[发明专利]射频功率组合器

说明书

技术领域

本发明涉及高功率微波发生器，并且可以在设计功率组合器/分配器的电路时使用。

背景技术

强大的微波发生器当前由两个基本方案中的一个来构建：作为单个高功率放大器或基于将来自多个单独源的功率组合。本申请考虑发生器的第二方案。

在本领域中已知功率组合器/分配器的多种方案。大多数常规功率组合器基于对功率进行组合/分配的两个原理操作。第一原理依赖于在同轴电缆中实现的不同传输线、带状线和用于在不同类型的传输线之间转换（transition）的平衡－不平衡变换器的使用。在美国专利5,767,755和5,334,957中公开了基于Wilkinson方案的此类功率组合器的示例，并且规定了具有多个输入端子和输出端子的多个传输线、以及用于打开/关闭从相应输入端提供RF信号的相应连接的多个RF开关的使用。基于Gysel原理的多通道功率组合器/分配器（诸如在美国专利5,164,689和5,880,648中公开的那些）包括公共输出/输入端口、多个输入/输出端口和将相应端口互连的对应多个第一和第二传输线，其通过微带技术在平面衬底上或者用针对高功率水平的同轴传输线加以实现。然而，这两种类型的方案对发射功率水平具有限制，其通常不超过几千瓦。

对功率进行组合/分配的另一众所周知的原理依赖于波导耦合器的使用，其使用在单个波导中接合一组波导的原理。在这种情况下，可以在相同类型的波导上（US6,411,174；US5,892,414）或者以波类型的变换来提供输入和输出，该波类型变换将设计的特定需要考虑在内，例如使用同轴至波导转换（US2012/0025928）或矩形至圆形波导转换（US7,432,780）。这种类型的功率组合器可以在高功率水平下操作，但是其对正被组合的功率源的数目具有限制，并且在低RF频段下具有大尺寸。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于将RF功率组合的设备，其确保频率和相位的高稳定性，并且以紧凑的尺寸和低成本为特征。

在用于将RF功率组合的设备中达到该目的，该设备包括腔体，例如具有矩形截面，带有中心（同轴）圆柱形导体；一组电感耦合元件，用于从多个源向腔体中输入RF功率，以及用于输出组合功率的活动输出元件。

该腔体可以是圆柱形腔体，或者可以具有多边形截面。

该轴向圆柱形导体具有可变直径，其中，轴向圆柱形导体的中间部分具有较大直径。这允许增加腔体的侧壁附近的磁场的振幅。

腔体的长度近似等于波长的一半，但是可改变，因为中心导体的半径的变化对振荡电路的传导性有贡献。

用于输入RF功率的电感耦合元件（配置为耦合环路）被设置在磁场振幅的最大值处。此类布置提供最佳耦合。

用于输出在腔体容积中组合的功率的活动输出元件被配置为耦合环路并被固定在轴向圆柱形导体上。

在可能实施例中，一种根据本发明的用于将RF功率组合的方法包括：为矩形腔体提供沿着腔体的纵轴设置的中心导体；经由设置在腔体中的磁场振幅的最大值处的相应电感耦合元件从多个源向腔体输入RF功率；将从腔体中的所述多个源输入的RF功率组合，以及经由被固定在中心导体上的活动耦合元件从腔体输出组合RF功率。

附图说明

通过附图中所示的示例的方式来举例说明本发明，在所述附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的用于将RF功率组合的设备的实施例；

图2a示出了带有具有可变截面的中心导体的腔体中的磁场的分布；

图2b是图示出沿着腔体长度的磁场振幅的分布的图；

图3a示出了带有具有可变截面的中心导体的腔体中的电场的分布；

图3b是图示出沿着腔体长度的电场振幅的分布的图。

具体实施方式

如图1中所示，根据本发明的用于将RF功率组合的设备包括波导1、具有较大半径中心部分3的中心（轴向）圆柱形导体2、被配置为电感耦合环路的用于从源5输入RF功率的元件4以及被固定在中心导体2上的用于输出组合RF功率的活动输出元件6。腔体1具有近似等于波长的一半的长度。

RF功率组合设备以以下方式操作。经由腔体1中的电感RF功率输入元件4输入来自源5的RF功率。来自所述多个源5的输入功率在腔体1中被组合，其中，分别地如图2a和3a中所示地设定电场和磁场的分布。图3a和3b分别地示出了沿着腔体长度的磁场和电场的振幅的对应变化。

经由被固定在中心导体2上的活动组合RF功率输出构件6从腔体1输出组合RF功率。

本功率组合器将来自多达64个的离散源的功率组合。根据要解决的设计任务来选择源的数目。本发明方案提供频率和相位的高稳定性，并且以紧凑的尺寸和低成本为特征。