CN113630262B - 一种多组同相100W60MHz射频电源系统 - Google Patents

一种多组同相100W60MHz射频电源系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电源控制技术领域，尤其是涉及一种多组同相100W60MHz射频电源系统，包括：高频信号输出电路；电连接于高频信号输出电路后端的信号源电路；电连接于信号源电路后端的功放电源电路；信号源电路包括放大电路、第一功率分配电路以及第二功率分配电路，放大电路后端与第一功率分配电路电连接，第一功率分配电路平均分配出N组第一功率信号，每组后电连接有第二功率分配电路，第二功率分配电路平均分配出2的M次方组第二功率信号，每组后电连接有功放电源电路。本发明采用技术方案可以组合的射频组数相较于传统技术方案而言具有更多的组合方式，在更多样的组合条件下，使用者可以根据实际需求进行合理选择，避免不必要的浪费。

Description

一种多组同相100W60MHz射频电源系统
技术领域
本发明涉及电源控制技术领域，尤其是涉及一种多组同相100W60MHz射频电源系统。
背景技术
随着国内半导体行业的法障，射频电源适用的范围越来越广，特殊专用设备需求量越来越大，目前射频电源设备频率普遍在3.56MHz，一些特殊应用领域需要用到VHF固定台射频电源，但又不能影响FM广播频率(88-108MHz)，同时同一负载腔体有需要多路射频电源激发等离子。因此，市场提出了采用多组100W60MHz射频电源的要求，其中使用最为广泛的是采用12组100W60MHz的射频电源。
就传统技术手段而言，一般的射频电源系统只能发出2的n次方组方路信号，局限性较大，若采用传统方式发射信号，n至少要取4，即16组信号输出，在面对常见的12组100W60MHz的射频电源时，势必造成不必要的浪费。
另外，由于多组信号源置于同一负载腔体内，传统射频电源系统的各路信号之间相互影响较大，导致最后使用效果不佳。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对上述缺陷，提供一种线路组数选择更多，各路信号之间影响更小的多组同相100W60MHz射频电源系统。
其具体方案如下：
一种多组同相100W60MHz射频电源系统，包括：
高频信号输出电路；
电连接于所述高频信号输出电路后端的信号源电路；
电连接于所述信号源电路后端的功放电源电路；
所述信号源电路包括放大电路、第一功率分配电路以及第二功率分配电路，所述放大电路后端与所述第一功率分配电路电连接，所述第一功率分配电路平均分配出N组第一功率信号，每组后电连接有第二功率分配电路，所述第二功率分配电路平均分配出2的M次方组第二功率信号，每组后电连接有所述功放电源电路，其中N与M均为正整数；
所述高频信号输出电路包括串联的有源晶振以及衰减器一，所述衰减器一后端与所述放大电路电连接；
所述放大电路包括串联的一级放大器以及二级放大器，所述二级放大器与所述第一功率分配电路电连接；
所述第一功率分配电路包括并联的N个第一功率分配器，每个所述第一功率分配器后端都电连接有所述第二功率分配电路；
所述第二功率分配电路包括串联的阻抗变换电路以及第二功率分配器，所述第二功率分配器分配出2的M次方组第二功率信号，每组后电连接有所述功放电源电路。
进一步的，所述功放电源电路包括信号处理电路以及检波电路，所述信号处理电路包括电连接的输入匹配电路和输出匹配电路，所述输出匹配电路后端与所述检波电路电连接。
进一步的，所述输入匹配电路包括依次电连接的输入晶体管、变压器、以及选频网络电路，所述选频网络电路后端与所述输出匹配电路电连接。
进一步的，所述输出匹配电路包括依次电连接的阻抗匹配电路和输出微调电路，所述输出微调电路后端与所述检波电路电连接。
采用本发明的技术方案相较于传统技术方案所具有的优点在于：
1.本发明采用技术方案可以组合的射频组数相较于传统技术方案而言具有更多的组合方式，在更多样的组合条件下，使用者可以根据实际需求进行合理选择，避免不必要的浪费。
2.本发明的各个线路之间电气隔离性能更好，相互之间干扰更少，能更为稳定的输出有效信号。
附图说明
通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。
图1为本发明的工作原理示意图；
图2为本发明的功放电源电路结构示意图；
