CN218448889U - 微波功率源及功率源设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种微波功率源及功率源设备，属于电力电子技术领域。微波功率源，包括：控制模块、振荡与放大模块、反馈模块以及调整模块；其中，控制模块分别与振荡与放大模块以及调整模块连接，控制模块用以向调整模块发送控制电压；振荡与放大模块与调整模块连接，振荡与放大模块用以在调整模块的控制下按照对应的振荡频率产生射频信号；反馈模块分别与振荡与放大模块以及控制模块连接，反馈模块用以获取振荡与放大模块输出的射频信号的信息，并将获取到的信息反馈给控制模块，以使控制模块向调整模块发送新的控制电压。本申请中采用的电路结构的复杂程度较低，可以输出较为稳定的功率。

Description

微波功率源及功率源设备

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，具体而言，涉及一种微波功率源及功率源设备。

背景技术

在电力电子技术领域中，部分场景下通常需要为负载提供一个供电的功率源。

现有技术中，目前普遍使用的固态射频微波功率源分为两种类型：自由振荡器和合成射频信号功率源。其中，自由振荡器由射频振荡电路加介质谐振器控制振荡频率，直接输出射频能量，输出电平不稳定，频率不受控，输出功率较小一般只有毫瓦级至瓦级。合成射频信号功率源虽然具备准频率控制和输出功率控制功能，输出功率可达瓦级至千瓦级，但是必须增加压控振荡器，锁相环和中间级隔离放大器，相对电路复杂程度高，尺寸和成本都有所增加，同时牺牲了整体效率。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种微波功率源及功率源设备，采用的电路结构的复杂程度较低，可以输出较为稳定的功率。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请实施例的一方面，提供一种微波功率源，包括：控制模块、振荡与放大模块、反馈模块以及调整模块；

其中，控制模块分别与振荡与放大模块以及调整模块连接，控制模块用以向调整模块发送控制电压；

振荡与放大模块与调整模块连接，振荡与放大模块用以在调整模块的控制下按照对应的振荡频率产生射频信号；

反馈模块分别与振荡与放大模块以及控制模块连接，反馈模块用以获取振荡与放大模块输出的射频信号的信息，并将获取到的信息反馈给控制模块，以使控制模块向调整模块发送新的控制电压。

可选地，调整模块包括：频率调整单元和功率调整单元；控制模块分别与频率调整单元和功率调整单元连接，频率调整单元和功率调整单元之间通过隔直电容连接，功率调整单元与振荡与放大模块连接；频率调整单元用于调整振荡与放大模块的振荡频率；功率调整单元用于调整振荡与放大模块的输出功率。

可选地，频率调整单元为频率压控单元，频率压控单元为压控二极管或压控振荡器。

可选地，功率调整单元为谐振器，谐振器为介质谐振器、石英谐振器或电感电容谐振器。

可选地，振荡与放大模块为功率晶体管。

可选地，微波功率源还包括：隔离模块，隔离模块为隔离器或环形器；功率晶体管分别与调整模块以及隔离模块连接，隔离模块还与反馈模块连接。

可选地，反馈模块包括：耦合器和检波器，耦合器分别与振荡与放大模块以及检波器连接，检波器还与控制模块连接，其中，耦合器用以对射频信号进行耦合，得到耦合信号；检波器用以将耦合信号转换为电平信号，并将电平信号反馈给控制模块。

可选地，反馈模块还包括频率计，频率计分别与耦合器和控制模块连接，频率计用于提取耦合信号的频率信息，并将频率信息反馈给控制模块。

可选地，控制模块为微控制单元，微控制单元内置模数转换模块。

本申请实施例的另一方面，提供一种功率源设备，包括：微波功率源以及负载，微波功率源与负载连接。

本申请实施例的有益效果包括：

本申请实施例提供的微波功率源及功率源设备中，控制模块与调整模块连接，通过控制模块来向调整模块发送控制电压；振荡与放大模块与调整模块连接，振荡与放大模块用以在调整模块的控制下按照对应的振荡频率产生射频信号；反馈模块分别与振荡与放大模块以及控制模块连接，反馈模块用以获取振荡与放大模块输出的射频信号的信息，并将获取到的信息反馈给控制模块，以使控制模块向调整模块发送新的控制电压。其中，通过反馈模块所反馈的射频信号，可以使控制模块更加准确地得到需求的控制电压，而基于需求的控制电压可以通过对调整模块的调整从而实现控制振荡与放大模块按照对应的振荡频率产生射频信号，通过闭环的方式使得产生的射频信号更加稳定、准确，并且可以显著提高输出功率，达到瓦至百瓦级，从而可以满足实际工作中对微波功率源输出电压的需求；另外，该电路结构也较为简单，使得整个微波功率源的尺寸较小。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的微波功率源的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的微波功率源的另一结构示意图；

