调节器可以通过阳极电压来相应地调整阴极电流。所述调整区域一般包括输出功率的4dB，这对应于阴极电路的大约50%。

本发明的另一个方面涉及一种行波管模块。应理解，行波管模块的特征也可以是所述方法的特征，反之亦然。

根据本发明的一种实施方式，所述行波管模块包括行波管和用于操控所述行波管的控制装置。

所述行波管包括：发射器，所述发射器被实施用于在施加电压时产生电子束；放大器区段，所述放大器区段由所述电子束经过并且在所述放大器区段中布置导体，其中经过所述导体的高频信号能够通过所述电子束放大；和收集器，所述收集器被实施用于接受（aufnehmen）所述电子束，由此形成阴极电流。所述收集器包括多个收集器元件，所述收集器元件被实施用于在所述行波管的放大运行中分别接受所述电子束的一部分。在静止运行中——其中，不放大高频信号，电子束仅仅射到最后的收集器元件上，所述最后的收集器元件在这种情况下接受总的阴极电流。通过在静止运行中降低阴极电流，可以使最后的收集器元件减负荷。

所述行波管模块的控制装置被实施用于调整所述阴极电流。此外，所述控制装置可以确定应放大所述高频信号，以便反应于此，将所述阴极电流提高到预先确定的运行值。例如，控制装置可以以如此程度提高阳极电压，使得达到用于阴极电流的所确定的运行值。相反地，控制装置也可以确定应结束所述放大运行，并且然后例如通过将阳极电压减少到确定的静止值来将阴极电流降低到静止值。

根据本发明的一种实施方式，所述控制装置被实施用于接收远程命令，所述远程命令指示所述控制装置放大所述高频信号。例如控制装置的远程命令模块可以接收和分析相应的远程命令。

根据本发明的一种实施方式，所述控制装置被实施用于分析所述行波管模块的测量参量，以便确定应放大高频信号。该测量参量例如可以是来自卫星的电源的行波管模块输入电流。

附图说明

下面参考附图详细描述本发明的实施例。

图1示出根据本发明的一种实施方式的通信卫星的示意视图。

图2示出根据本发明的一种实施方式的行波管模块的示意视图。

图3示出根据本发明的另一种实施方式的行波管模块的示意视图。

图4示出根据本发明的一种实施方式的用于运行行波管模块的方法的流程图。

原则上，相同的或相似的部件配备有相同的附图标记。

具体实施方式

图1示出通信卫星10，所述通信卫星具有天线12，控制单元14和电源16，所述电源例如由太阳能电池板18供给能量。

此外，通信卫星10具有行波管模块20。在图1中仅仅示出通信卫星10的一个信道，通常通信卫星10可以具有多个信道，所述多个信道可以分别包括行波管模块20。

通信卫星10可以通过天线12接收高频信号22并且转发给行波管模块20。在那里，高频信号22被放大成经放大的高频信号24并且可以再次通过所述天线12（或其他天线）发射。在此，通过电源16给行波管模块20供给电流26。此外，行波管模块20可以由控制单元14操控并且例如接收远程命令28，所述远程命令例如通过天线12来接收并且由控制单元14分析。

图2更详细地示出行波管模块20。行波管模块20包括行波管30，所述行波管通过高频输入端32接收高频信号22并且通过高频输出端34输出经放大的高频信号24。

行波管30包括发射器36和收集器38，借助所述发射器可以产生电子束37，所述收集器再次接受电子束37并且具有多个收集器元件40，电子束37在行波管30的放大运行中被分配到所述多个收集器元件上。通过这种方式，可以将来自于电子束的电流再次引回到发射器36。放大器区域41位于发射器和收集器38之间，在所述放大器区域中高频信号22通过电子束放大。高频信号22在此通过行波管30通过导体43被发送。

发射器36包括用于发出电子的阴极和可以被置于阳极电压42上以便产生电子束37的阳极。电子束37的强度通过阳极电压42调整，所述阳极电压由阴极电流调节器44产生。阴极电流调节器44从控制装置48收到阴极电流的相应的值46。所需要的电压50由高压产生装置52提供。

高压产生装置52由预调节器和滤波器56供给电流，所述高压产生装置也产生施加在收集器元件40上的电压54，所述预调节器和滤波器56将来自卫星10的电源16的电流26转变成恒定的和均匀的直流电。

此外，行波管模块20可以包括远程命令接口58，所述远程命令接口预处理用于控制装置48的远程命令28。

图3示出行波管模块20，其相对于图2扩展了一些组件。控制装置48包括控制逻辑电路60，其能够监视和分析由预调节器和滤波器56接受的输入功率62。替代地或附加地，控制逻辑电路60可以监视和分析输入功率64、高频信号22。例如，控制逻辑电路60从信道放大器和/或线性化装置66收到该值64，借助所述信道放大器和/或线性化装置，未经放大的高频信号22可以在其被输送给行波管20之前被前置放大和/或线性化。

