高壓功率放大器在脈沖X射線源技術(shù)及火星X射線通信中的應(yīng)用

時間：2023-04-27作者：西安安泰電子科技有限公司瀏覽：95

實驗名稱：高速調(diào)制脈沖X射線源技術(shù)及火星X射線通信應(yīng)用研究

研究方向：通信技術(shù)

測試目的：

火星是深空探測的熱點區(qū)域，隨著對火星探測的深入，未來火星探測器將面臨傳統(tǒng)通信方式難以應(yīng)對的惡劣情況，例如火星大氣進(jìn)入段黑障區(qū)和火星沙塵暴環(huán)境。因此，探索新型信息載體，研究新型通信技術(shù)十分必要。X射線通信（XCOM）是一種新型的空間通信技術(shù)，基于X射線的高穿透特性，X射線通信系統(tǒng)有望在復(fù)雜的深空環(huán)境中發(fā)揮作用。

本文的研究工作對于火星X射線通信的實施和高速調(diào)制脈沖X射線源的研發(fā)提供了重要的理論依據(jù)，并有望為我國未來的火星探測工程提供通信技術(shù)**。

測試設(shè)備：ATA-4315高壓功率放大器、、信號發(fā)生器、示波器、直流電源、GMXS樣管等。

實驗過程：




圖1：GMXS樣管

對GMXS進(jìn)行定制加工，在完成密封性能和耐高壓性能測試后，得到帶有X射線調(diào)制功能的GMXS樣管。如圖1所示，柵控電極與鎢質(zhì)燈絲內(nèi)置于陰極屏蔽罩中，陽極金屬靶被安置于一側(cè)開有X射線出射窗的陽極屏蔽罩中。在陰極端，燈絲和柵控電極分別與導(dǎo)線相連，在射線管的一端引出，方便對燈絲和柵控電極加載電壓。在陽極端，陽極金屬靶與金屬接線柱相連，方便對陽極加載高壓。




圖2：GMXS脈沖響應(yīng)特性測試設(shè)備連線示意圖

使用測量陽極脈沖電流的手段間接測量GMXS的脈沖響應(yīng)特性?；谶@一方法，搭建等效實驗平臺，實驗設(shè)備連線方式如圖2所示。使用直流電源給GMXS樣管的陰極燈絲供電，用于生成熱電子，電壓設(shè)置為6.5V，燈絲電流為0.88A。陽極接入一個2kΩ的電阻，使用200V的高壓電源給陽極供電。這個200V的陽極電壓用于產(chǎn)生加速電子的電場，以實現(xiàn)對柵控管內(nèi)電子的收集，利用示波器檢測陽極電壓變化。陽極電壓的脈沖形狀能夠很好的反映GMXS產(chǎn)生的X射線脈沖特性。將陽極電壓變化除以電阻值2kΩ，可間接得到轟擊陽極金屬靶的電子電流。由于陽極電壓較低，不足以使得陽極金屬靶產(chǎn)生X射線，因此避免了脈沖X射線**導(dǎo)致的輻射防護問題。此外，由于陽極電壓較低，陰極槽內(nèi)的自由電子受到的電場力不足，因此需要柵控電極加載較高的控制電壓，才能保證電子脈沖的正常**。柵控電平的初始信號由信號發(fā)生器產(chǎn)生，信號發(fā)生器生成重復(fù)頻率為10kHz~1MHz，強度為2V的方波信號，這樣的信號無法直接驅(qū)動?xùn)趴仉姌O，因此需要使用對初始信號進(jìn)行放大。實驗中使用ATA-4315功率放大器對信號發(fā)生器輸出的低電壓方波信號進(jìn)行放大，并將輸出的高壓信號加載于柵控電極之上。根據(jù)圖2完成設(shè)備的接線，保持圖中所有設(shè)備共地，實驗設(shè)備實物如圖3所示。 




圖3：GMXS脈沖響應(yīng)特性測試平臺

實驗結(jié)果：

柵控頻率為10kHz、100kHz、1MHz的結(jié)果分別如圖4-6所示。在固定柵控重復(fù)頻率時，調(diào)整增益可產(chǎn)生不同強度的柵控電壓脈沖，圖4-6中展示了柵較加載的電壓峰值為40V、60V、80V、100V的結(jié)果。其中，綠色波形為輸出的脈沖電壓波形，為正值；藍(lán)色波形為陽極檢測到的電壓變化值，由電子脈沖撞擊陽極產(chǎn)生，因此脈沖為負(fù)值。




圖4：柵控頻率為10kHz時陽極電壓波形與柵較信號對比

柵控頻率為10kHz時的結(jié)果如圖4所示，在不同柵控電壓峰值情況下，陽極電壓變化均對柵控電平有著良好的響應(yīng)，未出現(xiàn)明顯的脈沖寬度擴展和相位延遲的現(xiàn)象，這說明在柵控頻率為10kHz時，GMXS的脈沖響應(yīng)性能良好。




