Amplificador flexible de ondas progresivas de muy alta eficacia.

Amplificador de tubo de ondas progresivas que comprende al menos:

* un tubo (10, 226) de ondas progresivas que comprende un cátodo (15), una hélice (18), una entrada (12) de RF, unasalida (14) de RF y una pluralidad de colectores Ci (19),

* un acondicionador (300) de potencia electrónico que proporciona una fuente de alimentación y polarización de electrodosa dicho tubo (10, 226) de ondas progresivas,

caracterizado porque dicho acondicionador (300) de potencia electrónico comprende medios (24) de control deflexibilidad que ajustan, mediante comandos de control, el voltaje de hélice a cátodo, a fin de permitir el ajuste de la gamade frecuencias operativas del tubo (10, 226) de ondas progresivas.

Amplificador flexible de ondas progresivas de muy alta eficacia La presente invención se refiere a un amplificador flexible de ondas progresivas de muy alta eficacia. Se aplica, notablemente, a satélites de telecomunicación.

Los satélites de telecomunicación comprenden nomalmente una plataforma y una carga útil, comprendiendo ésta última todos los equipos, en particular, todos los dispositivos destinados para generar y transmitir señales de radiofrecuencia de alta potencia -denominadas en adelante en la presente memoria señales de RF -hacia el suelo. Se recurre a distintas técnicas conocidas para transmitir señales de RF de alta potencia.

Una primera técnica se basa en la tecnología del estado sólido, e implica Amplificadores de Potencia de Estado Sólido, habitualmente denominados SSPA. Los SSPA tienen, en particular, el inconveniente de no estar en condiciones de gestionar los niveles de potencia de RF habitualmente solicitados.

Una segunda técnica está basada en el uso de Amplificadores de Tubu de Ondas progresivas, denominados en adelante, en la presente memoria, TWTA. Los TWTA comprenden, destacadamente, un Tubo de Ondas progresivas, denominado en adelante, en la presente memoria, TWT. Las cargas útiles de satélites de telecomunicación, hoy en día, usan extensamente los TWTA. Los TWTA son dispositivos especialmente eficaces para canales de transmisión de RF de alta potencia, y admiten gestionar muy altos niveles de potencia de RF transmitida. Sin embargo, el TWTA depende de una tecnología basada en tubos que demanda una afinación muy precisa, no solamente en el nivel de fabricación, sino también en cuando a la precisión de las interfaces eléctricas. Un TWT se describe en gran detalle más adelante, con referencia a la Figura 1, y comprende, básicamente, una entrada de RF y una salida de RF, una hélice y electrodos que comprenden un cátodo emisor de electrones que forman un haz de electrones, un ánodo, habitualmente denominado un “Ánodo Cero” o “Ánodo 0”, que enfoca el haz de electrones, y una pluralidad de colectores.

Además, cada TWTA producido es único, y está optimizado para la finalidad de una única aplicación, en términos de frecuencia transmitida, nivel de potencia transmitida y eficacia. Una vez diseñado, fabricado y posiblemente optimizado, un TWTA y su equipo de control asociado tienen que seguir funcionando de la misma manera durante todo el ensamblaje, integración y prueba de un satélite, y durante la misión en vuelo del satélite en que están colocados. Es decir: una vez que el satélite de telecomunicación ha sido ensamblado, estos equipos serán operados bajo las condiciones específicas para las cuales han sido diseñados. Además, las prestaciones de eficacia de los TWTA son dependientes de la frecuencia. Por lo tanto, en paralelo, un satélite destinado para transmitir a través de una pluralidad de canales estará conteniendo otros tantos TWTA, con consecuencias afines en términos de coste, peso y bulto. Además, un TWTA que está siendo habitualmente destinado para transmitir a través de un canal dado, por la duración habitual de una misión de más de 15 años, hace que el diseño de la carga útil y el aprovisionamiento de los TWTA sean muy restrictivos, e induce severas restricciones en términos de la gestión de riesgos.

Se conocen los TWTA de banda ancha en la técnica anterior, pero los dispositivos existentes habitualmente padecen una degradación de la eficacia de alrededor del 2 por ciento, en comparación con los TWTA análogos optimizados en una banda de RF más estrecha.

