本文關(guān)鍵詞：固態(tài)射頻功率源的研究與設(shè)計

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【摘要】：固態(tài)射頻功率源比起真空管器件擁有較低的工作電壓,使用壽命長,易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。固態(tài)射頻功率源代替真空管器件為大型加速器等設(shè)備提供功率是未來功率源的發(fā)展方向。上海軟X射線自由電子激光裝置作為第四代光源的代表,具有峰值亮度比同步輻射光源高109的優(yōu)點(diǎn)。為科學(xué)研究提供了前所未有的探測能力。自由電子激光裝置是利用高相對論品質(zhì)的電子束作為其工媒質(zhì),然后在波蕩器的周期性變化磁場中以受激輻射方式放大電磁輻射的一種新型光源。自由電子激光裝置功率源的幅度和相位穩(wěn)定,對其獲得高亮度,短脈沖,相干性好的激光有著重要的作用。本文詳細(xì)介紹了一臺用于上海軟X射線自由電子激光裝置的S波段固態(tài)射頻功率源的設(shè)計和制造過程,以及固態(tài)功率源完整的性能測試實(shí)驗結(jié)果。這個固態(tài)射頻功率源的工作頻率在2856MHz,使用三級放大,四路合成的放大方式。在一分貝壓縮點(diǎn)處,功率增益大于59dB。固態(tài)功率源中集成了一個射頻開關(guān)模塊,可以將行波輸入變成脈沖波,并且脈沖寬度可調(diào)。。本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于將固態(tài)功率放大器相位抖動的RMS值降低到0.015°以下。這是世界上第一臺相位穩(wěn)定性可以達(dá)到這個量級的S波段固態(tài)功率源。除此之外,功率放大器的輸出脈沖前后沿抖動小于5ns,脈沖平頂?shù)腞MS值小于0.2%。這些性能都屬于世界領(lǐng)先水平。本文分析了固態(tài)功率放大器在設(shè)計過程中產(chǎn)生相位抖動的原因。使用模塊化設(shè)計的方法設(shè)計固態(tài)功率源。通過軟件仿真模擬設(shè)計的固態(tài)功率放大器模塊,使其可以達(dá)到要求的輸出功率。在此基礎(chǔ)上,使用消除寄生參數(shù),降低電磁耦合噪聲的影響等方法實(shí)現(xiàn)功率放大器模塊低相位抖動功率輸出的結(jié)果。同時,使用電源保護(hù)電路,光耦元件等方法降低其他模塊對相位抖動的影響。從而得到需要的結(jié)果。固態(tài)功率源設(shè)計完成之后,對其進(jìn)行了完整的參數(shù)測試實(shí)驗。使用頻譜儀測試了功率放大器的頻譜曲線,使用功率計測量了功率源的輸出功率。并使用上海應(yīng)用物理研究所自行研發(fā)的低電平系統(tǒng)測試了固態(tài)功率源的相位抖動以及脈沖平頂。均達(dá)到了設(shè)計指標(biāo)。本文還介紹了一個臺工作在250MHz的高線性固態(tài)功率放大器模塊的設(shè)計過程。該放大器模塊將用于組成輸出功率為100kW的固態(tài)功率源為能量回收型直線加速器提供功率。放大器模塊使用傳輸線匹配和集總元件匹配相結(jié)合的方式進(jìn)行設(shè)計。設(shè)計過程利用ADS軟件進(jìn)行仿真和優(yōu)化,達(dá)到需要的設(shè)計指標(biāo)。在輸入阻抗匹配設(shè)計中,使用了緊湊化結(jié)構(gòu),縮小電路尺寸。在輸出阻抗匹配電路的設(shè)計中,使用了可以有效抑制高次諧波,提高放大器的性能的濾波器匹配結(jié)構(gòu)。仿真結(jié)果得出,該放大器具有結(jié)構(gòu)緊湊,高次諧波抑制性好,輸出功率大等優(yōu)點(diǎn)。本文的最后,介紹了一個X波段功率放大器設(shè)計過程,介紹了X波段固態(tài)功率放大器的設(shè)計難點(diǎn)。分析了金線鍵合對放大器的影響。并提出了使用金線補(bǔ)償電路的方法,消除金線鍵合對放大器匹配電路的影響。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN722.75;TN249

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本文編號：1276670