圖5：柵控頻率為100kHz時陽極電壓波形與柵較信號對比

柵控頻率為100kHz時的結(jié)果如圖5所示，GMXS的脈沖響應(yīng)性能依然良好，在重復(fù)頻率提升了10倍的條件下，輸出的柵控電平信號上升沿和下降沿有一定的變緩，并存在一些明顯的高頻分量，而陽極電壓脈沖并未進(jìn)一步造成平臺區(qū)變窄，對于一部分高頻分量，調(diào)制源未產(chǎn)生響應(yīng)。

柵控頻率為1MHz時的結(jié)果如圖6所示，由于功率放大器性能的限制，柵控電壓脈沖有著明顯的畸變，但是陽極電壓波形仍然有著較好的響應(yīng)，這表明在柵控電平重復(fù)頻率為1MHz的情況下，GMXS仍具有良好的脈沖響應(yīng)性能，這意味著該型X射線調(diào)制源能夠?qū)崿F(xiàn)1MHz的調(diào)制速率。




圖6：柵控頻率為1MHz時陽極電壓波形與柵較信號對比

安泰ATA-4315高壓功率放大器：




圖：ATA-4315高壓功率放大器指標(biāo)參數(shù)

本文實驗素材由西安安泰電子整理發(fā)布。公司致力于功率放大器、功率信號源、計量校準(zhǔn)源等產(chǎn)品為**的相關(guān)行業(yè)測試解決方案的研究，為用戶提供具有競爭力的測試方案，Aigtek已經(jīng)成為在業(yè)界擁有廣泛產(chǎn)品線，且具有相當(dāng)規(guī)模的儀器設(shè)備供應(yīng)商，樣機都支持免費試用。

本文實驗案例參考自知網(wǎng)論文《高速調(diào)制脈沖X射線源技術(shù)及火星X射線通信應(yīng)用研究》





西安安泰電子科技有限公司專注于高壓放大器,功率放大器,射頻功率放大器,電壓放大器,功率放大器模塊,功率信號源,高精度電流源,高精度電壓源等

• 詞條

  詞條說明

• 射頻功率放大器的參數(shù)有哪些

  射頻功率放大器是射頻通信系統(tǒng)中重要的組件，用于將輸入的射頻信號放大到需要的功率水平。在設(shè)計和選擇射頻功率放大器時，需要考慮多種參數(shù)。下面西安安泰將詳細(xì)介紹射頻功率放大器的常見參數(shù)。1、P1dB功率壓縮點當(dāng)放大器的輸入功率比較低時，功率增益為常數(shù)，放大器工作在線區(qū)，當(dāng)輸入功率增加時，受放大器的非線性特性影響，放大器的功率增益逐漸被壓縮，限制了大輸出功率。若繼續(xù)增加功率，則放大器進(jìn)入飽和區(qū)，其輸出功率

• 高壓放大器基于聲紋影法的聲可視化實驗的應(yīng)用

  實驗名稱：高壓功率放大器基于聲紋影法的聲可視化實驗應(yīng)用研究方向：聲學(xué)**表面聲學(xué)隱身斗篷實驗內(nèi)容：利用聲紋影平臺，對所設(shè)計的聲隱身斗篷進(jìn)行出射平面波的測量，采用安泰放大器來驅(qū)動平面超聲波陣列，可以在波導(dǎo)中產(chǎn)生波陣面準(zhǔn)直且可以精確調(diào)控的超聲波。測試目的：驗出射聲波的波場圖測試設(shè)備：信號發(fā)生器，功率放大器ATA-2021H，示波器，電腦等。實驗過程：1、利用信號發(fā)生器輸出一個頻段在20kHz以上的方波**

• ATA-L系列水聲功率放大器——應(yīng)用場景介紹

  ATA-L系列是一款寬頻帶能輸出較大功率的單通道放大器。較大輸出1200Vrms電壓，6500VA功率，可驅(qū)動0~**的阻性或非阻性負(fù)載，客戶可根據(jù)測試需求靈活調(diào)節(jié)。圖：ATA-L系列水聲功率放大器國產(chǎn)品牌安泰電子*的ATA-L系列水聲功率放大器產(chǎn)品對標(biāo)國外品牌Instrument的L系列，能夠滿足不同用戶對于水聲領(lǐng)域的電子測試需求。ATA-L系列水聲功率放大器的型號包括：ATA-L2、

• 如何使用功率放大器

  功率放大器是一種用于放大電流或電壓的重要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于音頻、通信、無線電和電力等領(lǐng)域。正確地使用功率放大器可以確保其正常工作并獲得滿意的性能。下面西安安泰將介紹使用功率放大器的一般步驟和注意事項。，了解功率放大器的規(guī)格和特性非常重要。在使用功率放大器之前，應(yīng)詳細(xì)研究其技術(shù)規(guī)格，包括輸入和輸出電平范圍、大功率輸出、頻率范圍等。此外，還應(yīng)注意功率放大器的靈敏度和阻抗匹配要求，選擇合適的輸入源和負(fù)載，