CN103762492B - 可适应变阻抗激光器的射频信号调整方法及射频功率源 - Google Patents

可适应变阻抗激光器的射频信号调整方法及射频功率源 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可适应变阻抗激光器的射频信号调整方法及射频功率源,采用在CO2激光器工作初期采用功率源脉冲工作的模式,逐渐使激光器达到辉光状态后(即激光器阻抗变低后)逐渐加宽功率源的脉冲宽度,当激光器阻抗恒定后,功率源连续工作,这样10KW的功率源就可以连续的输出10KW的功率,而不需要采用20KW的功率源只能输出10KW的功率,提高设备的利用率,也降低了成本。

Description

可适应变阻抗激光器的射频信号调整方法及射频功率源
技术领域
本发明涉及激光技术领域,尤其涉及一种可适应变阻抗激光器的射频信号调整方法及射频功率源。
背景技术
常规解决激光器变阻抗的问题是加大功率源的输出功率(比如10KW的功率源,实际采用15-20KW的功率源),从而加大射频系统的抗驻波能力来提高系统稳定性,克服变阻抗的问题,但这样会增加功率源的成本,功率有一定的浪费。因此,如何能够使功率源适应变阻抗的激光器成为现在亟待需要解决的问题。
发明内容
鉴于上述的分析,本发明旨在提供一种可适应变阻抗激光器的射频信号调整方法及射频功率源,用以解决现有技术中不能使功率源适应变阻抗的激光器成为现在亟待需要解决的问题。
本发明主要是通过以下技术方案实现的:
一种射频功率源,包括:信号源、功率放大器和定向耦合器;
所述信号源,用于向所述功率放大器输出预定占空比的射频信号,并根据所述定向耦合器发送来的前向功率和反向功率实时调整输出的射频信号的占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化,在所述激光器阻抗恒定后,输出恒定的占空比的射频信号;
所述功率放大器,用于根据所述激光器的需要将所述信号源发送来的射频信号进行功率放大,并将功率发大后的射频信号发送给所述激光器;
所述定向耦合器,用于实时采集所述功率放大器功率放大后的前向功率和反向功率,并将所述前向功率和所述反向功率发送给所述信号源。
优选地,所述信号源具体用于,先向所述功率放大器输出1-5us脉冲宽度的工业射频信号,接收到所述定向耦合器发送来的前向功率和反向功率后,根据所述前向功率和所述反向功率实时调整输出的射频信号的占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化,在所述激光器阻抗恒定后,输出恒定的占空比的射频信号。
优选地,所述信号源进一步包括:发射单元、接收单元和控制单元;
所述发射单元,用于根据所述控制单元的控制向所述功率放大器输出射频信号;
所述接收单元,用于接收到所述定向耦合器发送来的前向功率和反向功率,并将其发送给所述控制单元;
所述控制单元,用于控制所述发射单元先向所述功率放大器输出1-5us脉冲宽度的工业射频信号,接收到所述接收单元发送来的前向功率和反向功率后,根据所述反向功率实时调整所述发射单元输出的射频信号的占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化,并控制所述发射单元输出调整后的射频信号,在所述激光器阻抗恒定后,控制所述发射单元输出恒定的占空比的射频信号,并根据所述前向功率以及所述反向功率判断输出的射频信号是否异常。
优选地,所述控制单元具体用于,控制所述发射单元先向所述功率放大器输出1-5us脉冲宽度的工业射频信号,接收到所述接收单元发送来的前向功率和反向功率后,随着能量的输入,所述激光器的阻抗变低,所述功率放大器的驻波比下降,峰值反向功率下降,定向耦合器测到的平均反向功率也随之下降,此时提高输入功率的占空比,直到测到的平均反向功率小于预设的阈值,并且在监测的平均反向功率下降后,再加大占空比,直到测到的平均反向功率小于预设的阈值,如此反复动态增大占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化,并控制所述发射单元进行输出调整后的射频信号,在所述激光器阻抗恒定后,控制所述发射单元输出恒定的占空比的射频信号,并根据所述前向功率以及所述反向功率判断输出的射频信号是否异常。
优选地,还包括:操控显示器;
所述操控显示器,用于将所述定向耦合器采集的前向功率和反向功率进行实时显示。
本发明还提供了一种可适应变阻抗激光器的射频信号调整方法,包括:
信号源向所述功率放大器输出预定占空比的射频信号,所述功率放大器根据激光器的需要将所述信号源发送来的射频信号进行功率放大,并将功率发大后的射频信号发送给所述激光器;
所述定向耦合器实时采集所述功率放大器功率放大后的前向功率和反向功率,并将所述前向功率和所述反向功率发送给所述信号源;