Los TWT de la técnica anterior se hallan en los artículos “Ajuste de voltaje catódico para compensar la tolerancia de inclinación de la hélice en los TWT”, por D’Agostino et al, IEE 2004, XP006024619; “Tubos de Ondas progresivas por Hélice de Banda-Ka y Banda-Q de Alta Potencia para Aplicaciones de Comunicaciones y de Radar”, por Chong et al, Conferencia de Comunicaciones Militares, IEEE 2005, XP010901452; “Un TWT de Cavidad Acoplada de 500 W para la Comunicación de Banda-Ka”, por Legarra et al, Transacciones del IEEE de 2005 sobre Dispositivos Electrónicos, XP011130941; “Funcionamiento Eficaz de un Amplificador de Tubo de Ondas progresivas con Voltajes de Sesgo de Colector Dinámicamente Ajustados”, por Qiu et al, Simposio de Microondas, 2007, IEEEIMTT-S Internacional, XP031112164; y en el documento US2811664.

Por todos los motivos precitados, una parte muy larga y costosa del desarrollo de carga útil de un satélite de telecomunicación es el proponer una respuesta técnica a las necesidades finales del cliente, en términos del número de canales, la adjudicación de frecuencia y potencia, minimizando la demanda de potencia para la plataforma y dentro de requisitos datos de fiabilidad.

Un objetivo de la presente invención es paliar al menos los inconvenientes precitados, proponiendo un TWTA que presenta una eficacia similar a la de los TWTA conocidos de banda estrecha afinada, siendo capaz a la vez de ser operado en una gran variedad de frecuencias, como un TWTA de banda ancha.

Una ventaja adicional de la presente invención es que el TWTA ofrece la capacidad de ser fácilmente controlado, no solamente en tierra, sino también durante operaciones en vuelo en una misión de un satélite.

Una ventaja adicional de la presente invención es que un TWTA según una de las realizaciones descritas usa electrónica de control que puede ser adaptable para circuitos electrónicos existentes cualesquiera de alto voltaje.

Una ventaja adicional de la presente invención es que atenúa el recurrir a la redundancia de los TWT de a bordo para aplicaciones dadas, ya que todos los TWT controlados dentro de los TWTA que siguen las realizaciones de la presente invención pueden ser operados sobre una banda ancha.

Una ventaja adicional de la presente invención es que admite la adaptación del perfil de la misión a lo largo de toda la vida de la carga útil del satélite, sin afectar a la eficacia global de la carga útil.

Una ventaja adicional de la presente invención es que ofrece una flexibilidad de fases que brinda la oportunidad de reemplazar hardware dedicado, desplazador de fases, en ciertas aplicaciones.

Todas las ventajas citadas más adelante presentan en verdad ventajas en términos de planificación, peso, coste y optimización de la gestión de fallos.

Con ese fin, la presente invención propone un amplificador de tubo de ondas progresivas que comprende al menos un tubo de ondas progresivas, que comprende un cátodo, una hélice, una entrada de RF, una salida de RF y una pluralidad de colectores Ci, un acondicionador de potencia electrónico que proporciona una fuente de alimentación y la polarización de electrodos a dicho tubo de ondas progresivas; estando el amplificador de tubo de ondas progresivas caracterizado en cuanto a que dicho acondicionador de potencia electrónico comprende medios de control de flexibilidad que permiten ajustar, mediante comandos de control, el voltaje de hélice a cátodo, a fin de permitir ajustar la frecuencia operativa del TWT dentro de una gama determinada, con una eficacia óptima.

En una realización ejemplar de la presente invención, los medios de control de flexibilidad también pueden ser configurados para ajustar los voltajes Ci de colectores, permaneciendo constante la razón entre el voltaje de hélice a cátodo y los voltajes Ci de colectores.

En una realización ejemplar de la presente invención, los comandos de control pueden ser enviados a través de un bus de datos.

En una realización ejemplar de la presente invención, el acondicionador de potencia electrónico puede comprender medios primarios de control que comprenden una célula de energía que controla un medio de generación y control de alto voltaje, que comprende un transformador de alto voltaje en etapas múltiples, cuyo sector primario está controlado por dicha célula de energía, y que genera los altos voltajes solicitados por dichos al menos un colector, cátodo y hélice, comprendiendo dicho medio de control de flexibilidad medios para ajustar una referencia de voltaje que controla un bucle de control de voltaje, controlando dicho bucle de control de voltaje a la célula de energía mediante la modulación de la amplitud de pulso.