图3为本发明实施例的高频信号输出电路以及信号源电路中的放大电路的连接电路图；
图4为本发明实施例的第一功率分配电路以及第二功率分配电路的电路图；
图5为图4中的一路第二功率分配电路的放大图；
图6为本发明实施例的功放电源电路的前半段电路图；
图7为本发明实施例的功放电源电路的后半段电路图。
其中：
10.高频信号输出电路、11.有源晶振、12.衰减器一；
20.信号源电路、21.放大电路、22.第一功率分配电路、221.第一功率分配器、23.第二功率分配电路、231.第二功率分配器；
30.功放电源电路、31.信号处理电路、311.输入匹配电路、3111.晶体管二、3112.变压器二、3113.选频网络电路、312.输出匹配电路、3121.阻抗匹配电路、3122.输出微调电路、32.检波电路。
具体实施方式
以下依据本发明的理想实施例为启示，通过以下的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
参考下列附图，以下将以申请人设计的一种12组的100W60MHz射频电源电路为实例(其中N取3，M取2)，对本发明进行进一步地说明：
参考图1-2，一种多组同相100W60MHz射频电源系统，包括：高频信号输出电路10；电连接于所述高频信号输出电路10后端的信号源电路20；电连接于所述信号源电路20后端的功放电源电路30；所述信号源电路20包括放大电路21、第一功率分配电路22以及第二功率分配电路23，所述放大电路21后端与所述第一功率分配电路22电连接，所述第一功率分配电路22平均分配出N组第一功率信号，每组后电连接有第二功率分配电路23，所述第二功率分配电路23平均分配出2的M次方组第二功率信号，每组后电连接有所述功放电源电路30，其中N与M均为正整数。
在上述多组同相100W60MHz射频电源系统的中，射频电源系统主要是将高频信号输出电路10输出的高频信号经过信号源电路20的转化，平均分配为N乘以2的M次方组相同的高频信号后，再送入后续功放电源电路30中完成电信号输出。
高频信号输出电路包括串联的有源晶振11OSC以及衰减器一12，所述衰减器一12后端与所述放大电路21电连接。
参考图3，在本实施例中，N取3，M取2，即3*2的平方＝12组。如图3所示高频信号输出电路10包括了有源晶振11OSC、耦合电容C6、衰减器一12和一个耦合电容C7。其中有源晶振11OSC采用的电源为5V12W，并将高频电信号输出，经过耦合电容C6和衰减器一12之后，进入耦合电容C7。其中，衰减器一12的结构为：主路线上设置有电阻R1，在电阻R1两端分出的并联线路上串联两个电阻R2和R3，后续再提及的衰减器结构与衰减器一12相同，后续将不再赘述衰减器的结构。
其中耦合电容C6和C7均起到通交流隔直流的效果，实现一部分信号隔离作用，衰减器一12进行衰减隔离，进一步隔离信号，减少外界信号干扰。
放大电路21包括串联的一级放大器以及二级放大器，所述二级放大器与所述第一功率分配电路22电连接。
在本实施例中，一级放大器包括与前述耦合电容C7电连接的信号放大器Q1。如图3，该信号放大器Q1的三端分别是其基极、发射极以及集电极。信号放大器Q1的发射极处电连接有滤波电路一，该滤波电路一包括了电连接的电感L1、电容C8以及与电容C8并联的耦合电容C9，该滤波电路由外界15V电源提供能源。该滤波电路能将前段信号中的无效信号滤除。在后续的滤波电路，其结构与滤波电路一的结构基本一致，将不再展开赘述。
在图3中，电阻R4和电阻R5为信号放大器Q1的基极提供导通电流，信号放大器Q1的发射极后端接入阻抗匹配电路一，其包括耦合电容C10、电感L2以及耦合电容C11，在电感L2后端连接有二级放大器并完成初次信号放大。
在图3中，二级放大器包括了晶体管一Q2，该晶体管一Q2的G、S、D端分别为其栅极、晶体管一Q2前端具有晶体管输入电路和偏置电路一。其中，晶体管输入电路包括了和电感L2电连接的变压器一T1，其放大倍数为1:4，如图3所示将电阻R6和电阻R7接入变压器一T1后形成晶体管输入电路。其中电阻R6和R7的阻值按照实际情况经过计算机仿真后确定。
在前述的晶体管输入电路后端电连接有耦合电容C12，在其后又连接有偏置电路一。该偏置电路一包括了按照图3所连接的电感L3、耦合电容C13和C14、电阻R8和R9。该偏置电路一后续电连接有负反馈电路一，该负反馈电路一包括如图3所示连接，包括电阻R10和耦合电容C15。在耦合电容C15后端电连接有滤波电路二，该滤波电路二由如图3所示的电感L4、电容C17和电容C18构成。滤波电路二与所述的晶体管一Q2的漏级导通。晶体管一Q2的栅极接地。