所述信号源根据所述定向耦合器发送来的前向功率和反向功率实时调整输出的射频信号的占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化,在所述激光器阻抗恒定后,输出恒定的占空比的射频信号。
优选地,所述信号源先向所述功率放大器输出1-5us脉冲宽度的工业射频信号,接收到所述定向耦合器发送来的前向功率和反向功率后,根据所述前向功率和所述反向功率实时调整输出的射频信号的占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化。
优选地,所述信号源进一步包括:发射单元、接收单元和控制单元;
所述接收单元接收到所述定向耦合器发送来的前向功率和反向功率,并将其发送给所述控制单元;
所述控制单元控制所述发射单元先向所述功率放大器输出1-5us脉冲宽度的工业射频信号,接收到所述接收单元发送来的前向功率和反向功率后,根据所述反向功率实时调整所述发射单元输出的射频信号的占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化,并控制所述发射单元输出调整后的射频信号,在所述激光器阻抗恒定后,控制所述发射单元输出恒定的占空比的射频信号,并根据所述前向功率以及所述反向功率判断输出的射频信号是否异常。
优选地,根据所述前向功率和所述反向功率实时调整所述发射单元输出的射频信号的占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化的步骤具体包括:
随着能量的输入,所述激光器的阻抗变低,所述功率放大器的驻波比下降,峰值反向功率下降,定向耦合器测到的平均反向功率也随之下降,此时提高输入功率的占空比,直到测到的平均反向功率小于预设的阈值,并且在监测的平均反向功率下降后,再加大占空比,直到测到的平均反向功率小于预设的阈值,如此反复动态增大占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化。
优选地,还包括:操控显示器;
通过所述操控显示器将所述定向耦合器采集的前向功率和反向功率进行实时显示。
本发明提供的一种可适应变阻抗激光器的射频信号调整方法及射频功率源,本发明通过在激光器工作初期采用功率源脉冲工作的模式,逐渐使激光器达到辉光状态后(即激光器阻抗变低后)逐渐加宽功率源的脉冲宽度,当激光器阻抗恒定后,功率源连续工作,这样10KW的功率源就可以连续的输出10KW的功率,而不需要采用20KW的功率源只能输出10KW的功率,提高设备的利用率,也降低了成本。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且部分的从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
图1为本发明实施例射频功率源的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例,其中,附图构成本申请一部分,并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。为了清楚和简化目的,当其可能使本发明的主题模糊不清时,将省略本文所描述的器件中已知功能和结构的详细具体说明。
本发明设计了一种射频功率源,参见图1,该射频功率源包括:信号源向所述功率放大器输出预定占空比的射频信号,例如,1-5us脉冲宽度的工业射频信号,并根据所述定向耦合器发送来的前向功率和反向功率实时调整输出的射频信号的占空比(具体为当所述反向功率变小时,则提高输出的射频信号的占空比),使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化,如,先输功出1us的射频信号,经过放大后输入激光器,这时测量反向功率,这时峰值的反向功率比较大,但平均反向功率比较小,功率放大器能够承受,一般功放的驻波比门限(阈值)设定1.2,随着能量的输入,由于激光器的负阻抗效应,激光器的阻抗变低,放大器的驻波比下降,峰值反向功率下降,定向耦合器测到的平均反向功率也随之下降,这样我们提高输入功率的占空比,比如加到2us,虽然峰值反向功率下降,但占空比提高,直到定向耦合器测到的平均反向功率和之前1u时的一样。再经过一段时间后定向耦合器监测的平均反向功率下降后,我们再加大占空比,如此反复动态增大占空比。在所述激光器阻抗恒定后,输出恒定的占空比的射频信号。
举一个具体的例子,当系统起动后信号源输出3~5us脉冲宽度的67.8MHz射频信号,通过功率放大器放大到10KW加到激光器上,由于系统刚启动这时激光器的阻抗较高,反射较大,采用较小的脉冲宽度,即使反射比较大也不会损坏功率放大器件,这时操控显示部分通过定向偶合器检测前向功率和反向功率,当反向功率变小时说明激光器阻抗变底,可以提高脉冲宽度,就这样逐渐提高射频信号的脉冲宽度,直到激光器阻抗恒定后,可以将脉冲变为连续功率。这样系统就很好的解决激光器变阻抗的问题。
