全固态射频电源.pdf

本发明涉及一种射频电源，特别是一种基于MOS-FET放大器的大功率的全固态射频电源，其包括信号源、控制电路、调制开关、滤波器、初级功放电路、二级功放电路、合成滤波器、功率检测器等模块，本发明的有益效果是工作寿命长，连续工作时间长，电源频率及功率稳定，无需预热，操作简单，减少了工程操作人员的劳动强度，而且整机效率高，还具有驻波保护和过热保护功能。

1、  一种全固态射频电源，其包括信号源、控制电路、调制开关、滤波器，合成滤波器，功率检测器，所述的控制电路与信号源、调制开关，功率检测器连接，其特征在于：在所述的调制开关输出端连接有第一晶体管的初级放大器，该初级放大器的输出端与所述的滤波器连接，该滤波器的输出端连接有二级放大器，该二级放大器包括787功放模块和连接在787功放模块输出端的具有第二晶体管的放大电路，所述的具有第二晶体管的放大电路包括第二晶体管、输入端可调偏压电路、第一阻抗匹配电路、第二阻抗匹配电路和电源滤波扼流电路，输入端可调偏压电路和第一阻抗匹配电路与第二晶体管的输入端连接，第二阻抗匹配电路和电源滤波扼流电路与第二晶体管的输出端连接，所述的第二晶体管的输出端连接有功率分配放大器，功率分配放大器输出端与合成滤波器相连接，该合成滤波器的输出端连接有检测正向功率和反向功率的功率检测器。

2、  根据权利要求1所述的全固态射频电源，其特征在于：所述的低通滤波器和二级放大器之间连接有电调衰减器。

3、  根据权利要求1所述的全固态射频电源，其特征在于：所述的初级放大器包括第一晶体管、电源滤波扼流电路和偏压电路，第一晶体管的输出端连接有电源滤波电路，该电源滤波电路与电源连接，第一晶体管的输入端连接有偏压电路。

4、  根据权利要求1所述的全固态射频电源，其特征在于：所述的功率分配放大器包括功率分配器和至少两组功率放大电路，每组功率放大电路包括输入阻抗匹配变压器、晶体管和输出阻抗匹配变压器，输入阻抗匹配变压器的输出端与晶体管连接，晶体管的输出端与输出阻抗匹配变压器连接。

