500MHz多路功率合成器及固态功率放大器研制

• 作 者: 殷波
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 固态功率发射机 固态功率放大器 粒子加速器

在粒子加速器领域，超高能量一直是不懈的追求。传统上，主要采用速调管等电真空发射机作为射频功率源。目前，上海光源储存环采用了三台500MHz的速调管分别提供300kW的射频功率。随着半导体技术的发展，单个功率晶体管的输入越来越大，使得大功率的固态功率发射机成为可能，并日益得到广泛的应用。2005年，SOLEIL实验室研制成功了195kW的固态发射机，并且运行两年，工作稳定可靠。自此，固态功率发射机成为加速器领域的重要研究方向。　　
在此背景下，本论文对固态功率发射机的研制进行了研究。固态功率发射机主要包括三个部分：功率合成器，固态功率放大器模块，散热和控制系统。单个固态功率放大器模块的功率经功率合成器合成，实现大功率输出，而散热和控制系统确保发射机稳定运行。由于时间，经费和技术的限制，本论文主要对前两个部分做了详细的分析，设计，加工和测试。　　
本论文经过大量调研分析，研制出了八路径向波导结构的功率合成器。采用Computer System Technology(CST)软件仿真，经过不断优化，确定合成器结构参数。加工组装后，进行调谐和测试。实验结果表明：工作频率500MHz时，合成输出端口回波损耗小于-40dB；各个输入端口幅度相位基本一致，隔离度小于-17dB；合成效率大于93％。同仿真设计基本符合，达到应用要求。　　
固态功率放大器模块是固态发射机的核心器件，直接影响着它的体积和结构。本论文采用NXP半导体公司的BLF578型号LDMOS晶体管设计了输出功率达1kW的固态功率放大器模块。同时增益高达24dB，附加效率优于80％。目前，制板和测试正在紧密地开展中。　　
总而言之，本论文对促进固态发射机在国内加速器领域的应用具有非常重要的实际意义。