功率放大器根据所述激光器的需要将所述信号源发送来的射频信号进行功率放大,并将功率发大后的射频信号发送给所述激光器;
定向耦合器实时采集所述功率放大器功率放大后的前向功率和反向功率,并将所述前向功率和所述反向功率发送给所述信号源。
操控显示器将所述定向耦合器采集的前向功率和反向功率进行实时显示。
本发明还提供了一种可适应变阻抗激光器的射频信号调整方法,该方法包括:
信号源向所述功率放大器输出预定占空比的射频信号(本发明实施例采用1-5us脉冲宽度的工业射频信号,以保证功率放大器的安全),所述功率放大器根据激光器的需要将所述信号源发送来的射频信号进行功率放大,并将功率发大后的射频信号发送给所述激光器;
所述定向耦合器实时采集所述功率放大器功率放大后的前向功率和反向功率,并将所述前向功率和所述反向功率发送给所述信号源;
所述信号源根据所述定向耦合器发送来的前向功率和反向功率实时调整输出的射频信号的占空比,本发明实施例采用的调整的方法具体为当所述反向功率变小时,则提高输出的射频信号的占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化,在所述激光器阻抗恒定后,输出恒定的占空比的射频信号。
本发明实施例还可以包括操控显示器,通过操控显示器将所述定向耦合器采集的前向功率和反向功率进行实时显示,以便于工作人员及时掌握系统的工作状态。
本发明实施例的控制单元控制所述发射单元先向所述功率放大器输出1-5us脉冲宽度的工业射频信号,接收到所述接收单元发送来的前向功率和反向功率后,根据所述反向功率实时调整所述发射单元输出的射频信号的占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化,并控制所述发射单元输出调整后的射频信号,在所述激光器阻抗恒定后,控制所述发射单元输出恒定的占空比的射频信号,并根据所述前向功率以及所述反向功率判断输出的射频信号是否异常。其中具体调整的方法为:随着能量的输入,所述激光器的阻抗变低,所述功率放大器的驻波比下降,峰值反向功率下降,定向耦合器测到的平均反向功率也随之下降,此时提高输入功率的占空比,直到测到的平均反向功率小于预设的阈值,并且在监测的平均反向功率下降后,再加大占空比,直到测到的平均反向功率小于预设的阈值,如此反复动态增大占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化。
本发明实施例所使用的频率为67.8MHz范围内某一点频,频率非稳定度:<10-5,脉冲峰值功率输出:10Kw,脉冲峰值功率输出非稳定度:<3%,输出谐波:谐波<-30db,输出阻抗:50Ω,满功率脉冲输出驻波比:≤2.0,电源电压:交流380V,输出功率和反向功率监测值随温度和时间不稳定度:<1%。
综上所述,本发明提供的一种可适应变阻抗激光器的射频信号调整方法及射频功率源,本发明通过在激光器工作初期采用功率源脉冲工作的模式,逐渐使激光器达到辉光状态后(即激光器阻抗变低后)逐渐加宽功率源的脉冲宽度,当激光器阻抗恒定后,功率源连续工作,这样10KW的功率源就可以连续的输出10KW的功率,而不需要采用20KW的功率源只能输出10KW的功率,提高设备的利用率,也降低了成本。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种射频功率源,其特征在于,包括:信号源、功率放大器和定向耦合器;
所述信号源,用于向所述功率放大器输出预定占空比的射频信号,并根据所述定向耦合器发送来的前向功率和反向功率实时调整输出的射频信号的占空比,使输出的射频信号适应激光器阻抗的变化,在所述激光器阻抗恒定后,输出恒定的占空比的射频信号;
所述功率放大器,用于根据所述激光器的需要将所述信号源发送来的射频信号进行功率放大,并将功率放大后的射频信号发送给所述激光器;
所述定向耦合器,用于实时采集所述功率放大器功率放大后的前向功率和反向功率,并将所述前向功率和所述反向功率发送给所述信号源。
2.根据权利要求1所述的射频功率源,其特征在于,
所述信号源具体用于,先向所述功率放大器输出1-5us脉冲宽度的工业射频信号,接收到所述定向耦合器发送来的前向功率和反向功率后,根据所述前向功率和所述反向功率实时调整输出的射频信号的占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化,在所述激光器阻抗恒定后,输出恒定的占空比的射频信号。
3.根据权利要求2所述的射频功率源,其特征在于,所述信号源进一步包括:发射单元、接收单元和控制单元;
所述发射单元,用于根据所述控制单元的控制向所述功率放大器输出射频信号;
所述接收单元,用于接收到所述定向耦合器发送来的前向功率和反向功率,并将其发送给所述控制单元;
