一种能实时监测并自动补偿的阻抗自动调谐系统技术方案

本发明专利技术涉及宽带高功率射频放大器阻抗自动调谐技术领域，尤指一种可以应用在宽带高频功率源通过实时监测前级放大器输出阻抗的失谐角来控制调整匹配网络的参数实现自动补偿功能，用以解决四极管前级阻抗失谐的一种能实时监测并自动补偿的阻抗自动调谐系统；主要包括通过阻抗谐振匹配网络连接的控制单元和高频功率源，本发明专利技术主要是一项自动跟踪阻抗调谐技术，更具体的是可以通过实时监测前级放大器输出阻抗的失谐角来控制调整匹配网络的参数，自动补偿四极管栅极电容Ckg1在宽频带内造成的阻抗变化，使得在整个宽频带工作范围内能够始终保证四极管栅极输入阻抗处于谐振匹配状态，从而可以大大提高大功率四极管放大器的工作效率和整机性能。

An automatic impedance tuning system with real time monitoring and automatic compensation

The invention relates to the technical field of broadband RF high power amplifier impedance automatic tuning, especially a can be used to control the adjustment of the matching network in the broadband RF power source through the real-time monitoring of pre amplifier output impedance of the detuning angle parameters of the automatic compensation function is used to solve the tetrode front stage impedance mismatch of a real time monitoring and automatic compensation impedance automatic tuning system; including the matching network connection control unit and a high frequency power source through the resonant impedance, the invention is an automatic tracking impedance tuning technique, more specifically to adjust control parameters can be matching network through real-time monitoring of pre amplifier output impedance detuning angle, automatic compensation tetrode gate capacitance Ckg1 in wide band impedance changes caused by the four, can always guarantee in the whole broadband working range The input impedance of the pole tube grid is in the resonant matching state, which can greatly improve the efficiency and the overall performance of the high power four pole amplifier.

