图3中，Ip和Isp来自式(1)。为了仿真得到与数据手册一致的特性曲线,在ADS软件的原理图仿真界面中建立如上模型，在各极增加直流电源，并在阳极、栅极和屏栅极分别加入电流探针。然后分别针对数据手册中给出的两幅特性曲线图,对这特定的两个值(0.5 kV和1.25 kV)时的阳极电流特性曲线进行扫描，并设置适当的阳极电压的扫描范围，最后扫描得到的特性曲线与生产商提供的测试曲线一致，也即101 M四极管的电路模型建立成功。
    为了满足设计要求，改变上述模型的工作状态为Vs=1.6 kV, Vp=7.6 kV重新扫描,结合MATLAB对扫描得到的数据进行拟合处理即可得到阳极恒流特性曲线，如图4所示。

2 末级功放电路总体设计
2.1 参数设置与计算
    已知条件如下：
    Pout=10 kW,η=75 %, Vdc=7.6 kV。其中Pout、η、Vdc分别为阳极输出功率、工作效率以及阳极直流偏置电压。这里假设栅极输入电阻Rin=200 Ω。
    根据已知条件很容易求得阳极输入直流功率，则输入的电源直流功率Pout=13.3 kW，峰值电流Ipm=7.0 A；然后在图4中Vs=1.6 kV的特性曲线上分别找到负载线上两组不同的Vp、Ip和Vg值；再采用参考文献[1]介绍的数值方法，计算得到阳极电流中的直流和一次谐波分量的值，并依此计算得到直流功率和射频信号功率的值分别为16.0kW和9.4kW，从而得出实际效率η=59.2 %，输出电阻Rout=1.7 Ω。
2.2 匹配网络
    要实现功率的最大传输，必须使负载阻抗与源阻抗相匹配，通常做法是在负载和源之间插入一个无源匹配网络[4]。而保证了负载电阻得到最大功率并实现对阳极输出信号进行滤波的作用。
    这里电子管输入匹配网络的功能有：将栅极的输入电阻Rin=200 Ω变化为电源的标准内阻；将频率稳定在加速器的工作频率101 MHz上。为了保证负载电阻得到最大功率的同时实现对阳极输出信号的滤波作用，需要一个输出匹配网络，图5分别给出了输入匹配网络S参数仿真结果，可以看出该电路满足要求。

    同理，可设计仿真输出匹配网络，得到的S参数仿真结果同样满足要求，即输入输出网络都很好地实现了阻抗变换和滤波的作用。
2.3 总体电路仿真
    综合电子管101 M模型以及输入输出匹配网络，设计出整个末级功放的系统仿真原理图，其中包括了直流偏置，其值取前面计算的各级电压，负载直接用电阻代替。在ADS中使用瞬态仿真器，得到负载上的输出电压和电流的时域波形，取其平均值计算，则输出电压和电流峰值分别为：Voutm=5.7 kV, Ioutm=3.4 A，由此计算出输出射频功率Pout=9.7 kW，与设计指标基本一致。
    从前面的建模和仿真可以看出，结果比较理想。由于在级联的过程中，级间存在耦合关系，这在各个放大级独立仿真时并没有考虑到，所以级联后整个系统的总响应和输出结果不一定很理想。文中所建立的功率放大器阳极的输出负载也是阻抗随时间变化的谐振腔，且其输入输出回路都采用谐振腔。因此，在后续工作中，需要对该模型的结构和参数进行优化，另外要考虑功率放大器和谐振腔整个系统的仿真。
参考文献
[1] CARTER R G, Review of R.F. Power sources for partICle aCCelerators, RF engineering for particle accelerators,CERN,1993:269-272.
[2] 郑国川，李洪英．电子管功放设计和装调技术[M]．福建：福建科学技术出版社，2005:27-40.
[3] LEACH M W. SPICE Models for Vacuum-tube amplifiers, J. Audio Eng. Soc. 1995,43(5):117-126.
[4] LUDWIG R, BRETCHKO P. RF Circuit design: theory andapplications[M]. Pearson Education Prentice Hall, 2002:270-275.

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