CN215268204U - 一种3.9GHz/2KW固态功率源系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种3.9GHz/2kW固态功率源系统，所述系统包括前级单元、1:4功率分配器、4个700W功放插件、1个4:1功率合成器、输出耦合器、机柜控制器、监控电源、开关电源组、采样检测器和液冷装置；所述前级单元、1:4功率分配器、4个700W功放插件、1个4:1功率合成器、输出耦合器串联组成发射链路；外部的射频信号馈入时，先通过所述前级单元对所述射频信号进行初步放大，再经过所述1:4功率分配器分给所述4个700W功放插件将所述射频信号放大至所需功率后，通过所述4:1功率合成器，经所述输出耦合器定向输出。本实用新型具有效率高、高占空比、宽脉宽且性能可靠性等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及大功率功率源领域，尤其是一种3.9GHz/2kW固态功率源系统。
背景技术
固态功率源系统是粒子加速器重要组成部分之一，主要是为其提供射频功率。因此，在满足试验测试的要求和指标的同时，还需具备“安全、稳定、可靠、长寿命，便于维护”的特点才能为粒子加速器提供稳定可靠的射频功率。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种效率高、高占空比、宽脉宽且性能可靠性的3.9GHz/2kW固态功率源系统。
为实现上述目的，采用了以下技术方案：本实用新型所述系统包括前级单元、1:4功率分配器、4个700W功放插件、1个4:1功率合成器、输出耦合器、机柜控制器、监控电源、开关电源组、采样检测器和液冷装置；所述前级单元、1:4功率分配器、4个700W功放插件、1个4:1功率合成器、输出耦合器串联组成发射链路，所述机柜控制器用于对所述固态功率源系统进行集中监控管理，所述开关电源组用于为所述功放插件供电，所述监控电源用于为所述机柜控制器供电，所述液冷装置用于将所述固态功率源系统的热耗散导出；外部的射频信号馈入时，先通过所述前级单元对所述射频信号进行初步放大，再经过所述1:4功率分配器分给所述4个700W功放插件将所述射频信号放大至所需功率后，通过所述4:1功率合成器，经所述输出耦合器定向输出。
进一步地，所述前级单元由限幅器、第一级放大器、衰减器、第二级放大器、隔离器、第三级放大器和推动放大器组成，实现对输入信号的限幅和信号放大等功能，所述输入保护单元用于对所述输入信号进行检测、判断和衰减控制，所述第一级放大器、第二级放大器、第三级放大器均选用砷化镓线性放大器，所述第三级放大器放大的信号供给推动放大器放大，其输出信号以微带合成方式完成功率合成再输出。
进一步地，所述输入1:4功率分配器采用威尔金森微带结构形式，实现输入信号的四路信号分配。
进一步地，所述700W功放插件由1:4功率分配器、4个200W功放模块、1个4:1功率合成器、输出耦合器、电源系统、功率检测器、电流采样器、温度传感器、监控单元和拨码开关组成。
进一步地，所述输出耦合器采用耦合环实现，小信号测试具有50dB方向性，两路检波信号均送入功率取样板。
进一步地，所述开关电源组由AC/DC组成，将系统供电转换为组成单元所需电压并对各模块供电。
进一步地，所述系统还设置有冷却装置，所述冷却装置通过强制水冷方式将所述系统的耗散热量导出，保证所述系统的正常工作。
本实用新型大致使用过程如下：
固态功率源工作时，射频激励信号输入至前级单元，经过前级单元的限幅器后将功率放大至55.5dBm左右从输出口输出。前级单元输出的射频信号进入1：4功率分配器后输出，再分别进入4个700W功放插件放大输出，再经过1个4:1功率合成器后输出，射频信号再经过输出耦合器，输出功率大于2kW的射频信号。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：采用最新一代的大功率功放管技术和大功率合成技术，为全固态功率放大器，通过合理设计功放链路，并优化链路功率和增益分配，保证整机的高效率、高可靠性，并满足体积和重量要求，从而保证功放的先进性。
附图说明
图1是本实用新型的系统组成框图；
图2是本实用新型的前级单元的示意框图；
图3是本实用新型的700W功放插件的示意框图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本实用新型使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
如图1至图3所示，本实用新型所述系统包括前级单元、1:4功率分配器、4个700W功放插件、1个4:1功率合成器、输出耦合器、机柜控制器、监控电源、开关电源组、采样检测器和液冷装置。
在一些实施例中，所述前级单元、1:4功率分配器、4个700W功放插件、1个4:1功率合成器、输出耦合器串联组成发射链路，所述机柜控制器用于对所述固态功率源系统进行集中监控管理，所述开关电源组用于所述功放插件供电，所述监控电源用于所述机柜控制器供电，所述液冷装置用于将所述固态功率源系统的热耗散导出。
