输送精确RF电压的谐振传输线路制造技术

一种从第一子系统向第二子系统传送时变电压信号并对时变电压信号进行监测和控制的系统，该系统包括具有第一端和第二端的传输线路，传输线路从第一子系统处的所述第一端延伸至第二子系统处的所述第二端。传输线路被配置为无端接的，并且具有大致等于时变电压信号的一半波长的多倍的电气长度。该系统还可以包括：自适应控制部，该自适应控制部被配置成将时变电压信号联接至所述第一端，并且基于对第一端处的时变电压信号的采样来调节时变电压信号的发生器；以及处于第二子系统处的至少一个变压器，所述至少一个变压器被电联接至所述第二端并且被配置成增加时变电压信号的幅度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】输送精确RF电压的谐振传输线路相关申请本申请是2018年11月15日提交的美国申请No.16/192,223的继续申请。上述申请的全部教导通过引用并入本文中。
技术介绍
如在残留气体分析仪(RGA)和其它质谱仪中使用的四极分析仪需要精确控制的两相RF电源信号。该RF电源信号幅度约为数百伏特峰值(Vpk)，并且其频率通常为几MHz。实际电压幅度和频率可能取决于所需的质量范围以及四极分析仪的各种特性。四极分析仪应用例如可以利用在1.8432MHz时幅度为187.6Vpk的RF电源信号，但是可以选择其它的电压和频率以适合特定的分析仪和质量范围。四极分析仪通常包括两个主要的子系统：托管四极装置和关联的硬件的四极子系统(在本文中也称为“真空系统”)；以及信号生成、控制和分析子系统，该信号生成、控制和分析子系统托管RF信号发生器、控制和分析部件以及其它支持电子装置。可以将四极子系统置于电离辐射环境中，这可能会使控制/分析子系统的半导体和其它部件退化。为了保护这些易损坏的部件，可以将控制/分析子系统相对于四极子系统远程地设置。在这样的配置中，四极子系统和控制/分析子系统可以通过线缆或其它通信介质连接，并且间隔开通常为数十米的距离。RF信号发生器通常为具有幅度调制器的、固定频率的晶控部件，该幅度调制器被配置成通过控制系统精确地控制RF信号幅度。控制系统包括准确的整流器，该整流器对四极子系统处的RF信号电压进行测量，并且将测量结果用作控制系统的反馈信号，以将RF信号幅度维持在所需的值。RF信号发生器和关联的控制系统通常是本领域公知的设计。通常的做法是使整流器与四极分析仪子系统并置，以准确测量正被施加至四极的RF信号的幅度。当在电离辐射环境中使用四极时，整流器可以是热离子二极管类型(例如，真空管)，这是因为半导体二极管在存在电离辐射的情况下会退化和/或发生故障。整流器输出信号必须被传递回至控制/分析子系统，这是很不方便的且有引入噪声的风险。还存在对于热离子二极管的报废以及实现热离子二极管所需的热丝电源(heatersupply)的复杂性的问题。
技术实现思路
所描述的实施方式致力于以下方法和系统：该方法和系统在远大于在现有技术系统中所穿越的距离(例如，15m)上传送RF信号，并且在控制/分析子系统处对四极分析仪处存在的RF信号电压幅度进行远程测量。延长RF信号传播的距离使控制/分析子系统的易损坏的部件安全地远离电离辐射环境。在控制/分析子系统处远程测量四极RF信号电压有助于将整流器定位于距四极分析仪的电离辐射环境的安全距离处，使得能够使用半导体整流器，并由此消除对热离子整流器的需求。所描述的实施方式可以包括在四极分析仪子系统与信号生成、控制和分析子系统之间延伸的开端型传输线路，该开端型传输线路可以在RF信号的频率进行谐振。该谐振传输线路被配置成使电气长度(即，有效线路长度)为工作频率的一半波长(λ/2)或者λ/2的整数倍。本文所描述的示例实施方式可以利用以下传输线路：该传输线路在1.8432MHz的工作频率时约为52米(λ/2×1)或104米(λ/2×2)，但是可以另选地使用52米的其它整数倍。当在其谐振频率(即，传输线路的电气长度为n×(λ/2)的频率，n为整数)被驱动时，谐振传输线路的输入和输出电压大致相同。因此，使用半个波长的谐振传输线路，可以远程地使用半导体二极管作为整流器，在信号生成、控制和分析子系统处对四极分析仪子系统处存在的RF信号电压幅度进行准确测量。在发生谐振时，传输线路阻抗是纯电阻性的，这避免了与复数阻抗相关联的低效率，且无需在传输线路的接收端进行匹配端接。所描述的实施方式还可以包括处于半波长传输线路的四极分析仪端处的一对升压变压器。所述升压变压器有助于在传输线路上使用比四极本身所需的电压低的电压。在示例实施方式中，升压变压器的匝数比为1:5，但是另选实施方式可以使用其它的匝数比。对于该示例实施方式，四极处的幅度为187Vpk的RF信号对应于传输线路上的幅度为约37.4Vpk的RF信号。与在没有变压器的情况下向四极提供RF信号的传输线路相比，传输线路上的较低的电压有助于降低耗散损耗。