图3为本申请实施例提供的微波功率源的另一结构示意图；

图4为本申请实施例提供的微波功率源的另一结构示意图；

图5为本申请实施例提供的微波功率源的整体结构示意图；

图6为本申请实施例提供的功率源设备的结构示意图。

图标：10-微波功率源；20-负载；100-控制模块；200-振荡与放大模块；211-功率晶体管；220-隔离模块；300-反馈模块；310-耦合器；320-检波器；330-频率计；400-调整模块；410-频率调整单元；411-频率压控单元；420-功率调整单元；421-谐振器；430-隔直电容。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，现有技术中提供微波功率源的方法主要有两种类型，第一种是直接通过自由振荡器给负载提供供电电压，然而自由振荡器过于简单，不具备精准频率控制和输出功率控制功能，可控制性和稳定性都相对较低。

另一种方法是，由固定的相位鉴定器来控制自由振荡器产生固定功率以及频率的电压，并对产生的信号进行功率放大处理，例如：在电路中设置放大器以及功率放大器等器件。然而，采用相位鉴定器以及功率放大器等结构，会导致电路结构过于复杂，导致整体电路的工作效率较低，不适用于结构较小的电路中；并且，通过放大器进行功率的放大结果也具有不稳定性，不能输出满足特定输出需求的电压。

为了解决现有技术中存在的上述问题，本申请实施例中提供了一种微波功率源，下面来具体解释本申请实施例中提供的微波功率源的具体结构以及相关连接关系。

图1为本申请实施例提供的微波功率源的结构示意图，请参照图1，微波功率源，包括：控制模块100、振荡与放大模块200、反馈模块300以及调整模块400。

其中，控制模块100分别与调整模块400以及振荡与放大模块200连接，控制模块100用以向调整模块400发送控制电压；振荡与放大模块200与调整模块400连接，振荡与放大模块200用以在调整模块400的控制下按照对应的振荡频率产生射频信号；反馈模块300分别与200以及控制模块100连接，反馈模块300用以获取振荡与放大模块200输出的射频信号的信息，并将该信息反馈给控制模块100，以使控制模块100向调整模块400发送新的控制电压。

可选地，微波功率源具体可以是一个用于提供电压或者电流的信号发生装置，在本申请实施例中可以提供一个输出电压，具体可以以射频信号的方式输出。

其中，控制模块100具体可以是微控制单元(MCU，Microcontroller Unit)，或者也可以根据不同的需求或者使用场景选择其他具有控制功能的器件来进行对应的控制，在此不作具体限制，本申请实施例中以微控制单元为例进行解释。

在实际实施过程中，控制模块100可以通过事先扫描测试得到的温度湿度压力各种外设条件下的频率电压和功率电压曲线，写入控制模块100内的非易失型存储器(ROM)表格内，在实际使用过程中，可以调出对应的设置并输出电压。并可根据控制程序实现一定范围内的输出波形程序控制。

需要说明的是，控制模块100可以具有模数转换功能，内部可以配置有数模转换器，从而可以对反馈模块返回的射频信号的信息进行模数转换，以简化电路结构。

振荡与放大模块200具体可以是通过振荡的方式产生微波功率源输出电压，也即是射频信号的一个工作模块，具体可以是通过振荡器和放大器，或者任意类型的具有振荡功能和放大功能的晶体管来实现，在此不作具体限制。

需要说明的是，振荡与放大模块200在工作的过程中，可以专门设置一个电源模块(图中未画出)来提供振荡所需要的工作电压，或者，也可以直接由控制模块100来提供相关的工作电压，在此不作具体限制。

反馈模块300可以是用于根据振荡与放大模块200输出的射频信号进行闭环反馈的一个工作模块，具体可以反馈振荡与放大模块输出的射频信号的功率信息，进一步的，还可以反馈振荡与放大模块输出的频率信息等相关工作数据，在此不作具体限制。

调整模块400可以是用于进行功率和/或频率调整的电路元件组成的工作模块，可以由控制模块100提供不同的工作电压，从而进行不同状态的工作，在不同的工作状态下，可以控制振荡与放大模块200输出不同功率、频率的射频信号。

