Análise multi-sinal e caracterização experimental de válvulas de ondas progressivas (TWT) para aplicação em amplificadores de micro-ondas

Abstract

Este trabalho apresenta o desenvolvimento de uma plataforma para o estudo teórico e experimental de dispositivos amplificadores de micro-ondas do tipo válvula de ondas progressivas (TWT). A plataforma é composta por um modelo matemático e uma bancada de testes. O modelo matemático descreve a TWT como uma linha de transmissão acoplada a um feixe eletrônico unidimensional, onde as forças de carga espacial AC e DC são calculadas auto consistentemente, eliminando-se a necessidade de um cálculo separado para o fator de redução de carga espacial. O modelo matemático deu origem a dois códigos para a simulação da TWT. Ambos foram comparados com resultados experimentais e teóricos disponíveis na literatura especializada para uma pré-validação. O nível de concordância entre os presentes resultados e aqueles de referência foi acima de 90%, o que atendeu as expectativas de exatidão do modelo, tendo em vista que nem todos os parâmetros de entrada estavam disponíveis na referência. A bancada de testes construída é composta por uma TWT com banda de operação de 6,0 a 18 GHz e potência saturada máxima em torno de 55 dBm (316 W) em 13 GHz, um circuito de polarização para a mesma e a instrumentação necessária para a realização das medidas pertinentes aos amplificadores de potência. A TWT em questão foi caracterizada segundo seu comportamento mono-sinal e multi-sinal. As curvas de ganho e potência foram obtidas em função da frequência utilizando a voltagem de aceleração do feixe eletrônico e a potência de entrada como parâmetros. As curvas de transferência de potência, de fase e compressão de ganho foram obtidas para frequências escolhidas ao longo da banda, tendo novamente a voltagem de aceleração como parâmetro. Adicionalmente, a produção de produtos de intermodulação de terceira ordem foi caracterizada no ponto de 1 dB de compressão de ganho ao longo da banda analisada. Um teste de linearização por injeção de sinais, que estava previsto no plano de trabalho, não apresentou o desempenho esperado devido a problemas no funcionamento do circuito linearizador. Esses problemas foram analisados e listou-se uma série de passos para saná-los.