提供了一种从第一子系统向第二子系统传送时变电压信号并且对时变电压信号的幅度进行监测和自适应的控制的系统。该系统包括传输线路，该传输线路具有第一端和第二端，该传输线路从处于第一子系统处的第一端延伸至处于第二子系统处的第二端。该传输线路被配置成使物理长度对应于传输线路的电气长度，传输线路的电气长度大致等于时变电压信号的一半波长的正整数倍，传输线路被配置为是谐振的。第一子系统处的自适应控制设施配置成(i)将时变电压信号电联接至所述第一端，以及(ii)基于对所述第一端处的时变信号的采样，来调节该时变电压信号的发生器，以按所需水平保持时变电压信号的幅度。第二子系统处的至少一个变压器被电联接至传输线路的第二端，并且被配置为增加时变电压信号的幅度。第一子系统可以包括信号生成、控制和分析电子装置，并且第二子系统可以包括四极分析仪。时变电压信号可以是射频电压信号，该射频电压信号被配置为通过所述至少一个变压器施加至四极分析仪的四极部件。自适应控制设施可以包括整流器，该整流器被配置成对传输线路的第一端处的时变电压信号进行采样并且根据所述采样来生成反馈信号。自适应控制设施可以被配置成基于对所述第一端处的时变电压信号的采样来调节时变电压信号的发生器，以按所需水平保持该时变电压信号的幅度。整流器可以是半导体二极管。补偿二极管可以电联接至整流器。补偿二极管可以被配置成使得补偿二极管的传导电压相对于温度的变化减轻整流器的传导电压相对于温度的变化。从各式各样的线路长度中选择出的至少一个传输线路长度被添加至所述传输线路。所述至少一个传输线路长度配置成如果传输线路不在微调的调节范围内，则通过调节传输线路的物理长度来提供对传输线路的电气长度的粗略调节。微调可以通过与传输线路的第一端并联联接的可调节电容器，该可调节电容器被配置成提供补偿以使该传输线路谐振。可调谐振荡电路(tankcircuit)可以被配置成从信号发生器接收激励信号并且以该激励信号的频率进行谐振以生成时变电压信号。所述至少一个变压器可以包括两个变压器，这两个变压器被电联接至所述时变电压信号以生成该时变电压信号的两个相。或者，所述至少一个变压器可以包括单个变压器，该单个变压器具有初级绕组和两个次级绕组，这两个次级绕组被配置成生成被施加至初级绕组的时变电压信号的两个相。该传输线路可以是线缆组件的部件，该线缆组件包含用于在第一子系统与第二子系统之间输送信息、控制信号以及电力中的一项或更多项的一个或更多个通信路径。第一子系统可以距第二子系统至少半个波长。例如，第一子系统可以相距第二子系统至少30米，或者相距第二子系统至少50米。在从第一子系统向第二子系统传送时变电压信号并且对该时变电压信号的幅度进行监测和自适应的控制的方法中，将时变电压信号电联接至传输线路的第一端，该传输线路从处于第一子系统处的所述第一端延伸至处于第二子系统处的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从第一子系统向第二子系统传送时变电压信号并且对所述时变电压信号的幅度进行监测和自适应控制的系统，所述系统包括：/n传输线路，所述传输线路具有第一端和第二端，所述传输线路从处于所述第一子系统处的所述第一端延伸至处于所述第二子系统处的所述第二端，所述传输线路被配置成具有与所述传输线路的电气长度相对应的物理长度，所述传输线路的所述电气长度大致等于所述时变电压信号的一半波长的正整数倍，所述传输线路被配置为能够谐振；/n所述第一子系统处的自适应控制设施，所述自适应控制设施被配置成(i)将所述时变电压信号电联接至所述第一端，以及(ii)基于对所述第一端处的所述时变电压信号的采样来调节所述时变电压信号的发生器，以将所述时变电压信号的幅度保持在需要的水平；以及/n所述第二子系统处的至少一个变压器，所述至少一个变压器被电联接至所述第二端，并且被配置成增加所述时变电压信号的幅度。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181115 US 16/192,2231.一种从第一子系统向第二子系统传送时变电压信号并且对所述时变电压信号的幅度进行监测和自适应控制的系统，所述系统包括：
传输线路，所述传输线路具有第一端和第二端，所述传输线路从处于所述第一子系统处的所述第一端延伸至处于所述第二子系统处的所述第二端，所述传输线路被配置成具有与所述传输线路的电气长度相对应的物理长度，所述传输线路的所述电气长度大致等于所述时变电压信号的一半波长的正整数倍，所述传输线路被配置为能够谐振；
所述第一子系统处的自适应控制设施，所述自适应控制设施被配置成(i)将所述时变电压信号电联接至所述第一端，以及(ii)基于对所述第一端处的所述时变电压信号的采样来调节所述时变电压信号的发生器，以将所述时变电压信号的幅度保持在需要的水平；以及
所述第二子系统处的至少一个变压器，所述至少一个变压器被电联接至所述第二端，并且被配置成增加所述时变电压信号的幅度。


