The Journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science (한국전자파학회논문지)

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Design and Fabrication of a High-Power Pulsed TWTA for Millimeter-Wave(Ka-Band) Multi-Mode Seeker

밀리미터파(Ka 밴드) 복합모드 탐색기용 고출력 펄스형 진행파관 증폭기(TWTA) 설계 및 제작

  • Received : 2019.03.25
  • Accepted : 2019.04.11
  • Published : 2019.04.30
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Abstract

The traveling wave tube amplifier (TWTA), which can be applied to the Ka-band millimeter-wave multi-mode seeker, consists of an high voltage power supply(HVPS), a grid modulator, a command and control, and an RF assembly. We designed a power supply that generates a -17.9 kV high voltage by synchronizing the pulse repetition frequency(PRF) and power supply switching frequency(i.e. synchronization frequency), and a high-speed grid-switching modulator for RF pulse modulation. The TWTA, which is fabricated through miniaturization with a volume of 3.18 L, has high pulse switching characteristics of up to 18.5 ns. The maximum rise/fall time of the grid on/bias signal and peak power is more than 564.9 W. Moreover, an excellent spurious performance of -68.4 dBc or less was confirmed within the range of PRF and PRF/2.

Ka-대역 밀리미터파 복합모드 탐색기에 적용할 수 있는 진행파관 증폭기(traveling wave tube amplifier: TWTA)는 고전압생성부(high voltage power supply: HVPS), 변조부(grid modulator), 제어부(command & control), 고조파부(RF assembly)로 구성되는 고출력 펄스형 송신기이다. 펄스 반복 주파수(pulse repetition frequency: PRF)와 전원공급기 스위칭 주파수가 동기/가변되어 -17.9 kV 고전압을 생성하는 고전압 전원 공급기와 RF 펄스 변조를 위한 고속 그리드 스위칭 변조기를 설계하였다. 체적이 3.18 L로 소형화로 제작된 TWTA는 그리드 on/off 신호의 상승/하강시간이 최대 18.5 ns 이하 고속펄스 스위칭 특성을 가지고, 첨두전력은 564.9 W 이상으로 고출력 성능을 보였다. 또한 PRF와 PRF/2 범위 내에서 -68.4 dBc 이하의 우수한 불요파 성능을 확인하였다.

Keywords

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그림 1. TWTA 기능블록도 Fig. 1. Function block diagram of TWTA.

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그림 2. 고전압 생성부 회로 계통도 Fig. 2. Feedback circuit shematic of HVPS.

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그림 5. 변조부 구성도 Fig. 5. Block diagram of grid modulator.

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그림 6. 제작된 TWTA 사진 Fig. 6. Picture of manufactured TWTA.

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그림 7. Vpost(Post Vds) 및 Vk 전압(DC 모드) Fig. 7. Vpost(Post Vds) & Vk voltage(DC mode).

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그림 8. 그리드 변조기의 스위칭 출력파형 Fig. 8. Switching output waveform of grid modulator.

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그림 9. RF 출력 첨두전력 Fig. 9. RF out peak power.

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그림 10. 불요파 측정 결과 Fig. 10. The measured spurious.

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그림 3. 포스트 레귤레이터 동작 개요 Fig. 3. Post regulator operation overview.

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그림 4. 스위칭 구간에서의 over/undershoot Fig. 4. Over/undershoot in switching section.

표 1. 제작된 TWTA 측정 결과 비교 Table. 1. Comparison of our manufactured TWTA with reference paper.

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References

  1. W. H. Licata, "Missile seekers for strike warfare beyond the year 2000," RTO SCI Lecture Series, RTO-EN-018, Jun. 2001.
  2. C. Y. Ng, K. Takagi, T. Senju, K. Matsushita, H. Sakurai, and K. Onodera, et al., "A 20-watt Ka-band GaN high power amplifier MMIC," in 2014 44th European Microwave Conference, Rome, Oct. 2014, pp. 1348-1351.
  3. Microwave Product Digest. Ka-bane Gan SSPA, 2018. Available: http://www.mpdigest.com/2018/08/20/ka-band-gan-sspa
  4. 지홍구, 노윤섭, 최윤호, 곽창수, 염인복, 서인종, 박형진, 조인호, 남병창, 공동욱, "GaN HPA MMIC 기반 Ka 대역 25 W SSPA 설계 및 제작," 한국전자파학회논문지, 26(12), pp. 1083-1090, 2015년 12월. https://doi.org/10.5515/KJKIEES.2015.26.12.1083
  5. Microwave Journal. Thales Launches 500 W Ka-band TWT, 2010. Available: http://www.microwavejournal.com/articles/9237-thales-launches-500-w-ka-band-twt
  6. MBDA Missle Systems. Comparison B1-B1NT Infographics, 2017. Available: https://www.mbda-systems.com/wp-content/uploads/2017/01/2017-01-Comparison-B1-B1NT-Infographics.pdf
  7. 김희준, 스위치모드 파워서플라이, 경기, 성안당, pp. 112-122, 2012년.
  8. 김희준, 스위치 전원의 기본 설계, 경기, 성안당, pp. 149-165, 2011년.
  9. L. Sivan, Microwave Tube Transmitters, London, Springer US, pp. 265-274, 1994.
  10. Teledyne Microwave Solutions. 502W Ka-band TWTA. Available: https://www.teledynemicrowave.com/images/Amplifiers/500W_Ka-Band_TWTA.pdf
  11. 박동선, 김진호, 이원형, 권혁만, 안효창, "Ka 대역 저잡음 고출력 송신기 설계," 한국군사기술학회 추계학술대회, 대전, 2017년, pp. 393-400.