下面来具体解释该微波功率源的工作原理，具体工作流程可以包括两个过程：

过程一：在该过程中，微波功率源初始启动，反馈模块300还没有可以反馈的数据，也即是整个微波功率源处于开环的状态下，可以通过控制模块100采样偏置电压及输出电平和输出频率得到电路初始工作频率及功率，将这些信息可以以表的形式记录控制电平对应输出频率及功率电平的控制表。通过查表内插预设值，可以得到一定范围的频率和功率设置及调节功能。也即是说，在开环状态下，控制模块100可以输出预先配置的大小的电压给调整模块400，调整模块400基于该电压值可以控制振荡与放大模块200产生对应的功率以及频率的射频信号，而反馈模块300可以将输出的射频信号的信息反馈给控制模块100。

过程二：当过程一结束后，可以进入过程二，过程二可以是一个闭环的工作过程，当反馈模块300将输出的射频信号反馈给控制模块100后，控制模块100可以对表内具体设置电平与输出频率及功率对应关系进行二次调整，以达到输出频率及功率的精准控制和微调功能。也即是说，当控制模块接收到反馈的射频信号之后，可以基于该射频信号进行输出电压的调整，从而向调整模块400输出新的控制电压。相应地，调整模块400可以基于新的控制电压控制振荡与放大模块200产生功率以及频率均进行更新之后的新的射频信号，而反馈模块300可以将输出的新的射频信号反馈给控制模块100，控制模块100可以重复上述步骤进行调整，如此进行闭环的调节。

本申请实施例提供的微波功率源中，控制模块与调整模块连接，通过控制模块来向调整模块发送控制电压；振荡与放大模块与调整模块连接，振荡与放大模块用以在调整模块的控制下按照对应的振荡频率产生射频信号；反馈模块分别与振荡与放大模块以及控制模块连接，反馈模块用以获取振荡与放大模块输出的射频信号的信息，并将获取到的信息反馈给控制模块，以使控制模块向调整模块发送新的控制电压。其中，通过反馈模块所反馈的射频信号，可以使控制模块更加准确地得到需求的控制电压，而基于需求的控制电压可以通过对调整模块的调整从而实现控制振荡与放大模块按照对应的振荡频率产生射频信号，通过闭环的方式使得产生的射频信号更加稳定、准确，并且可以显著提高输出功率，达到瓦至百瓦级，从而可以满足实际工作中对微波功率源输出电压的需求；另外，该电路结构也较为简单，使得整个微波功率源的尺寸较小。

下面来具体解释本申请实施例中提供的微波功率源的另一具体结构以及相关连接关系。

图2为本申请实施例提供的微波功率源的另一结构示意图，请参照图2，调整模块400包括：频率调整单元410和功率调整单元420；控制模块100分别与频率调整单元410和功率调整单元420连接，频率调整单元410和功率调整单元420之间通过隔直电容430连接，功率调整单元420与振荡与放大模块200连接。

其中，频率调整单元410用于调整振荡与放大模块200的振荡频率；功率调整单元420用于调整振荡与放大模块200的输出功率。

可选地，频率调整单元410为频率压控单元，该频率压控单元可以为压控二极管或压控振荡器，其中，压控二极管具体可以是通过改变供电电压的方式来实现自身电容改变的二极管，也即是说，控制模块100可以通过变更给压控二极管的供电电压，从而实现压控二极管的电容的改变，而压控二极管的电容变更之后可以调整振荡与放大模块200的振荡频率；压控振荡器可以是输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路，可以通过改变供电电压的方式来实现输出频率的变更。

可选地，功率调整单元420为谐振器，该谐振器可以为介质谐振器、石英谐振器或电感电容谐振器，其中，介质谐振器、石英谐振器或电感电容谐振器均可以通过改变自身工作电压的方式实现对振荡与放大模块200的工作频率的调整。另外，控制模块100也可以直接控制振荡与放大模块200的直流偏置点，可以通过对直流偏置点的调整来改变振荡与放大模块200输出功率的电平大小，也即是说，可以通过对直流偏置点的调整以及对介质振荡器的调整，共同实现对振荡与放大模块200的输出功率的调整。

需要说明的是，为了避免对频率和功率的调整相互影响，可以设置上述隔直电容430，其中，该隔直电容具体可以是一种直流去耦电容，可以通过隔直电容430来将振荡与放大模块200和调整模块中的压控二极管相区隔，也即是将直流电平相隔离，避免振荡频率调节和输出功率调节功能的互相牵引。

可选地，控制模块100的输出电压可以包括两路输出，其中一路输出的第一电压值可以输出至频率调整单元410中，用于调整压控二极管的容值，而另一路可以输出第二电压值，第二电压值可以分别输入至功率调整单元420和振荡与放大模块200中，可以通过该第二电压值控制功率调整单元420调整振荡与放大模块200的输出功率，并且，可以通过该第二电压值对直流偏置点进行调整来改变振荡与放大模块200输出功率的电平大小。

