[实用新型]HF功率耦合器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种HF功率耦合器，其用于耦合至少两个分别具有大于3kW的功率和在3和30M Hz之间的相等频率和可调节的彼此相位关系的高频功率信号，所述HF功率耦合器具有至少一个第一和第二电导体(110，111)，它们彼此间隔开并且电容式地和电感式地彼此耦合，其中，至少一个第一和/或第二导体的长度小于1m，优选小于0.5m，其中，第一导体是变压器的初级侧，第二导体是变压器的次级侧，其中，导体被构造为印刷电路板上的平的印制导线。 

背景技术

在激光激励处理或者等离子体处理的领域中，具有通常的工业频率13.56MHz和27.12MHz和1kW至50kW的输出功率的高频放大器是已知的。力求使用更大功率和更高频率的高频放大器，但由于各种原因实现较困难。 

一个原因是激光激励处理或等离子体处理的负载阻抗的非线性和动态的、往往不可预见的变化。阻抗的所述动态变化产生在放大器中导致损耗的反射。在此，在放大器的无功元件中、在馈电线中以及在匹配网络的无功元件中存储的高无功能量可以卸载并且建立过高的电压或电流，并且激励放大器振荡或者损坏部件。 

这种负载阻抗变化例如在点燃激光激励处理或等离子体处理时或者在等离子体处理中产生电弧时出现。另外必须考虑，脉冲式地运行高频运行的激光激励以及(在越来越大的程度上)高频激励的等离子体处理，即以例如100Hz至300kHz的脉冲频率接通和关断或者在两个功率区域之间转换高频放大器。在每个转换过程中产生短时间的反射，所述反射绝大部分在放大器中转化为损耗能量，即发热。 

这样的高频放大器的输出级对于小功率(1-6kW)已经以晶体管实现， 对于较大的功率使用通常的电子管。与晶体管相比，电子管相对于反射更稳健并且可以更好地导出损耗能量，但其较贵并且可能遭受由运行决定的磨损。此外其相对较大。连同控制电路和冷却装置一起，在开关柜中提供结构大小约为0.8m×1m×2m的电子管高频放大器。 

因此，越来越试图为较大功率的高频放大器装配晶体管输出级。通过使用晶体管化的放大器，显著增加了在共振运行中工作的、所连接的放大器的使用。在此，如此转换晶体管，使得仅仅产生非常小的损耗能量。由此可以构造具有非常小的尺寸和相对较高的功率的放大器。可实现具有约为0.3m×0.2m×0.2m的结构大小的13.56MHz、3kW放大器。这样的放大器由于其结构大小可以更好地集成在等离子体设备或激光激励设备中。 

可以通过多个同步运行的高频放大器的互联来实现具有晶体管化的输出级的大功率。所述互联通过所谓的组合器(Combiner)实现。存在多种结构类型的这样的组合器。 

一种在微波技术或无线电发射器技术中经常使用的组合器是所谓的90°混合耦合器，其也称为3dB耦合器。90°混合耦合器涉及四门单元(Viertor)。 

在使用90°混合耦合器作为组合器时，在两个门上分别连接一个具有分别相同的内阻、相同的输出频率和90°相移的输出信号的高频功率放大器。在第三门上连接具有负载电阻的负载。在第四门上连接负载平衡电阻。放大器的负载电阻、负载平衡电阻和内阻相同。如此设计90°混合电路(Hybrid)的仅仅无源的部件(导线、电容器、变压器或电感)，使得在负载上汇集两个放大器的功率，在负载平衡电阻上不输出功率，两个放大器是去耦合的并且不会相互影响。90°混合电路自身理想地无损耗，即两个高频放大器的功率被完全输送给位于第三门处的负载。 

由微波技术已知的3dB耦合器被构造为具有λ/4的导线长度的导线耦合器。这里λ应是与频率相应的波长。所述导线耦合器技术仅可非常不利地用于3和30MHz之间的频率，因为具有λ/4长度的结构大小有几米，这在所期望的发生器缩小方面意味着退步。 

替代地，由分立的部件构造90°混合耦合器，其中，90°混合耦合器通常具有至少一个用于电容式耦合的电容和一个具有用于电感式磁耦合的耦 合电感的变压器。 

为了调节90°混合耦合器的所期望的特性，耦合电感和耦合电容应满足以下条件： 

L_K＝Z₀/(2πf) 

C_K＝1/(2πfZ₀) 

其中： 

L_K：耦合电感 

C_K：耦合电容 

Z₀：波阻 

f：频率