在该晶体管一Q2的漏极后端还电连接有阻抗匹配电路二，其包括如图所示电连接的电感L5、电容C19和C20，阻抗匹配电路二后端电连接有衰减器二，由电阻R11、R12以及R13电连接而成。其中，阻抗匹配电路二后输出的信号会从Po口传递至第一功率分配器221，衰减器二起到隔离阻抗匹配电路二和第一功率分配器221的作用。
参考图4-5，第一功率分配电路22包括并联的3个第一功率分配器221，所述每个第一功率分配器221后端都电连接有所述第二功率分配电路23。
前述的Po口后续电连接有阻抗匹配电路三，如图5所示的连接方式连接有电容C21以及电感L16，阻抗匹配电路三后端电连接有三个隔离电阻R14、R15和R16和三个第一功率分配器221T2、T3、T4，这三个隔离电阻以及第一功率分配器221如图b所示的连接方式进行连接。利用阻抗匹配电路三，将前段16.7Ω的阻抗提升至50Ω并保持，使得从Po1、Po2、Po3口输出的信号一致且均为阻抗50Ω。自此，完成信号功率一分三的分组。即前述的N＝3。
第二功率分配电路23包括串联的阻抗变换电路以及第二功率分配器231，所述第二功率分配器231分配出22组第二功率信号，每组后电连接有所述功放电源电路30。
以Po1路第二功率分配电路23为例，如图4所示，阻抗变换电路包括如图5所示的连接方式电联接的阻抗变换器T5、补偿电容C2，该补偿电容C2后端电连接有第二功率分配器231。
该第二功率分配器231由如图功率分配器T8-T12、分配器隔离电阻R17-R21、补偿电容C25、C26构成，并分出四组功率相同的P1-P4信号源。其中，图中AT1-AT4均为衰减器三。以此类推，共将三组第二功率分配电路23分配出12组信号一致的信号源。
功放电源电路30包括信号处理电路31以及检波电路32，所述信号处理电路31包括电连接的输入匹配电路和输出匹配电路，所述输出匹配电路后端与所述检波电路32电连接。
输入匹配电路包括依次电连接的输入晶体管二、变压器二、以及选频网络电路，所述选频网络电路后端与所述输出匹配电路电连接。
如图6，晶体管二Q3，信号源输出的信号经过R91,R121,R131组成的衰减器四衰减后通过电容C181输入到晶体管二Q3，其中，电容C91,C121以及电感L31为晶体管二Q3的发射极滤波电路，电阻R71,R111为晶体管二Q3的基极提供导通电流，电容C161,电感L51,电容C20为晶体管二Q3发射极匹配电路，选频匹配至60MHz。
变压器二T13,电阻R61,R81组成输入阻抗匹配电路，通过电容C151耦合至选频网络电路。
选频网络电路包括偏置电路二、滤波电路三以及匹配网络电路。
匹配网络电路包括如图6所示电连接的输入晶体管Q4、电感L41以及电容C131和C141，输入晶体管Q4的栅极电连接有偏置电路二，该偏置电路二包括如图所示电连接的电容C71、电容C81、电感L11、电阻R21和R101。在偏置电路二和输入晶体管Q4之间还电连接有一负反馈电路二，其由电阻R51、电容C101构成。
在输入晶体管Q4的漏极上还电连接有滤波电路四，该滤波电路四由电感L21、电容C51以及电容C61构成，并由外部VC电压供电。
在该输入匹配电路后电连接有衰减器四，并输出信号Pi1。
输出匹配电路包括依次电连接的阻抗匹配电路和输出微调电路，所述输出微调电路后端与所述检波电路32电连接。
阻抗匹配电路包括如图7所示电连接的电容C33、C34、变压器T21、电阻R161、电容C321以及输出晶体管Q5，在输出晶体管Q5的栅极上电连接有偏置电路、负反馈电路以及滤波电路。其中偏置电路包括电容C221、C241、C251、变阻器W1、电感L71以及电阻R151；负反馈电路包括电容C261以及电阻R141；滤波电路包括电容C211、C231以及电感L61，由40V外接电源供电。
输出微调电路包括电感L81、微调电容C301、电容C311、电容C271。
检波电路32包括对称的可变电容C281和C291、互感器T31、检波二极管D1和D2、电阻R171和R181、电容C361和C371、电阻R171和R181、电感L91和L101，以及电容C381和C391、补偿二极管D3和D4。
完成检波后，将最后的功放电源信号传出，进而完成12组100W60Hz的射频电源分配。