5、  根据权利要求1所述的全固态射频电源，其特征在于：所述的功率检测器为定向耦合器。

6、  根据权利要求1所述的全固态射频电源，其特征在于：所述的功率检测器的输出端连接有保护电路，该保护电路与控制电路连接。

7、  根据权利要求1所述的全固态射频电源，其特征在于：所述的滤波器为低通滤波器。

8、  根据权利要求1所述的全固态射频电源，其特征在于：所述的调制开关由多个高频PN管串联组成。

全固态射频电源
技术领域
本发明涉及一种射频电源，特别是一种基于MOS-FET放大器的大功率的全固态射频电源。
背景技术
目前，国内市场上射频电源产品有国产传统电子管射频电源和进口全固态射频电源(如AE、ENI、COMDEL等国外的公司)。进口固态射频电源所占市场份额增长很快，近两年每年增长率大约达40％，国内主要是做些代理。
国内传统使用的射频电源技术均为基于陶瓷电子管自激励，其陶瓷管工作寿命短(通常为1200小时，需要定期更换射频管)，连续工作时间是短(通常为4～8小时)，电源频率不稳定，功率波动大，效率较低(约50％)，而且需要预加热等，操作繁琐，后期维护工作量大。
发明内容
本发明的目的为针对背景技术中所述的现有的射频电源存在的工作寿命短、连续工作时间短、电源频率不稳定、功率波动大以及效率低的问题，提供一种全固态射频电源。
实现本发明的技术方案如下：
一种全固态射频电源，其包括信号源、控制电路、调制开关、滤波器，合成滤波器，功率检测器，所述的控制电路与信号源、调制开关、功率检测器连接，在所述的调制开关输出端连接有第一晶体管的初级放大器，该初级放大器的输出端与所述的滤波器连接，该滤波器的输出端连接有二级放大器，该二级放大器包括787功放模块和连接在787功放模块输出端的具有第二晶体管的放大电路，所述的具有第二晶体管的放大电路包括第二晶体管、输入端可调偏压电路、第一阻抗匹配电路、第二阻抗匹配电路和电源滤波扼流电路，输入端可调偏压电路和第一阻抗匹配电路与第二晶体管的输入端连接，第二阻抗匹配电路和电源滤波扼流电路与第二晶体管的输出端连接，所述的第二晶体管的输出端连接有功率分配放大器，功率分配放大器输出端与合成滤波器相连接，该合成滤波器的输出端连接有检测正向功率和反向功率的功率检测器。
所述的滤波器和二级放大器之间连接有电调衰减器。
所述的初级放大器包括第一晶体管、电源滤波扼流电路和偏压电路，第一晶体管的输出端连接有电源滤波电路，该电源滤波电路与电源连接，第一晶体管的输入端连接有偏压电路。
所述的功率分配放大器包括功率分配器和至少两组功率放大电路，每组功率放大电路包括输入阻抗匹配变压器、晶体管和输出阻抗匹配变压器，输入阻抗匹配变压器的输出端与晶体管连接，晶体管的输出端与输出阻抗匹配变压器连接。
所述的功率检测器为定向耦合器。
所述的功率检测器的输出端连接有保护电路，该保护电路与控制电路连接。
所述的滤波器为低通滤波器。
所述的调制开关由多个高频PN管串联组成。
本发明的有益效果如下：
因为本发明的核心部件采用进口晶体管制成，所以其工作寿命长，连续工作时间长，电源频率及功率稳定，无需预热，操作简单，减少了工程操作人员的劳动强度。
信号源采用石英晶振产生所需频率信号，经调制开关调制后通过第一晶体管放大至mW级，在经过低通滤波器滤除谐波，产生所需频率标准正弦波，再经过电调衰减器控制整机输出功率并起到一定的隔离作用，保护前级电路，经过787功放模块放大至1W，然后通过第二晶体管进一步放大到十几瓦以上，在经过第二晶体管时，第二晶体管连接有第一阻抗匹配电路和第二阻抗匹配电路，将晶体管输入端和输出端的阻抗匹配到50Ω，这样可以减少驻波，增大输出功率，提高整机效率，然后通过功率分配器，将功率分成若干等分，通过若干条支路输出，每条支路上分别设置有输入阻抗匹配变压器、晶体管和输出阻抗匹配变压器，对晶体管输入输出阻抗进行匹配，提高整机效率，增大输出功率，然后通过合成滤波器合成功率，滤除谐波，最后经过功率检测器检测输出功率的正反向功率，满足条件即可输出功率，不满足条件时，通过控制电路调整信号源和功放电路等模块最终使输出信号满足条件，输出功率。
