[发明专利]一种大功率射频功率源输出功率线性控制系统和方法

说明书

本发明涉及一种大功率射频功率源输出功率线性控制系统和方法，所述系统包括射频信号产生单元、射频功放模块组、功率合成单元、控制信号源、信号处理单元、功率控制单元；射频功放模块组的每个射频功放模块连接至功率合成单元中功率合成变压器的初级；功率合成单元对各个射频功放模块的功率进行合成输出；控制信号源是给定的用于控制输出功率的模拟电压信号；所述功率控制单元根据信号处理单元得到的数字信号，通过协同调整功率模块数量以及供电单元电压控制射频功放模块组的功率输出。本发明实现了模拟信号对射频功率源输出功率的线性控制，保证了输出功率的线性叠加，从根本上解决了功率调节精度下降的问题，提高了在高功率输出条件下的功率调节精度。

技术领域

本发明应用于射频负离子源中性束注入器领域，具体涉及一种大功率射频功率源输出功率线性控制系统和方法。

背景技术

射频负离子源中性束注入器需要大功率射频功率源为电感耦合方式的驱动线圈提供射频功率产生等离子体。应用于该领域的射频功率源需要具有大功率输出以及高线性、高精度的特点，为了获得足够大的射频功率，现有的技术是利用功率合成变压器对多个射频功放模块进行功率叠加输出，每个射频功放模块在次级叠加的电压是固定的。通过研究发现，这样的设计使得输出功率和打开的射频功放模块数量呈现二次增长关系。因此为了实现对输出功率的线性控制，需要在拥有足够多的射频功率源功率等级的条件下，进行非线性补偿，即设置模拟控制信号相对射频功放模块数量的反函数关系，从而实现模拟控制信号和射频输出功率的线性对应。

由于射频输出功率相对射频功放模块的二次增长关系，意味着随着打开射频功放模块数量的增加，每多增加一块射频功放模块带来的输出功率增幅都会增加，这就导致随着射频功率的增加，其功率调节精度呈下降趋势。应用于中性束注入器的射频功率源通常工作在高功率条件下，同时希望能够拥有较高的功率调节精度。然而，与调节精度固定的线性增长模式相比，二次关系增长在功率较小的时候获得更高的精度，在功率较大的时候获得更低的精度。

在上面所述的功率控制方法中，对输出功率的线性控制是通过非线性补偿的形式来实现的，这样的方式没有改变功率调节的本质，没有改善输出功率调节精度下降的特性。

发明内容

为了克服现有射频功率源功率调节精度随着射频输出功率的增加呈现下降趋势的缺点，本发明提出了一种输出功率线性控制系统和方法，可以用于实现输出功率的线性叠加，以获得较高的功率调节精度，实现了控制信号对大功率射频功率源输出功率的线性控制。

本发明的技术方案为：一种大功率射频功率源输出功率线性控制系统，用于实现模拟信号对射频功率源输出功率的线性控制，所述系统包括射频信号产生单元、射频功放模块组、功率合成单元、控制信号源、信号处理单元、功率控制单元；

所述射频信号产生单元是大功率全固态射频功率源射频通路，射频通路产生的射频信号作为射频功放模块组的输入信号；

所述射频功放模块组包括多个完全相同的射频功放模块，每个射频功放模块根据其负载等效阻抗的变化产生相应的射频功率，并且能够通过控制信号决定模块的开通或者关断；每个射频功放模块连接至功率合成单元中功率合成变压器的初级；

所述功率合成单元利用功率合成变压器对各个射频功放模块的功率进行合成输出，并且所述功率合成单元配有相应的阻抗匹配和滤波电路；

所述控制信号源是给定的用于控制输出功率的模拟电压信号；

所述信号处理单元对输入的控制信号进行预处理，输出数字信号；

所述功率控制单元根据信号处理单元得到的数字信号，通过协同调整功率模块数量以及供电单元电压控制射频功放模块组的功率输出。

进一步的，所述信号处理单元包括电压转化电路、数模转换电路，其中：

所述电压转化电路将信号转化为AD转换模块所需要的电压域；