CN113258945B - 一种非平衡功率合成装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非平衡功率合成装置及方法，其特征在于，包括：可选分配器、单插件阵列组、合成器组和可选合成器。其中，功率单插件阵列组包括若干层单插件阵列，各层单插件阵列的输入分别与可选分配器的各输出相连，各层单插件阵列的输出与合成器组相连；合成器组包括若干合成器，各合成器的输入分别与各层单插件阵列的输出相连，各合成器的输出与可选合成器的输入相连，用于对单插件阵列组的输出功率进行合成；可选合成器的输出端通过输出传输线与终端负载相连。本发明可以广泛应用于固体发射机领域。

Description

一种非平衡功率合成装置及方法
技术领域
本发明涉及一种非平衡功率合成装置及方法，属于固态发射机领域。
背景技术
近年来，得益于半导体技术的飞速发展，采用许多个固态功率放大器进行功率合成的固态发射机在加速器领域逐渐被广泛应用。特别是对于CiADS这样的重离子加速器而言，由于其功率容量需求多样，相较于传统的速调管发射机，固态发射机具有可靠性高、可维护性好、适合大批量生产等优点。因此，CiADS直线加速器的功率源系统采用多级合成的固态发射机方案。
然而，在实际的功率源设计中，我们发现，采用目前通用的柜式固态发射机功率合成方案依旧会产生过大的功率冗余浪费，造成功率源系统整体造价过高。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种非平衡功率合成装置及方法，实现了固态功率的输出功率等级多样化，确保固态功率源系统的标准化设计以及成本控制。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明的第一个方面，是提供一种非平衡功率合成装置，其包括：可选分配器、单插件阵列组、合成器组和可选合成器；所述单插件阵列组包括若干层单插件阵列，各层单插件阵列的输入分别与所述可选分配器的各输出相连，所述各层单插件阵列的输出与所述合成器组相连；所述合成器组包括若干合成器，各所述合成器的输入分别与所述各层单插件阵列的输出相连，各所述合成器的输出与所述可选合成器的输入相连；所述可选合成器的输出端通过输出传输线与终端负载相连；所述可选分配器将前级射频激励信号分配至所述单插件阵列组中，所述各层单插件阵列对射频激励信号进行放大后输出到对应的所述合成器进行第一次功率合成，各所述合成器将合成后的信号输出到所述可选合成器进行第二次功率合成。
进一步，所述合成器组中的合成器的数量与所述单插件阵列组中单插件阵列的层数相同。
进一步，所述单插件阵列组包括四层单插件阵列，所述合成器组包括四个合成器。
进一步，所述各层单插件阵列中阵列设置有若干功率放大器模块，且各所述功率放大器模块可拆卸设置。
进一步，所述各层单插件阵列中的功率放大器模块的数量为6个或8个。
进一步，各所述合成器采用与前级单插件阵列中功率放大器模块数量适配的功率合成器。
7、如权利要求1所述的一种非平衡功率合成装置，其特征在于，所述可选合成器的合成数量与所述可选分配器的分配数量相匹配。
进一步，所述可选合成器采用三种方式：一路4:1合成，2路2:1合成以及4路1:1射频传输。
本发明的第二个方面，是提供一种非平衡功率合成方法，其包括以下步骤：1)设置一非平衡功率合成装置，并将各层单插件阵列分别与可选分配器和合成器组中的各合成器相连，同时将各合成器与可选合成器的输入端相连；2)根据实际输出功率要求，对可选合成器的工作模式进行选择，输出对应功率。
进一步，所述步骤2)中，根据实际输出功率要求，对可选合成器的工作模式进行选择，输出对应功率的方法为：当需要整机输出时，可选合成器设置为一路4:1合成；当需要每两层独立输出时，可选合成器设置为2路2:1合成；当需要4层分别独立输出时，可选合成器设置为4路1:1射频传输。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1)本发明通过将各层单插件阵列中的功率放大器模块设置成可拆卸模式，使得功率放大器模块的数量可以根据实际需要进行设置，进而实现多种不同的功率容量等级可选；
2)本发明设置有功率分配器和可选合成器，通过对功率分配器和可选合成器的工作方式进行设置，使得功率源系统中的四层单插件层的单层、双层至整机分别可独立工作；
3)通过对单插件阵列的模块数量的调整以及对于可选合成器的工作的合理设置，实现了非平衡功率的合成，可以充分满足加速器对功率源系统的功率等级梯度化需求。