本申请实施例提供的微波功率源中，调整模块可以包括频率调整单元以及功率调整单元，通过调整模块对振荡与放大模块的振荡频率以及输出功率的调整，可以使得振荡与放大模块输出更加满足实际需求的射频信号，并且，该射频信号的可控性和准确性较高。

下面来具体解释本申请实施例中提供的微波功率源的又一具体结构以及相关连接关系。

图3为本申请实施例提供的微波功率源的另一结构示意图，请参照图3，振荡与放大模块200为功率晶体管211。其中，该功率晶体管211可以承担振荡器与放大器的双重功能，从而简化电路结构，降低功率源尺寸。

微波功率源还包括：隔离模块220，隔离模块可以是隔离器或环形器。

其中，功率晶体管211分别与调整模块400以及隔离模块220连接，隔离模块220还与反馈模块300连接。

需要说明的是，功率晶体管211具体可以是振荡与放大模块200中实现振荡工作的晶体管，可以基于输入的偏置电压确定输出功率的电平大小，并且可以在频率调整单元以及功率调整单元的控制下分别以对应的工作频率进行振荡以及输出对应功率的射频信号。

隔离器以及环形器具体可以是一种采用射频信号单向输出原理，将输入信号进行转换输出的器件，可以将输出与输出之间相互隔离，可以在不影响输出的射频信号正常传输的情况下，将输出与输入相互隔离。

振荡与放大模块200具体可以在控制模块100以及调整模块400的控制下产生射频信号，进而通过隔离模块220进行隔离处理后输出给反馈模块300。

本申请实施例提供的微波功率源中，可以通过对功率晶体管的控制，可以得到更加准确、满足实际需求的射频信号，并且可以通过隔离器对输出的射频信号进行输出输入隔离，提高射频信号的稳定性。

下面来具体解释本申请实施例中提供的微波功率源的再一具体结构以及相关连接关系。

图4为本申请实施例提供的微波功率源的另一结构示意图，请参照图4，反馈模块300包括：耦合器310和检波器320，耦合器310分别与振荡与放大模块200以及检波器320连接，检波器320还与控制模块100连接。

其中，耦合器310用以对射频信号进行耦合，得到耦合信号；检波器320用以将耦合信号转换为电平信号，并将电平信号反馈给控制模块。

可选地，耦合器310具体可以是一种定向耦合器，需要说明的是，定向耦合器可以将大部分的射频信号输出给微波功率源的外部负载，将向小部分射频信号通过检波器320以及频率计330发送给控制模块100。

另外，反馈模块300还包括频率计330，频率计330分别与耦合器310和控制模块100连接，频率计330用于提取耦合信号的频率信息，并将频率信息反馈给控制模块100。

需要说明的是，定向耦合器可以将小部分射频信号通过耦合端口发送给检波器320，检波器320用于检测功率电平，以使控制模块100获取到振荡与放大模块200所输出的射频信号的输出功率；定向耦合器还可以将小部分射频信号发送给频率计330，频率计330可以与控制模块100连接，通过频率计330可以计算出射频信号的工作频率，通过频率计330将得到的频率结果反馈给控制模块100，以使控制模块100获取到振荡与放大模块200所输出的射频信号的振荡频率。

具体的，反馈模块300可以反馈功率幅值和频率信息，其中，检波器320可以反馈检测到的信号的功率幅值，频率计330可以反馈检测到的信号的频率。

需要说明的是，在实际设置中，可以根据控制模块100的实际需求进行频率计330的选择，例如：若控制模块100中具有预设的对照表，可以通过该对照表中存储的对应关系可以由反馈的频率生成对应的控制信号，则可以设置对应的频率计，用以更加快速地实现控制模块100的处理；若控制模块100没有上述需求，则也可以不设置频率计330，在此不作具体限制。

可选地，定向耦合器、检波器320以及频率计330的结构相对较为简单，替换了现有技术中采用的相位鉴定器，可以降低整个电路结构的复杂程度，提高控制模块进行控制的准确性。

本申请实施例提供的微波功率源中，耦合器用以对射频信号进行耦合，得到耦合信号；检波器用以将耦合信号转换为电平信号，并将电平信号反馈给控制模块，频率计分别与耦合器和控制模块连接，频率计用于提取耦合信号的频率信息，并将频率信息反馈给控制模块，通过耦合器、检波器以及频率计可以实现复杂的频率/功率调制及复杂信号输出，具体可以将射频信号的输出功率以及振荡频率更加准确地反馈给控制模块，从而可以使得控制模块更加准确地实现对调整模块以及振荡与放大模块的控制。