【技术实现步骤摘要】
一种能实时监测并自动补偿的阻抗自动调谐系统
本专利技术涉及宽带高功率射频放大器阻抗自动调谐
，尤指一种可以应用在宽带高频功率源通过实时监测前级放大器输出阻抗的失谐角来控制调整匹配网络的参数实现自动补偿功能，用以解决四极管前级阻抗失谐的一种能实时监测并自动补偿的阻抗自动调谐系统。
技术介绍
在某些粒子加速器高频功率源和微波通讯的大功率短波发射机领域，或者在基础科学实验研究领域的质子和重离子加速器，以及空间辐射效应与加速器驱动洁净核能装置中要求高频大功率电子四极管放大器在一个较宽的频率范围内扫频工作，例如用于质子与重离子同步加速器和医用加速器治癌装置等的铁氧体加载高频加速腔就需要高频功率源要具有2倍频以上带宽的工作能力，为了保证高频功率源在宽频带内能够正常可靠的工作，功率放大器各级的阻抗匹配非常重要，由于四极管栅阴电容Ckg1的存在，扫频工作时栅极输入阻抗会随频率而改变，造成四极管前级阻抗失谐，导致前级放大器的反射功率增加，影响功率源的整机功率输出，致使功率源的整体性能变差；为了补偿由此造成的失谐，通常采用的技术是在前级放大器与四极管放大器之间加装一个无源的阻抗匹配网络，这对于窄带工作频率的功率放大器来说是可行的，但由于受元器件带宽限制，不可调节的阻抗匹配网络不能满足宽带匹配的要求，因此不适用于在宽频带下扫频工作的放大器。虽然在中国专利号为201410300942.1，专利名称为一种宽带高功率射频发射机调机方法中公开了一种宽带高功率射频发射机调机方法，其中涉及一种自动调谐的技术，即在宽带高功率射频发射机短脉冲运行时，利用数据采集系统监控发射机各级电子管放大器工作状态，通过分析采集到的电子管各参数来反馈调整发射机的各调谐元件，使发射机电子管放大器达到最佳的工作状态和最大功率输出，该方法虽然能够以数据图表的形式科学准确地反映发射机电子管放大器的工作状态，但是不能进行实时监测和阻抗自动调谐。
技术实现思路
为了克服现有技术中的不足，本专利技术旨在提供一种应用在粒子加速器高频功率源和微波通讯的大功率短波发射机领域，或者在基础科学实验研究领域的质子和重离子加速器，以及空间辐射效应与加速器驱动洁净核能装置中用以实时监测前级放大器输出阻抗的失谐角来控制调整匹配网络的参数进行自动补偿用以解决四极管前级阻抗失谐的一种能实时监测并自动补偿的阻抗自动调谐系统。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种能实时监测并自动补偿的阻抗自动调谐系统，所述的阻抗自动调谐系统主要包括通过阻抗谐振匹配网络连接的控制单元和高频功率源，其中控制单元连接在阻抗谐振匹配网络前端，高频功率源连接在阻抗谐振匹配网络后端。所述的高频功率源主要包括前级放大器、四极管放大器和高频负载，前级放大器经过阻抗谐振匹配网络与四极管放大器相连，为四极管提供输入信号驱动，四极管的栅阴电容Ckg1与栅极输入阻抗连接构成四极管放大器的输入阻抗，与阻抗谐振匹配网络连接，高频负载与四极管的阳极输出相连。所述的阻抗谐振匹配网络是由铁氧体环绕制成的可调节电感网络，包括四个铁氧体环绕制成的电感，所述的铁氧体环上绕有绕组，且四个铁氧体环共用一个120T的偏磁线圈，通过改变铁氧体环上偏磁线圈中的电流，就可以调节铁氧体环内的偏置磁场强度，使铁氧体环的磁导率发生改变，致使铁氧体环与绕组构成的电感值发生改变，因此可以通过控制偏磁电流来调节匹配网络的电感值，对由于频率变化造成的栅极输入阻抗的失谐进行中和与补偿，进而实现栅极阻抗的自动调谐匹配。所述的控制单元主要包括鉴相器、控制器和偏磁电源，所述的鉴相器用以对高频功率源前级放大器输出阻抗的相位差进行检测，鉴相器位于控制器前端，控制器的输出与偏磁电源连接，所述的控制器功能由FPGA编程实现，为提高控制信号远程传输的抗干扰能力，控制器与偏磁电源之间采用光缆数字通讯；偏磁电源与阻抗匹配网络的励磁线圈相接，通过比较前级放大器输入与输出信号的相位差去控制偏磁电流源的输出电流实现对匹配网络中的电感进行调节，实现对相位差进行补偿。所述的铁氧体环每两个为一对，这两个铁氧体环上的线圈采用反向并联绕制，使偏磁电流在电感线圈中产生的感应电压互相抵消。每个铁氧体环上绕有6圈绕组，绕组的圈数取决于匹配网络对电感量的需求。所述的每个铁氧体环上绕有匝数相同的绕组。所述的偏磁电源的输出电流由网络的调谐范围决定，范围在0~10A之间。所述的阻抗谐振匹配网络具有阻抗变换功能，将前级放大器的大值输出阻抗变换为小值的栅极输入阻抗，保证两级放大器之间的阻抗匹配。所述的阻抗谐振匹配网络具有4：1的阻抗变换功能，将前级放大器的800Ω输出阻抗变换为200Ω栅极输入阻抗。所述的控制器为PID控制器。所述的阻抗自动调谐系统可以通过实时监测前级放大器输出阻抗的失谐角来控制调整匹配网络的参数，自动补偿四极管栅极电容Ckg1在宽频带内造成的阻抗变化。本专利技术的有益效果体现在：本专利技术主要是一项自动跟踪阻抗调谐技术，更具体的是可以通过实时监测前级放大器输出阻抗的失谐角来控制调整匹配网络的参数，自动补偿四极管栅极电容Ckg1在宽频带内造成的阻抗变化，使得在整个宽频带工作范围内能够始终保证四极管栅极输入阻抗处于谐振匹配状态，从而可以大大提高大功率四极管放大器的工作效率和整机性能。附图说明图1是本专利技术的逻辑连接示意图。图2是本专利技术中阻抗谐振匹配网络的示意图。具体实施方式下面结合附图详细说明本专利技术的具体实施方式：如图1-2所示，一种能实时监测并自动补偿的阻抗自动调谐系统，所述的阻抗自动调谐系统主要包括通过阻抗谐振匹配网络连接的控制单元和高频功率源，其中控制单元连接在阻抗谐振匹配网络前端，高频功率源连接在阻抗谐振匹配网络后端。所述的高频功率源主要包括前级放大器、四极管放大器和高频负载，前级放大器经过阻抗谐振匹配网络与四极管放大器相连，为四极管提供输入信号驱动，四极管的栅阴电容Ckg1与栅极输入阻抗连接构成四极管放大器的输入阻抗，与阻抗谐振匹配网络连接，高频负载与四极管的阳极输出相连。所述的阻抗谐振匹配网络是由铁氧体环绕制成的可调节电感网络，阻抗谐振匹配网络具有阻抗变换功能，将前级放大器的大值输出阻抗变换为小值的栅极输入阻抗，保证两级放大器之间的阻抗匹配；阻抗谐振匹配网络具有4：1的阻抗变换功能，将前级放大器的800Ω输出阻抗变换为200Ω栅极输入阻抗。包括四个铁氧体环绕制成的电感，所述的每个铁氧体环上绕有匝数相同的绕组，且四个铁氧体环共用一个120T的偏磁线圈，更具体的是每个铁氧体环上绕有6圈绕组，绕组的圈数取决于匹配网络对电感量的需求；所述的铁氧体环每两个为一对，这两个铁氧体环上的线圈采用反向并联绕制，使偏磁电流在电感线圈中产生的感应电压互相抵消；通过改变铁氧体环上偏磁线圈中的电流，就可以调节铁氧体环内的偏置磁场强度，使铁氧体环的磁导率发生改变，致使铁氧体环与绕组构成的电感值发生改变，因此可以通过控制偏磁电流来调节匹配网络的电感值，对由于频率变化造成的栅极输入阻抗的失谐进行中和与补偿，进而实现栅极阻抗的自动调谐匹配。所述的控制单元主要包括鉴相器、控制器和偏磁电源，所述的鉴相器用以对高频功率源前级放大器输出阻抗的相位差进行检测，鉴相器位于控制器前端，控制器为PID控制器，控制器的输出与偏磁电源连接，偏磁电源的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能实时监测并自动补偿的阻抗自动调谐系统，其特征在于：所述的阻抗自动调谐系统主要包括通过阻抗谐振匹配网络连接的控制单元和高频功率源，其中控制单元连接在阻抗谐振匹配网络前端，高频功率源连接在阻抗谐振匹配网络后端；所述的高频功率源主要包括前级放大器、四极管放大器和高频负载，前级放大器经过阻抗谐振匹配网络与四极管放大器相连，为四极管提供输入信号驱动，四极管的栅阴电容Ckg1与栅极输入阻抗连接构成四极管放大器的输入阻抗，与阻抗谐振匹配网络连接，高频负载与四极管的阳极输出相连；所述的阻抗谐振匹配网络是由铁氧体环绕制成的可调节电感网络，包括四个铁氧体环绕制成的电感，所述的铁氧体环上绕有绕组，且四个铁氧体环共用一个120T的偏磁线圈，通过改变铁氧体环上偏磁线圈中的电流，就可以调节铁氧体环内的偏置磁场强度，使铁氧体环的磁导率发生改变，致使铁氧体环与绕组构成的电感值发生改变，因此可以通过控制偏磁电流来调节匹配网络的电感值，对由于频率变化造成的栅极输入阻抗的失谐进行中和与补偿，进而实现栅极阻抗的自动调谐匹配；所述的控制单元主要包括鉴相器、控制器和偏磁电源，所述的鉴相器用以对高频功率源前级放大器输出阻抗的相位差进行检测，鉴相器位于控制器前端，控制器的输出与偏磁电源连接，所述的控制器功能由FPGA编程实现，为提高控制信号远程传输的抗干扰能力，控制器与偏磁电源之间采用光缆数字通讯；偏磁电源与阻抗匹配网络的励磁线圈相接，通过比较前级放大器输入与输出信号的相位差去控制偏磁电流源的输出电流实现对匹配网络中的电感进行调节，实现对相位差进行补偿。...