控制逻辑电路从所检测的值62和/或64确定应以哪种运行方式（放大运行或静止运行）运行行波管30并且相应地适配于用于阴极电流的预给定值46。

图4示出流程图，借助其可以运行行波管模块20。

在步骤70中确定出，操控或应操控行波管30，换言之，应使以放大运行来运行行波管30。

这例如可以通过相应的远程命令28实现，所述远程命令由远程命令接口58接收并且然后由控制装置48相应地分析。例如可以从地面站向卫星10发送远程命令28。

替代地或附加地，行波管模块20也可以自主确定：行波管30被操控。这例如可以通过检测值62和/或至64来实现。每当这些输入功率的峰值超过确定的预给定的阈值时，控制逻辑电路60就假定行波管30被操控。

在步骤72中将阴极电流提高到预先确定的运行值46。为此，例如由控制逻辑电路60或由控制装置48通知阴极电流调节器44待达到的运行值36，并且该阴极电流调节器相应地调节阳极电压42。

在步骤74中，所接收的高频信号22由行波管30放大并且随后又由卫星10发送。行波管30在此可以实现高的效率，因为收集器元件40和集电器电压54如此选择，使得在放大运行中实现尽可能高的效率。

在步骤76中确定出，行波管不被操控或者不应再被操控。这可以类似于步骤70通过远程命令或通过卫星10内的值检测来实现。

在步骤78中，类似于步骤72将阴极电流又减小到静止值46。虽然在静止运行中电子束现在仅仅还射到最后的收集器元件40上，但是该收集器元件不被损坏或至少不被强烈加热，因为阴极电流被减小了。在静止运行中也通过这种方式提高效率。不需要附加的收集器元件。

应补充地指出，“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一个”或“一”不排除多个。此外，应指出，参考上述实施例中的一个描述的特征或步骤也可以与上述其他实施例的其他特征或步骤组合地使用。权利要求书中的附图标记不应视为限制。

Claims (10)

1.用于运行被配置为至少在空闲模式和放大模式下操作的通信卫星（10）的行波管模块（20）的方法，所述方法包括以下步骤：

从卫星（10）的天线（12）接收高频信号（22）；

确定出应放大所述高频信号（22）；

当应放大所述高频信号（22）时，将行波管（30）的阴极电流提高到预先确定的运行值；

检测和分析所述行波管模块的测量参量；以及

基于所述测量参量将所述行波管模块从所述空闲模式切换到所述放大模式，从而使得借助所述行波管（30）放大所述高频信号（22），

其中，在一时间间隔上检测所述测量参量（62，64），并且分析所述测量参量（62，64）的至少一个峰值是否处于阈值之上，以便确定应放大所述高频信号。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

确定出不应放大高频信号（22）；

将所述阴极电流减小到预先确定的静止值。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述阴极电流减小到大于0的值。

4.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

通过所述卫星（10）的天线（12）接收远程命令（28）：应放大所述高频信号（22）。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，在地面站中产生所述远程命令（28）并且从所述地面站向卫星（10）发送。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量参量是所述行波管模块（20）的输入电流的输入功率（62）。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述测量参量是所述高频信号的功率（64）。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，通过减少阳极电压来减小所述阴极电流。

9.一种被配置为至少在空闲模式和放大模式下操作的行波管模块，所述行波管模块包括：

行波管（30）；和

用于操控所述行波管的控制装置（48），

其中，所述行波管（30）包括：

发射器（36），所述发射器被实施用于在施加电压时产生电子束（37）；

放大器区段（41），所述放大器区段由所述电子束（37）经过并且在所述放大器区段中布置导体（43），其中经过所述导体（43）的高频信号（22）能够通过所述电子束（37）放大，

收集器（38），所述收集器被实施用于接受所述电子束（37），由此形成阴极电流，其中，所述收集器（38）包括多个收集器元件（40），所述收集器元件被实施用于在所述行波管（30）的放大运行中分别接受所述电子束（37）的一部分；

其中，所述控制装置（48）被实施用于调整所述阴极电流；

其中，所述控制装置（48）被实施用于确定应放大所述高频信号（22）并且反应于此，将所述阴极电流提高到预先确定的运行值，

其中所述控制装置（48）被实施用于分析所述行波管模块（20）的测量参量（62，64），以便确定所述行波管模块是否应从所述空闲模式切换到所述放大模式，从而使得借助所述行波管（30）放大所述高频信号（22），以及

其中，在一时间间隔上检测所述测量参量（62，64），并且分析所述测量参量（62，64）的至少一个峰值是否处于阈值之上，以便确定应放大所述高频信号。

10.根据权利要求9所述的行波管模块（20），其中，所述控制装置（48）被实施用于接收远程命令（28），所述远程命令指示所述控制装置（48）放大所述高频信号（22）。