上述附图中的GND均表示接地已形成回路。
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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多组同相100W60MHz射频电源系统，其特征在于，包括：
高频信号输出电路；
电连接于所述高频信号输出电路后端的信号源电路；
电连接于所述信号源电路后端的功放电源电路；
所述信号源电路包括放大电路、第一功率分配电路以及第二功率分配电路，所述放大电路后端与所述第一功率分配电路电连接，所述第一功率分配电路平均分配出N组第一功率信号，每组后电连接有第二功率分配电路，所述第二功率分配电路平均分配出2的M次方组第二功率信号，每组后电连接有所述功放电源电路，其中N与M均为正整数；
N取3，M取2，即3*2的平方=12组；
所述高频信号输出电路包括了有源晶振11OSC、耦合电容C6、衰减器一和一个耦合电容C7，所述衰减器一后端与所述放大电路电连接，其中有源晶振11OSC采用的电源为5V12W，并将高频电信号输出，经过耦合电容C6和衰减器一之后，进入耦合电容C7，其中，衰减器一的结构为：主路线上设置有电阻R1，在电阻R1两端分出的并联线路上串联两个电阻R2和R3；
其中耦合电容C6和C7均起到通交流隔直流的效果，实现一部分信号隔离作用，衰减器一进行衰减隔离，进一步隔离信号，减少外界信号干扰；
所述放大电路包括串联的一级放大器以及二级放大器，所述二级放大器与所述第一功率分配电路电连接；
所述一级放大器包括与前述耦合电容C7电连接的信号放大器Q1，该信号放大器Q1的三端分别是其基极、发射极以及集电极，信号放大器Q1的发射极处电连接有滤波电路一，该滤波电路一包括了电连接的电感L1、电容C8以及与电容C8并联的耦合电容C9，该滤波电路由外界15V电源提供能源，该滤波电路能将前段信号中的无效信号滤除，电阻R4和电阻R5为信号放大器Q1的基极提供导通电流，信号放大器Q1的发射极后端接入阻抗匹配电路一，其包括耦合电容C10、电感L2以及耦合电容C11，在电感L2后端连接有二级放大器并完成初次信号放大；
所述二级放大器包括了晶体管一Q2，该晶体管一Q2的G、S、D端分别为其栅极、晶体管一Q2前端具有晶体管输入电路和偏置电路一；其中，晶体管输入电路包括了和电感L2电连接的变压器一T1，其放大倍数为1:4，将电阻R6和电阻R7接入变压器一T1后形成晶体管输入电路；
在前述的晶体管输入电路后端电连接有耦合电容C12，在其后又连接有偏置电路一，该偏置电路一包括电感L3、耦合电容C13和C14、电阻R8和R9，该偏置电路一后续电连接有负反馈电路一，该负反馈电路一包括电阻R10和耦合电容C15，在耦合电容C15后端电连接有滤波电路二，该滤波电路二由电感L4、电容C17和电容C18构成，滤波电路二与所述的晶体管一Q2的漏级导通，晶体管一Q2的栅极接地，在该晶体管一Q2的漏极后端还电连接有阻抗匹配电路二，其包括电感L5、电容C19和C20，阻抗匹配电路二后端电连接有衰减器二，由电阻R11、R12以及R13电连接而成，其中，阻抗匹配电路二后输出的信号会从Po口传递至第一功率分配器，衰减器二起到隔离阻抗匹配电路二和第一功率分配器的作用；
所述第一功率分配电路包括并联的N个第一功率分配器，每个所述第一功率分配器后端都电连接有所述第二功率分配电路；
所述第二功率分配电路包括串联的阻抗变换电路以及第二功率分配器，所述第二功率分配器分配出2的M次方组第二功率信号，每组后电连接有所述功放电源电路。
2.根据权利要求1所述的一种多组同相100W60MHz射频电源系统，其特征在于，所述功放电源电路包括信号处理电路以及检波电路，所述信号处理电路包括电连接的输入匹配电路和输出匹配电路，所述输出匹配电路后端与所述检波电路电连接。
3.根据权利要求2所述的一种多组同相100W60MHz射频电源系统，其特征在于，所述输入匹配电路包括依次电连接的输入晶体管、变压器、以及选频网络电路，所述选频网络电路后端与所述输出匹配电路电连接。
4.根据权利要求2所述的一种组同相100W60MHz射频电源系统，其特征在于，所述输出匹配电路包括依次电连接的阻抗匹配电路和输出微调电路，所述输出微调电路后端与所述检波电路电连接。
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