一种用于大功率射频源的高性能末级输出系统技术方案

本发明专利技术涉及一种用于大功率射频源的高性能末级输出系统，包括：腔体，设置在腔体内的电感和电容，电容包括第一电容和第二电容；电感的一端外接大功率射频源的功率放大器，电感的另一端分别与第一电容和第二电容的一端连接，第一电容的另一端为射频输出端，第二电容的另一端接地，第一电容和第二电容均为平板电容，电感为呈平面螺旋状的金属板条，第二电容的另一端对应的平板为腔体的腔体底板，腔体底板接地。本发明专利技术使用金属平板电容代替PCB上的小尺寸电容以及采用呈平面螺旋状的金属板条作为电感，避免了PCB的使用，平板电容和电感自身损耗小，不存在热聚集点，导热快，极大提高了末级大功率射频电容的可靠性，且成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种用于大功率射频源的高性能末级输出系统
本专利技术涉及射频源
，特别是涉及一种用于大功率射频源的高性能末级输出系统。
技术介绍
大功率射频源作为产生等离子体的能量来源，广泛应用于半导体制造、镀膜、大功率激光、基础科学研究等多个领域。常用的射频输出功率从几百瓦到几十千瓦不等，尽管大功率射频源已发展几十年，但目前仍然存在成本高而可靠性不够高的突出缺点。导致可靠性不高的根本原因在于大功率末级依然使用传统的电子产品系统体系，即使用印刷电路板(PCB)和通用元器件。以印刷电路板(PCB)和通用元器件为代表的电子产品系统体系经过过去几十年的发展，其极大提升了装配密度，提高了可靠性，降低了成本，是现阶段各类电子产品(如计算机、家电和智能手机等)的必然选择。然而该种架构体系仅适合处理几百瓦以下的中小功率，也即是绝大部分电子产品的功率范围，当处理的功率达到千瓦级以上时，尤其是射频信号，PCB自身的基材介质损耗和铜箔走线损耗变得十分显著，甚至超过自身的散热能力，会出现很多的热点区域，温升轻松超过100℃。同样的，通用元器件也是为中小功率设计的，在千瓦级以上的射频功率下非常脆弱。针对上述印刷电路板(PCB)和通用元器件的弱点，现有的大功率射频源在末级也采取了较多改进措施。例如，针对PCB自身基材的介质损耗，换用高性能低损耗PCB基材，甚至是昂贵的陶瓷基材；针对铜箔走线损耗，加宽加厚走线，镀金镀银，或者用航空航天军工级的厚膜工艺；针对元器件，选用顶级厂家的特制的射频电容，用很多个电容并联并加强散热，等等。每一项措施都成倍乃至几十倍的增加了成本和物料采购周期，且这些措施没有跳出传统的PCB+元器件的架构体系，在付出了昂贵的成本之后，并没有从根本上解决问题，可靠性依然不令人满意。另外，除了可靠性和成本问题上，PCB+元器件的架构体系用在千瓦级以上的射频领域，离散性大，性能也差。因为PCB+元器件的系统适合大批量规模生产，但缺乏逐台精确调节手段，PCB和元器件的参数本身具有离散性，在中小功率的电子产品上，可以通过增加设计余量容许这些离散性，但是在千瓦级乃至几十千瓦级的射频产品上，增加设计余量将带来成倍的成本增加、整机效率下降以及散热增加。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种用于大功率射频源的高性能末级输出系统。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于大功率射频源的高性能末级输出系统，包括：腔体，设置在所述腔体内的电感和电容，所述电容包括第一电容和第二电容；所述电感的一端外接所述大功率射频源的功率放大器，所述电感的另一端分别与所述第一电容和第二电容的一端连接，所述第一电容的另一端为射频输出端，所述第二电容的另一端接地，其特征在于，所述第一电容和所述第二电容均为平板电容，所述电感为呈平面螺旋状的金属板条，其中，所述第二电容的所述另一端对应的平板为所述腔体的腔体底板，所述腔体底板接地。本专利技术的有益效果是：使用一个面积有几十甚至上千平方厘米的金属平板电容代替PCB上的小尺寸电容，金属平板被设计成合适的尺寸与形状，使得第一电容和第二电容之间的电容量刚好符合要求，避免了PCB的使用，既能完成导电功能又能起到机械支撑作用。另外，平板电容自身损耗远小于传统射频电容，同时体积大几十、上百倍，工作温度极大降低，且不存在热聚集点，极大提高了末级大功率射频电容的可靠性。同时，本申请中的金属板条横截面积相比较现有薄膜电感较大，电感损耗小，导热快，温升很小。本申请克服了现有的大功率射频源主要缺点，尤其是可靠性差、成本高的缺点。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述金属板条的两端分别与所述功率放大器和所述第一电容顶板活动连接，通过调整所述两端的连接位置改变所述电感的电感值。本专利技术的进一步有益效果是：通常金属板条的截面积不小于12平方毫米，两端可用多个M3的螺钉直接与大面积平板电容固定，这种电感损耗小，导热快，温升很小，电感大小可通过上述多个M3螺钉灵活调节。进一步，所述电容还包括：从上往下依次水平设置的第一电容顶板、第二电容顶板和电容底板；所述第一电容顶板与所述第二电容顶板绝缘连接，所述第二电容顶板的一端通过导电连接柱外接N型接头，用于射频输出；所述第一电容顶板与所述电容底板导电连接，所述电容底板与所述腔体底板绝缘连接；所述电感与所述第一电容顶板电连接，所述第一电容顶板和所述第二电容顶板之间以及所述电容底板和所述第二电容顶板之间共同构成所述第一电容；所述电容底板和所述腔体底板构成所述第二电容。