【技术特征摘要】
1.一种能实时监测并自动补偿的阻抗自动调谐系统，其特征在于：所述的阻抗自动调谐系统主要包括通过阻抗谐振匹配网络连接的控制单元和高频功率源，其中控制单元连接在阻抗谐振匹配网络前端，高频功率源连接在阻抗谐振匹配网络后端；所述的高频功率源主要包括前级放大器、四极管放大器和高频负载，前级放大器经过阻抗谐振匹配网络与四极管放大器相连，为四极管提供输入信号驱动，四极管的栅阴电容Ckg1与栅极输入阻抗连接构成四极管放大器的输入阻抗，与阻抗谐振匹配网络连接，高频负载与四极管的阳极输出相连；所述的阻抗谐振匹配网络是由铁氧体环绕制成的可调节电感网络，包括四个铁氧体环绕制成的电感，所述的铁氧体环上绕有绕组，且四个铁氧体环共用一个120T的偏磁线圈，通过改变铁氧体环上偏磁线圈中的电流，就可以调节铁氧体环内的偏置磁场强度，使铁氧体环的磁导率发生改变，致使铁氧体环与绕组构成的电感值发生改变，因此可以通过控制偏磁电流来调节匹配网络的电感值，对由于频率变化造成的栅极输入阻抗的失谐进行中和与补偿，进而实现栅极阻抗的自动调谐匹配；所述的控制单元主要包括鉴相器、控制器和偏磁电源，所述的鉴相器用以对高频功率源前级放大器输出阻抗的相位差进行检测，鉴相器位于控制器前端，控制器的输出与偏磁电源连接，所述的控制器功能由FPGA编程实现，为提高控制信号远程传输的抗干扰能力，控制器与偏磁电源之间采用光缆数字通讯；偏磁电源与阻抗匹配网络的励磁线圈相接，通过比较前级放大器输入与输出信号的相位差去控制偏磁电流源的输出电流实现对匹配网络中的电感进行调节，实现对相位差进行补偿。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙虹，李晓，赵发成，张春林，朱骏裕，陈胜义，
申请(专利权)人：东莞中子科学中心，
类型：发明
国别省市：广东,44