所述控制单元,用于控制所述发射单元先向所述功率放大器输出1-5us脉冲宽度的工业射频信号,接收到所述接收单元发送来的前向功率和反向功率后,根据所述反向功率实时调整所述发射单元输出的射频信号的占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化,并控制所述发射单元输出调整后的射频信号,在所述激光器阻抗恒定后,控制所述发射单元输出恒定的占空比的射频信号,并根据所述前向功率以及所述反向功率判断输出的射频信号是否异常。
4.根据权利要求3所述的射频功率源,其特征在于,
所述控制单元具体用于,控制所述发射单元先向所述功率放大器输出1-5us脉冲宽度的工业射频信号,接收到所述接收单元发送来的前向功率和反向功率后,随着能量的输入,所述激光器的阻抗变低,所述功率放大器的驻波比下降,峰值反向功率下降,定向耦合器测到的平均反向功率也随之下降,此时提高输入功率的占空比,直到测到的平均反向功率小于预设的阈值,并且在监测的平均反向功率下降后,再加大占空比,直到测到的平均反向功率小于预设的阈值,如此反复动态增大占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化,控制所述发射单元进行输出调整后的射频信号,在所述激光器阻抗恒定后,控制所述发射单元输出恒定的占空比的射频信号,并根据所述前向功率以及所述反向功率判断输出的射频信号是否异常。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的射频功率源,其特征在于,还包括:操控显示器;
所述操控显示器,用于将所述定向耦合器采集的前向功率和反向功率进行实时显示。
6.一种可适应变阻抗激光器的射频信号调整方法,其特征在于,包括:
信号源向功率放大器输出预定占空比的射频信号,所述功率放大器根据激光器的需要将所述信号源发送来的射频信号进行功率放大,并将功率放大后的射频信号发送给所述激光器;
定向耦合器实时采集所述功率放大器功率放大后的前向功率和反向功率,并将所述前向功率和所述反向功率发送给所述信号源;
所述信号源根据所述定向耦合器发送来的前向功率和反向功率实时调整输出的射频信号的占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化,在所述激光器阻抗恒定后,输出恒定的占空比的射频信号。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,
所述信号源先向所述功率放大器输出1-5us脉冲宽度的工业射频信号,接收到所述定向耦合器发送来的前向功率和反向功率后,根据所述前向功率和所述反向功率实时调整输出的射频信号的占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述信号源进一步包括:发射单元、接收单元和控制单元;
所述接收单元接收到所述定向耦合器发送来的前向功率和反向功率,并将其发送给所述控制单元;
所述控制单元控制所述发射单元先向所述功率放大器输出1-5us脉冲宽度的工业射频信号,接收到所述接收单元发送来的前向功率和反向功率后,根据所述反向功率实时调整所述发射单元输出的射频信号的占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化,并控制所述发射单元输出调整后的射频信号,在所述激光器阻抗恒定后,控制所述发射单元输出恒定的占空比的射频信号,并根据所述前向功率以及所述反向功率判断输出的射频信号是否异常。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,根据所述前向功率和所述反向功率实时调整所述发射单元输出的射频信号的占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化的步骤具体包括:
随着能量的输入,所述激光器的阻抗变低,所述功率放大器的驻波比下降,峰值反向功率下降,定向耦合器测到的平均反向功率也随之下降,此时提高输入功率的占空比,直到测到的平均反向功率小于预设的阈值,并且在监测的平均反向功率下降后,再加大占空比,直到测到的平均反向功率小于预设的阈值,如此反复动态增大占空比,使输出的射频信号适应所述激光器阻抗的变化。
10.根据权利要求6-9中任意一项所述的方法,其特征在于,还包括:操控显示器;
通过所述操控显示器将所述定向耦合器采集的前向功率和反向功率进行实时显示。
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Patentee before: Beijing Changfeng Broadcasting Communication Equipment Co., Ltd.