下面来具体解释本申请实施例中提供的微波功率源的整体结构以及相关连接关系。

图5为本申请实施例提供的微波功率源的整体结构示意图，请参照图5，微波功率源包括：控制模块100、功率晶体管211、隔离模块220、耦合器310、检波器320、频率计330、频率压控单元411、谐振器421以及隔直电容430。

其中，上述结构的连接关系以及具体工作原理在前述过程中已经进行了对应的解释，在此不加赘述。

下面来具体解释本申请实施例中提供的功率源设备的具体结构以及相关连接关系。

图6为本申请实施例提供的功率源设备的结构示意图，请参照图6，功率源设备，包括：微波功率源10以及负载20，微波功率源10与负载20连接。

具体的，微波功率源10可以通过定向耦合器与负载20连接，负载20具体可以是任意用电设备或者用电模块，用以接入该微波功率源10。

本申请实施例提供的功率源设备中，可以包括微波功率源以及负载，微波功率源与负载连接。其中，微波功率源内，控制模块与调整模块连接，通过控制模块来向调整模块发送控制电压；振荡与放大模块与调整模块连接，通过振荡与放大模块在调整模块的控制下按照对应的振荡频率产生射频信号；反馈模块分别与振荡与放大模块以及控制模块连接，通过反馈模块将振荡与放大模块输出的射频信号反馈给控制模块，以使控制模块向调整模块发送新的控制电压。其中，通过反馈模块所反馈的射频信号，可以使控制模块更加准确地得到需求的控制电压，而基于需求的控制电压可以通过对调整模块的调整从而实现控制振荡与放大模块按照对应的振荡频率产生射频信号，通过闭环的方式使得产生的射频信号更加稳定、准确，可以满足实际工作中负载对微波功率源输出电压的需求。

上仅为本申请的具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种微波功率源，其特征在于，包括：控制模块、振荡与放大模块、反馈模块以及调整模块；

其中，所述控制模块分别与所述振荡与放大模块以及所述调整模块连接，所述控制模块用以向所述调整模块发送控制电压；

所述振荡与放大模块与所述调整模块连接，所述振荡与放大模块用以在所述调整模块的控制下按照对应的振荡频率产生射频信号；

所述反馈模块分别与所述振荡与放大模块以及所述控制模块连接，所述反馈模块用以获取振荡与放大模块输出的射频信号的信息，并将获取到的信息反馈给所述控制模块，以使所述控制模块向所述调整模块发送新的控制电压。

2.如权利要求1所述的微波功率源，其特征在于，所述调整模块包括：频率调整单元和功率调整单元；

所述控制模块分别与所述频率调整单元和所述功率调整单元连接，所述频率调整单元和所述功率调整单元之间通过隔直电容连接，所述功率调整单元与所述振荡与放大模块连接；

所述频率调整单元用于调整所述振荡与放大模块的振荡频率；所述功率调整单元用于调整所述振荡与放大模块的输出功率。

3.如权利要求2所述的微波功率源，其特征在于，所述频率调整单元为频率压控单元，所述频率压控单元为压控二极管或压控振荡器。

4.如权利要求2所述的微波功率源，其特征在于，所述功率调整单元为谐振器，所述谐振器为介质谐振器、石英谐振器或电感电容谐振器。

5.如权利要求1所述的微波功率源，其特征在于，所述振荡与放大模块为功率晶体管。

6.如权利要求5所述的微波功率源，其特征在于，所述微波功率源还包括：隔离模块，所述隔离模块为隔离器或环形器；

所述功率晶体管分别与所述调整模块以及所述隔离模块连接，所述隔离模块还与所述反馈模块连接。

7.如权利要求1所述的微波功率源，其特征在于，所述反馈模块包括：耦合器和检波器，所述耦合器分别与所述振荡与放大模块以及所述检波器连接，所述检波器还与所述控制模块连接，其中，

所述耦合器用以对所述射频信号进行耦合，得到耦合信号；

所述检波器用以将所述耦合信号转换为电平信号，并将所述电平信号反馈给所述控制模块。

8.如权利要求7所述的微波功率源，其特征在于，所述反馈模块还包括频率计，所述频率计分别与所述耦合器和所述控制模块连接，所述频率计用于提取所述耦合信号的频率信息，并将所述频率信息反馈给所述控制模块。

9.如权利要求1所述的微波功率源，其特征在于，所述控制模块为微控制单元，所述微控制单元内置模数转换模块。

10.一种功率源设备，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的微波功率源以及负载，所述微波功率源与所述负载连接。

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