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30kW、900-930MHz固态微波发生器
材料来源:《微波杂志》2021年5/6月号            录入时间:2021/6/8 9:33:50

30 kW, 900 to 930 MHz, Solid-State Microwave Generator

RFHIC公司www.rfhic.com

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RFHIC公司开发了一款30kW的固态微波发生器,用于工业和医疗应用,如消毒、加热、干燥、焊接和扫描。RIK0930K-40T采用全固态设计,使用GaN晶体管,在射频腔提供30kW的连续波输出功率,在30MHz的带宽上,系统效率为56%,可在900和930MHz之间进行调谐。

RFHIC的氮化镓微波发生器与市场上的磁控管相比,具有很多优势,为数字时代的微波能量应用树立了新的标准。RIK0930K-40T从产品和服务上都提供了差异化的价值。

 

模块化

该电源箱由8个可安装在机架上的架子组成,每个架子上都有两个2kW的GaN功率放大器(PA),它们都是水冷的。这种架子结构使用户可以很容易地接触到功率放大器,以便快速更换功率放大器和提高输出功率,同时将停机时间和维护成本降到最低。

该发生器有一个三相、50/60Hz、风冷的电源装置,能够在380-400VAC的电压下工作,并有一个WR-975波导转换器。220-240和480VAC的电源电压可作为定制选项。在不使用交流接线盒和外部电源组合器的情况下,发生器系统的尺寸为高2048厘米×深1018厘米×宽810厘米,重520公斤。发生器高度上减少了约178厘米,即4U。

 

数字监测和控制

RFHIC的固态微波发生器与磁控管相比有很多优势。磁控管的输出频率由腔体的物理尺寸决定,而且与GaN PA不同,磁控管不能放大外加微波信号的功率,只能作为振荡器,对频率、功率、相位和信号源的控制有限。磁控管由模拟电压控制,制约了用户对系统的远程控制和监测。

相比之下,RIK0930K-40T使用锁相环合成器以数字方式产生所需频率,产生的频率更精确、更稳定,本底噪声更低(1)。固态微波发生器系统包括RFHIC的软件套件,其中包括精确的和近乎瞬时的功率控制。提供了各种频率控制模式,包括频率扫频。软件内置的分析功能可进行实时监测和自动频率调整,使用户能够为应用创建最佳"配方"。系统不断监测和调整关键工作参数,为目标提供最佳的微波能量,在360度范围内调整频率和控制相位。

 

1 固态微波发生器(a)比典型的磁控管发生器(b)具有更好的频率控制能力和频谱纯度。1()3()6()kW时的输出功率。

 

RIK0930K-40T的另一个特点是高速、脉冲模式运行,脉冲占空比为1%-99%,从连续波到脉冲的切换时间为100ms。脉冲模式有利于等离子体的生成、焊接和灭菌应用。

 

耐用、可靠

磁控管系统配备了一个单一的微波源,在高达38kV的电压下工作。磁控管头的平均寿命为2000至5000小时,在其寿命期内通常会损失30%-40%的额定功率。寿命短和高电压操作使磁控管不适合自动化和工业操作,因为在这些操作中,安全和最少的停机时间是至关重要的。

为了解决这个问题,RFHIC设计的PA采用了GaN器件,因此微波发生器经久耐用,成本效益高,尤其适合敏捷制造。RIK0930K-40T配备了可靠的组件和各种保护功能,根据运行设置和使用情况,平均寿命为5万至10万小时。

如上所述,RIK0930K-40T包括一个三相、400VAC、50/60Hz的电源,为发生器提供50VDC的偏置。该发生器提供稳定的微波能量源,没有波动,为工业制造提供安全的环境。固态电源采用开关模式设计,有助于过滤交流纹波,使固态发生器对交流电源质量的敏感性低于磁控管。

为了加强保护,RIK0930K-40T配备了监测系统温度、正/反向功率和电流的传感器。系统内的PA的最高工作温度为80℃,最大电流为60A,如果系统的传感器检测到反向功率、温度或电流过高,系统就会自动关闭以防止损坏。系统中的16个PA中的每一个都配备了大功率隔离器,以吸收任何反射功率,防止其损坏PA。最大输出时的VSWR为3:1,系统在最大输出功率下可承受高达25%的反射能量,而不会造成任何损坏。

2 60kW固态微波发生器样机,由两台30kW发生器组合而成。

 

可升级

RFHIC的GaN微波发生器采用可扩展的架构设计,因此用户可以很容易地添加多个功率模块以满足不断变化的需求。为了增加可用功率范围,RFHIC正在开发一款60kW、900-930MHz的固态微波发生器(2)。计划在今年7月出样品。

 

价值

微波行业普遍意识到磁控管系统的购置成本低。受益于其较大的制造量,磁控管售价较低,但电源售价较高。相比之下,RFHIC的系统采用50VDC的高性价比电源,提高了系统效率和可靠性。虽然GaN PA的初始成本可能高于磁控管,但RFHIC的微波发生器的差异化优势在控制、质量和可靠性方面提供了显著的附加值。比较总拥有成本,GaN PA在两到三年内将相当于磁控管。


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