本专利技术的进一步有益效果是：与传统电容相比，金属平板电容的体积要大几十、上百倍，因此，内部的能量密度要低几十、上百倍；与传统电容的陶瓷介质相比，该平板电容的介质是空气，也可以是空气加很薄的低损耗绝缘材料(比如聚四氟)，因此介质损耗更小。构成平板电容的金属平板通常是厚度1mm以上的铝板或铜板，导电损耗比传统电容的焊接端子加PCB走线要小的多。进一步，所述第一电容顶板和所述第二电容顶板之间、所述第二电容顶板和所述电容底板之间、以及所述电容底板和所述腔体底板之间均设置有绝缘夹层，所述绝缘层的厚度根据实际需要设定。本专利技术的进一步有益效果是：与传统电容的陶瓷介质相比，平板电容的介质是空气，也可以是空气加很薄的低损耗绝缘材料(比如聚四氟)，因此介质损耗更小，根据实际需要，可通过改变绝缘夹层的材料和厚度来灵活、低成本的调节电容的电容大小。进一步，所述系统还包括：预设数量的第一绝缘圈；所述第一电容顶板的下表面均匀设置有朝下凸起的所述预设数量的导电凸台，所述导电凸台的中部设置有上下垂直贯穿所述第一电容顶板的第一螺钉孔，所述第一绝缘圈固定于所述第一电容顶板的下表面并套在所述导电凸台的外部；所述第二电容顶板上设置有所述预设数量的圆孔，每个所述导电凸台穿过其在所述第二电容顶板上对应的所述圆孔，且该导电凸台底部与所述电容底板接触连接；所述第一电容顶板、所述第二电容顶板和所述电容底板之间还通过螺钉穿过所述第一螺钉孔的方式固定连接。本专利技术的进一步有益效果是：绝缘圈的设置避免了第一电容顶板和第二电容顶板电接触，使得第一电容顶板和第二电容顶板构成第一电容，第一电容顶板和电容底板通过凸台导电连接，使得第一电容顶板和电容底板构成第二电容。进一步，所述第一电容顶板、所述第二电容顶板和所述电容底板之间的多个对应位置上还分别设置有第二螺钉孔，且所述第二电容顶板和所述电容底板上的所述第二螺钉孔比所述第一电容顶板上的所述第二螺钉孔大；所述系统还包括：一一对应的固定于所述第一电容顶板上的多个所述第二螺钉孔上的多个第二绝缘圈，所述第二绝缘圈与与其对应的所述第二螺钉孔的孔壁接触；所述第一电容顶板、所述第二电容顶板和所述电容底板之间还通过螺钉依次穿过所述第二绝缘圈、所述第二电容顶板和所述电容底板上的所述第二螺钉孔的方式固定连接。本专利技术的进一步有益效果是：通过在第一电容顶板、第二电容顶板和电容底板上设置螺钉孔，通过长螺钉将第一电容顶板、第二电容顶板和电容底板固定在一起。特别的，在螺钉和第一电容顶板之间通过第二绝缘圈隔离，另外，第二电容顶板和电容底板上的第二螺钉孔大于第一电容顶板上的第二螺钉孔，避免了螺钉与第二电容顶板和电容底板的电接触，通过上述方案，防本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于大功率射频源的高性能末级输出系统，包括：腔体，设置在所述腔体内的电感和电容，所述电容包括第一电容和第二电容；所述电感的一端外接所述大功率射频源的功率放大器，所述电感的另一端分别与所述第一电容和第二电容的一端连接，所述第一电容的另一端为射频输出端，所述第二电容的另一端接地，其特征在于，所述第一电容和所述第二电容均为平板电容，所述电感为呈平面螺旋状的金属板条，其中，所述第二电容的所述另一端对应的平板为所述腔体的腔体底板，所述腔体底板接地。

【技术特征摘要】
1.一种用于大功率射频源的高性能末级输出系统，包括：腔体，设置在所述腔体内的电感和电容，所述电容包括第一电容和第二电容；所述电感的一端外接所述大功率射频源的功率放大器，所述电感的另一端分别与所述第一电容和第二电容的一端连接，所述第一电容的另一端为射频输出端，所述第二电容的另一端接地，其特征在于，所述第一电容和所述第二电容均为平板电容，所述电感为呈平面螺旋状的金属板条，其中，所述第二电容的所述另一端对应的平板为所述腔体的腔体底板，所述腔体底板接地。2.根据权利要求1所述的一种用于大功率射频源的高性能末级输出系统，其特征在于，所述金属板条的两端分别与所述功率放大器和所述第一电容顶板活动连接，通过调整所述两端的连接位置改变所述电感的电感值。3.根据权利要求1所述的一种用于大功率射频源的高性能末级输出系统，其特征在于，所述电容还包括：从上往下依次水平设置的第一电容顶板、第二电容顶板和电容底板；所述第一电容顶板与所述第二电容顶板绝缘连接，所述第二电容顶板的一端通过导电连接柱外接N型接头，用于射频输出；所述第一电容顶板与所述电容底板导电连接，所述电容底板与所述腔体底板绝缘连接；所述电感与所述第一电容顶板电连接，所述第一电容顶板和所述第二电容顶板之间以及所述电容底板和所述第二电容顶板之间共同构成所述第一电容；所述电容底板和所述腔体底板构成所述第二电容。4.根据权利要求3所述的一种用于大功率射频源的高性能末级输出系统，其特征在于，所述第一电容顶板和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：甄德海，左世雄，杜晨，
申请(专利权)人：武汉市福志成科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42