因此，本发明可以广泛应用于固态发射机领域。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种非平衡功率合成装置结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种非平衡功率合成装置，其包括可选分配器、单插件阵列组、合成器组和可选合成器。其中，单插件阵列组包括若干层单插件阵列，各层单插件阵列的输入分别与可选分配器的各输出相连，各层单插件阵列的输出与合成器组相连；合成器组包括若干合成器，各合成器的输入分别与各层单插件阵列的输出相连，各合成器的输出与可选合成器的输入相连，用于对单插件阵列组的输出功率进行合成；可选合成器的输出端通过输出传输线与终端负载相连。前级射频激励信号经可选分配器输入到单插件阵列组中，单插件阵列组中的各层单插件阵列对射频激励信号进行放大后输出到对应的合成器进行第一次功率合成，各合成器将合成后的信号输出到可选合成器进行第二次功率合成。
作为优选，合成器组中的合成器的数量与单插件阵列组中单插件阵列的层数相同。
作为优选，单插件阵列组包括四层单插件阵列，合成器组包括四个合成器。
作为优选，各层单插件阵列中阵列设置有若干功率放大器模块，且各功率放大器模块可拆卸设置。其中，各层单插件阵列中功率放大器模块的数量可根据实际需求选择，优选为6个或8个。
作为优选，合成器组中各合成器采用与前级单插件阵列中模块数适配的功率合成器，即合成器的输入端口的数量需要与前级单插件阵列中的模块数相同。
作为优选，可选合成器的合成数量与可选分配器的分配数量相匹配，可以有三种选择：一路4:1合成，2路2:1合成以及4路1:1射频传输。具体的，当可选分配器为一路1:4分配时，可选合成器为一路4:1合成；当可选分配器为2路1:2分配时，可选合成器为2路2:1合成；当可选分配器为4路1:1射频传输时，可选合成器为4路1:1射频传输。
实施例2
本实施例提供一种非平衡功率合成方法，其包括以下步骤：
1)设置一非平衡功率合成装置，并将各层单插件阵列分别与可选分配器和合成器组中的各合成器相连，同时将各合成器与可选合成器的输入端相连。
2)根据实际输出功率要求，对可选合成器的工作模式进行选择，输出对应功率。
具体的，由于可选合成器有三种选择：一路4:1合成，2路2:1合成以及4路1:1射频传输。当需要整机输出时，可选合成器为一路4:1合成；当需要每两层独立输出时，可选合成器为2路2:1合成；当需要4层分别独立输出时，可选合成器为4路1:1射频传输。由此可见，整机输出可根据实际需求使用的功率对应的模块数量为：6、8、12、14、16、24、26、28、30、32；可充分满足加速器不同腔体的不同功率需求，降低加速器系统中的功率源系统制造及采购成本，提高性价比。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种非平衡功率合成装置，其特征在于，包括：
可选分配器、单插件阵列组、合成器组和可选合成器；
所述单插件阵列组包括若干层单插件阵列，各层单插件阵列的输入分别与所述可选分配器的各输出相连，所述各层单插件阵列的输出与所述合成器组相连；
所述合成器组包括若干合成器，各所述合成器的输入分别与所述各层单插件阵列的输出相连，各所述合成器的输出与所述可选合成器的输入相连；
所述可选合成器的输出端通过输出传输线与终端负载相连；
所述可选分配器将前级射频激励信号分配至所述单插件阵列组中，所述各层单插件阵列对射频激励信号进行放大后输出到对应的所述合成器进行第一次功率合成，各所述合成器将合成后的信号输出到所述可选合成器进行第二次功率合成；
所述各层单插件阵列中阵列设置有若干功率放大器模块，且各所述功率放大器模块可拆卸设置；
各所述合成器采用与前级单插件阵列中功率放大器模块数量适配的功率合成器；
所述可选合成器的合成数量与所述可选分配器的分配数量相匹配；
所述可选合成器采用三种方式：一路4:1合成，2路2:1合成以及4路1:1射频传输。
2.如权利要求1所述的一种非平衡功率合成装置，其特征在于，所述合成器组中的合成器的数量与所述单插件阵列组中单插件阵列的层数相同。
3.如权利要求2所述的一种非平衡功率合成装置，其特征在于，所述单插件阵列组包括四层单插件阵列，所述合成器组包括四个合成器。
4.如权利要求1所述的一种非平衡功率合成装置，其特征在于，所述各层单插件阵列中的功率放大器模块的数量为6个或8个。
5.一种采用如权利要求1～4任一项所述装置的非平衡功率合成方法，其特征在于包括以下步骤：
1)设置一非平衡功率合成装置，并将各层单插件阵列分别与可选分配器和合成器组中的各合成器相连，同时将各合成器与可选合成器的输入端相连；
2)根据实际输出功率要求，对可选合成器的工作模式进行选择，输出对应功率。
6.如权利要求5所述的一种非平衡功率合成方法，其特征在于：所述步骤2)中，根据实际输出功率要求，对可选合成器的工作模式进行选择，输出对应功率的方法为：
当需要整机输出时，可选合成器设置为一路4:1合成；
当需要每两层独立输出时，可选合成器设置为2路2:1合成；
当需要4层分别独立输出时，可选合成器设置为4路1:1射频传输。
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