En una realización ejemplar de la presente invención, los medios de generación y control de alto voltaje pueden comprender un regulador fijado al sector secundario de dicho transformador de alto voltaje en múltiples etapas, y suministrar un voltaje de hélice a cátodo, ajustado con respecto a una referencia de voltaje de hélice a cátodo, comprendida en dichos medios de control... [Seguir leyendo]

1. Amplificador de tubo de ondas progresivas que comprende al menos:

* un tubo (10, 226) de ondas progresivas que comprende un cátodo (15) , una hélice (18) , una entrada (12) de RF, una salida (14) de RF y una pluralidad de colectores Ci (19) ,

* un acondicionador (300) de potencia electrónico que proporciona una fuente de alimentación y polarización de electrodos a dicho tubo (10, 226) de ondas progresivas,

caracterizado porque dicho acondicionador (300) de potencia electrónico comprende medios (24) de control de flexibilidad que ajustan, mediante comandos de control, el voltaje de hélice a cátodo, a fin de permitir el ajuste de la gama de frecuencias operativas del tubo (10, 226) de ondas progresivas.

2. Amplificador de tubo de ondas progresivas según la reivindicación 1, en el cual dichos medios de control de flexibilidad también están configurados para ajustar los voltajes Ci de colector, permaneciendo constante la razón entre el voltaje de hélice a cátodo y los voltajes Ci de colector.

3. Amplificador de tubo de ondas progresivas según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual dichos comandos de control son enviados a través de un bus de datos.

4. Amplificador de tubo de ondas progresivas según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual el acondicionador (300) de potencia electrónico comprende medios (20) de control primario que comprenden una célula

(200) de energía que regula un medio (22) de generación y control de alto voltaje, que comprende un transformador (220) de alto voltaje de múltiples etapas, cuyo sector primario está controlado por dicha célula (200) de energía, y que genera los altos voltajes solicitados por dicho al menos un colector (19) , cátodo (15) y hélice (18) , comprendiendo dichos medios (24) de control de flexibilidad medios para ajustar una referencia (208) de voltaje que regula un bucle (206) de control de voltaje, regulando dicho bucle (206) de control de voltaje la célula (200) de energía mediante la modulación del ancho de pulso.

5. Amplificador de tubo de ondas progresivas según la Reivindicación 4, en el cual los medios (22) de generación y control de alto voltaje comprenden un regulador (222) fijado al sector secundario (402) de dicho transformador (220) de alto voltaje de múltiples etapas, y que suministra un voltaje (VKH) de hélice a cátodo, ajustado a una referencia (244) de voltaje de hélice a cátodo, comprendida en dichos medios (24) de control de flexibilidad.

6. Amplificador de tubo de ondas progresivas según la Reivindicación 5, en el cual los medios (24) de control de flexibilidad comprenden adicionalmente un descodificador (240) que emite palabras de control de señales a partir de dichos comandos de control, comprendiendo dicha referencia (244) de voltaje de hélice a cátodo un primer convertidor

(504) de digital a analógico, que convierte palabras de salida binarias, generadas por el descodificador (240) , en una señal analógica que controla el voltaje (VKH) de hélice a cátodo.

7. Amplificador de tubo de ondas progresivas según la Reivindicación 4, en el cual dicho medio para ajustar la referencia (208) de voltaje comprende un segundo convertidor (506) de digital a analógico que convierte palabras binarias de salida, emitidas por el descodificador (240) , en base a palabras binarias de entrada enviadas mediante dicho bus de datos.

8. Amplificador de tubo de ondas progresivas según cualquiera de las precedentes Reivindicaciones 6 y 7, en el cual dicho descodificador (240) genera palabras de salida de n bits hacia la referencia (244) de voltaje de hélice a cátodo, y palabras de salida de m bits, siendo m menor que n, hacia el medio para ajustar la referencia (208) de voltaje, en base a palabras de entrada de n bits recibidas desde el bus de datos.

9. Amplificador de tubo de ondas progresivas según la Reivindicación 8, en el cual el número m de bits de las palabras de salida hacia el medio para ajustar la referencia (208) de voltaje se escoge a fin de permitir el ajuste de la fase de señales de RF.

10. Amplificador de tubo de ondas progresivas según cualquiera de las precedentes Reivindicaciones 5 a 9, en el cual los medios (22) de generación y control de alto voltaje están implementados dentro de un módulo (40) de generación y control de alto voltaje, que comprende en su entrada el sector secundario (402) del transformador (220) de alto voltaje, también conectado con un controlador (V3) de precisión de voltaje de hélice, formado por un transistor bipolar controlado por el regulador (222) , y cuyo emisor está fijado a tierra a través de un elemento disipador (403) .