[发明专利]一种高功率脉冲固态功率源系统

说明书

本发明涉及一种高功率脉冲固态功率源系统，该系统包括前级功放单元、分配器、末级功放单元、合成器、控制单元、功率传输系统和DC电源模块；前级功放单元的输入端用于连接信号源，前级功放单元的输出端连接分配器的输入端口，分配器的每个输出端口分别连接每一末级功放单元的输入端，每一末级功放单元的输出端连接合成器的输入端，合成器的输出端连接功率传输系统的输入端，功率传输系统的输出端连接控制单元，DC电源模块用于为各器件进行供电。本发明可以广泛应用于固态功率源制作及使用中。

技术领域

本发明是关于一种高功率脉冲固态功率源系统，涉及加速器领域。

背景技术

固态功率源系统具有工作电压低、性能稳定可靠、故障率低、易于维护且并联工作的特点，近年来在加速器领域得到了越来越广泛的应用。在加速器尤其是脉冲加速器建设中，对固态功率源系统提出了需要具备安全、稳定、可靠、长寿命且便于维护的要求。

一般情况下，固态功率源是将小功率信号经过多级的分配为N路，再经过N个功率放大器放大，将N路功率合成为一路输出的基本逻辑来进行设计，这种固态功率源先是在广播电视和卫星雷达等功率发射的行业内发展较快。后来，随着5G的发展，带动了半导体功放管价格的显著降低和技术的快速更迭，半导体技术和通信技术都为固态功率源的发展提供了强大助力。固态功率源的应用场景也随之进入了高速发展期，已经发展到工业、农业、医疗等多个行业，同时也利用其自身的优点迅速成为了加速器功率源的主流形式。

但是，目前在高功率的应用场合，尤其是兆瓦级功率的应用上电真空器件还是具有统治地位。随着单个功放管的功率越来越高，合成技术也有了长足的进步。现有的固态功率源除热耗问题外，在窄脉冲高功率的应用上，固态功率源也有了一些可行的方案，例如：越来越多的高功率密度器件的出现，对功率的提升空间非常巨大，尤其是中低频率下的功放器件突破巨大。得益于高科技事业和基础研究的飞速发展，半导体工艺在材料研究上有了长足的进步。

现有的固态功率源的主要问题是：单管功率过低，使得高功率场合必需要数量非常多的功率模块；同时，由于材料热耗的原因，使得过高的节温进一步限制了单管的输出能力。由于过多的功率模块需要合成，合成器的损耗叠加多个模块的幅度相位造成的不一致性也会导致合成效率并不理想。随着模块数量的增多，合成级数的增多导致合成效率一直呈现逐步降低的趋势。上述原因导致了在高功率场合下，固态器件不如电真空器件，极大地限制了固态功率源的推广和普及。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，针对上述问题，本发明的目的是提供一种安全、稳定、可靠、便于维护且满足低压运行需求的高功率脉冲固态功率源系统。

为了实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：本发明提供的一种高功率脉冲固态功率源系统，该系统包括前级功放单元、分配器、末级功放单元、合成器、控制单元、功率传输系统和DC电源模块；所述前级功放单元的输入端用于连接信号源，所述前级功放单元的输出端连接所述分配器的输入端口，所述分配器的每个输出端口分别连接每一所述末级功放单元的输入端，每一所述末级功放单元的输出端连接所述合成器的输入端，所述合成器的输出端连接所述功率传输系统的输入端，所述功率传输系统的输出端连接所述控制单元，所述DC电源模块用于为各器件进行供电。

进一步地，每一所述末级功放单元包括若干个并联连接的功放器件。

进一步地，每一所述功放器件均包括功放管、环形器、定向耦合器、射频功率输出模块、温度监控模块、电流监控模块、通讯模块、射频功率输出模块和功率监控模块；所述分配器输出的射频信息经所述功放管功率放大后分别传输至所述温度监控模块、电流监控模块和环形器，所述温度监控模块和电流监控模块经所述通讯模块传输至所述控制单元；射频信息经所述环形器传输至所述定向耦合器，所述定向耦合器将处理后的射频信息传输至所述射频功率输出模块和功率监控模块，所述功率监控模块经所述通讯模块传输至所述控制单元。

进一步地，每一所述功放管均采用第三代半导体材料制作。