2.根据权利要求1所述的系统，所述系统包括：所述第一子系统包括信号生成、控制和分析电子装置，并且所述第二子系统包括四极分析仪，并且其中，所述时变电压信号是射频电压信号，所述射频电压信号被配置为通过所述至少一个变压器施加至所述四极分析仪的四极部件。


3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述自适应控制设施包括整流器，所述整流器被配置成对所述传输线路的所述第一端处的所述时变电压信号进行采样，并且根据所述采样来生成反馈信号。


4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述整流器是半导体二极管。


5.根据权利要求4所述的系统，所述系统还包括补偿二极管，所述补偿二极管被电联接至所述整流器，所述补偿二极管被配置成使得所述补偿二极管的传导电压相对于温度的变化减轻所述整流器的传导电压相对于温度的变化。


6.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括从各式各样的线路长度选择出的至少一个传输线路长度，所述至少一个传输线路长度被添加至所述传输线路，所述至少一个传输线路长度被配置成通过调节所述传输线路的所述物理长度来提供对所述传输线路的所述电气长度的粗略调节。


7.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括可调节电容器，所述可调节电容器与所述传输线路的所述第一端并联联接，所述可调节电容器被配置成提供补偿以将所述传输线路置于谐振中。


8.根据权利要求1所述的系统，所述系统还包括可调谐振荡电路，所述可调谐振荡电路被配置成从信号发生器接收激励信号，并且以所述激励信号的频率进行谐振以生成所述时变电压信号。


9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个变压器包括两个变压器，所述两个变压器被电联接至所述时变电压信号以生成所述时变电压信号的两个相。


10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个变压器包括单个变压器，所述单个变压器具有初级绕组和两个次级绕组，所述两个次级绕组被配置成生成被施加至所述初级绕组的所述时变电压信号的两个相。


11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述传输线路是线缆组件的部件，所述线缆组件包含一个或更多个通信路径，所述一个或更多个通信路径用于在所述第一子系统与所述第二子系统之间输送信息、控制信号以及电力中的一项或更多项。


12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一子系统的位置距所述第二子系统至少半个波长。


13.根据权利要求11所述的系统，其中，所述第一子系统的位置距所述第二子系统至少30米。


14.一种从第一子系统向第二子系统传送时变电压信号并且对所述时变电压信号的幅度进行监测和自适应控制的方法，所述方法包括：
将所述时变电压信号电联接至传输线路的第一端，所述传输线路从处于所述第一子系统处的所述第一端延伸至处于所述第二子系统处的第二端，
将所述传输线路的物理长度配置成与大致等于所述时变电压信号的一半波长的正整数倍的电气长度相对应；
在所...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·R·弗莱彻，
申请(专利权)人：万机仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US