因为设置有保护电路，所以该全固态射频电源具有驻波保护和过热保护功能，当射频源温度过高时对应故障指示灯亮，蜂鸣器响，提示操作人员做相应处理，当反射功率超过额定功率30％时，射频源会指示反向功率过大，10秒之后反射还未下降到安全线以下，射频源就会自动切断功率输出，并向主机系统报告故障。
附图说明
图1为本发明的全固态射频电源的方框图；
图2为本发明的全固态射频电源的前半段电路示意图；
图3为本发明的全固态射频电源的后半段电路示意图。
具体实施方式
参照附图1至3所示的全固态射频电源，其包括信号源1、控制电路7、调制开关2、低通滤波器4，所述的调制开关2由四个高频PN管D1～D4串联组成，信号源1为石英晶振，所述的控制电路7与信号源1、调制开关2连接，在所述的调制开关2输出端连接有具有第一晶体管的初级放大器，该初级放大器包括第一晶体管、电源滤波扼流电路和偏压电路，所述的第一晶体管为三极管T1，三极管T1的集电极连接有由电感L4、电容C3、电容C4、组成的电源滤波扼流电路，该电源滤波扼流电路与12V电源连接，三极管T1的基极连接有由电感L3和电阻R2组成的基极偏压电路，三极管T1的发射极接地。所述的初级放大器的输出端与低通滤波器4连接，该低通滤波器4的输出端连接有电调衰减器15，该电调衰减器15控制整机输出功率并起到一定的隔离作用保护前级电路，电调衰减器15的输出端连接二级放大器，该二级放大器包括787功放模块17和连接在787功放模块17输出端的具有第二晶体管的放大电路，所述的具有第二晶体管的放大电路包括第二晶体管、输入端可调偏压电路、第一阻抗匹配电路、第二阻抗匹配电路和电源滤波扼流电路，第二晶体管为晶体管T2，输入端可调偏压器由电阻R6、电感L10、电阻R8、电感C11、电阻R7组成，电阻R7与+5V电源连接，第一阻抗匹配电路由电容C7、电容C8、电感L6组成，第二阻抗匹配电路由电感L8、电容C12、电容C13组成，电源滤波扼流电路由电容C9、电容C10、电感L7、电感L9组成，电感L9与电源连接。第一阻抗匹配电路与晶体管T2的栅极阻抗匹配到50Ω，第二阻抗匹配电路与晶体管T2漏极阻抗匹配到50Ω，输入端可调偏压器连接在晶体管T2的栅极，电源滤波扼流器连接在晶体管T2的漏极，电源滤波扼流器与电源连接，晶体管T2源极接地。晶体管T2的漏极连接有功率分配放大器18。所述的功率分配放大器18包括功率分配器和至少两组具有阻抗匹配作用的功率放大电路，每组功率放大电路包括输入阻抗匹配变压器、晶体管和输出阻抗匹配变压器，下面以第一组功率放大电路为例，其余各组功率放大电路与第一组功率放大电路结构相同，输入阻抗匹配变压器为变压器1，晶体管为T3，输出阻抗匹配变压器为变压器2，变压器1连接在晶体管T3的栅极，变压器2连接在晶体管T3的漏极，晶体管T3源极接地。晶体管T3输出的功率经变压器2阻抗匹配后输出到合成滤波器，该合成滤波器由电容C30、电容C31、电容C32、电感L17、电感L18组成。合成滤波器的输出端与功率检测器14连接，功率检测器14为定向耦合器，其输出端连接有保护电路12，该保护电路12与控制电路7连接。
信号源1石英晶振加+5V电源产生所需频率信号，经电容C2耦合到由D1～D4组成的调制开关2，L1、L2为高频扼流圈，阻止高频信号到地，信号调制后经晶体管T1放大至mW级，通过L3、R2产生偏压，L4、C3、C4共同组成电源滤波扼流电路，经C5耦合出来到低通滤被器4，滤除谐波，产生所需频率标准正弦波，再经过电调衰减器15控制整机输出功率并起到一定的隔离作用保护前级电路；经C6、787功放模块放大至1W，经过晶体管T2，功率输出可达到十几瓦，然后经过功率分配器，将功率分配为至少两等份，R9为平衡电阻，每条支路完全相同，功率信号经过变压器1、晶体管T3和变压器2阻抗匹配后，输出到合成滤波器6进行功率合成并滤除谐波，然后总功率输出到定向耦合器检测正反向功率，最后输出。控制电路7连接有功率显示器8、手动调节器9、脉冲电路10和计算机接口11，用控制电路7来控制振荡器进行功率调节和功率显示，由定向耦合器16检测输出功率，通过功率显示器8显示，当经过功放电路未得到所需功率时可通过手动调节器或通过计算机接口11来调节输入DC电压继而改变功率输出大小，当功率检测部分测到反向功率过大时则可通过控制电路7来截断振荡器1的输出起到保护器件的作用。