在一些实施例中，当外部的射频信号馈入时，先通过所述前级单元对所述射频信号进行初步放大，再经过所述1:4功率分配器分给所述4个700W功放插件将所述射频信号放大至所需功率后，通过所述4:1功率合成器，经所述输出耦合器定向输出。
输出耦合器对输出信号的功率采样，并将采样信号送至检波器件内，检测的电平信号送至系统控制的监控单元，用于显示和判断整机输出功率状态，过激励输入及时上报告警信号。输入滤波器采用带通形式，用于抑制谐波和分频信号的干扰。增益调节采用压控衰减器实现整机增益的调节功能。保护开关器件实现输入激励的打开和关闭功能。增益放大器实现小信号放大，保证信号在机柜内部传输中，具备较高的信号幅度，避免外部复杂电磁环境的干扰。
在一些实施例中，所述前级单元由限幅器、第一级放大器、衰减器、第二级放大器、隔离器、第三级放大器等组成，实现对输入信号的限幅和信号放大等功能，所述输入保护单元用于对所述输入信号进行检测、判断和衰减控制，所述第一级放大器、第二级放大器、第三级放大器均选用砷化镓线性放大器，所述第三级放大器放大的信号供给推动放大器放大，其输出信号以微带合成方式完成功率合成再输出。衰减器除了能增加各放大器级间隔离度，防止自激现象的发生外，还能起到调整高低温增益的作用。放大器受射频调制信号控制，放大器之间采用衰减器进行隔离。
在一些实施例中，以射频信号功率为0dBm输入至前级单元为例。限幅器的损耗为1dB，第一级放大器的增益为24dB、最大输出功率为23dBm，第二级放大器的增益为18dB、最大输出功率为36dBm，隔离器的损耗为0.5dB，输出功率为35.5dBm，第三级放大器的增益为11dB、最大输出功率为46.5dBm，推动放大器的增益为9dB、最大输出功率为55.5dBm。
在一些实施例中，所述输入1:4功率分配器采用威尔金森微带结构形式，实现输入信号的四路信号分配。所述输入1:4分配器可承受100W功率，具有插损小、隔离度高等特点。
在一些实施例中，所述700W功放插件由1:4功率分配器、4个200W功放模块、1个4:1功率合成器、输出耦合器、电源系统、功率检测器、电流采样器、温度检测器、监控单元和拨码开关组成。
在一些实施例中，所述输出耦合器采用耦合环实现，小信号测试具有55.5dB方向性，两路检波信号均送入功率取样板。
在一些实施例中，所述开关电源组由AC/DC组成，将系统供电转换为组成单元所需电压并对各模块供电。
在一些实施例中，所述系统还设置有冷却装置，所述冷却装置通过强制水冷方式将所述系统的耗散热量导出，保证所述系统的正常工作。
以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种3.9GHz/2kW固态功率源系统，其特征在于：所述系统包括前级单元、1:4功率分配器、4个700W功放插件、1个4:1功率合成器、输出耦合器、机柜控制器、监控电源、开关电源组、采样检测器和液冷装置；所述前级单元、1:4功率分配器、4个700W功放插件、1个4:1功率合成器、输出耦合器串联组成发射链路，所述机柜控制器用于对所述固态功率源系统进行集中监控管理，所述开关电源组用于为所述前级单元供电，所述监控电源用于所述机柜控制器供电，所述液冷装置用于将所述固态功率源系统的热耗散导出；外部的射频信号馈入时，先通过所述前级单元对所述射频信号进行初步放大，再经过所述1:4功率分配器分给所述4个700W功放插件将所述射频信号放大至所需功率后，通过所述4:1功率合成器，经所述输出耦合器定向输出。
2.根据权利要求1所述的一种3.9GHz/2kW固态功率源系统，其特征在于：所述前级单元由限幅器、第一级放大器、衰减器、第二级放大器、隔离器、第三级放大器和推动放大器组成，实现对输入信号的限幅和信号放大等功能，所述输入保护单元用于对所述输入信号进行检测、判断和衰减控制，所述第一级放大器、第二级放大器、第三级放大器均选用砷化镓线性放大器，所述第三级放大器放大的信号供给推动放大器放大，其输出信号以微带合成方式完成功率合成再输出。
3.根据权利要求1所述的一种3.9GHz/2kW固态功率源系统，其特征在于：所述输入1:4功率分配器采用威尔金森微带结构形式，实现输入信号的四路信号分配。
4.根据权利要求2所述的一种3.9GHz/2kW固态功率源系统，其特征在于：所述700W功放插件由1:4功率分配器、4个200W功放模块、1个4:1功率合成器、输出耦合器、电源系统、功率检测器、电流采样器、温度传感器、监控单元和拨码开关组成。
5.根据权利要求1所述的一种3.9GHz/2kW固态功率源系统，其特征在于：所述输出耦合器采用耦合环实现，小信号测试具有50dB方向性，两路检波信号均送入功率取样板。
6.根据权利要求1所述的一种3.9GHz/2kW固态功率源系统，其特征在于：所述开关电源组由AC/DC组成，将系统供电转换为组成单元所需电压并对各模块供电。
7.根据权利要求1所述的一种3.9GHz/2kW固态功率源系统，其特征在于：所述系统还设置有冷却装置，所述冷却装置通过强制液冷方式将所述系统的耗散热量导出，保证所述系统的正常工作。
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