Создание генератора на 2,45ГГц >50Вт Опции

[tl494]

Здравствуйте!

По теме своего диплома хочу создать генератор для накачки безэлектродной серной лампы. Смысл в том что в цилиндрическом резонаторе возбуждаем моду ТЕ111 и в пучность поля помещаем колбу с газом.
Сейчас имеется прототип такой системы с возбуждением от печного магнетрона мощностью около 700Вт.
Магнетрон подключается к волноводу а тот к резонатору через щель связи.


Требуется по сути создать аналогичное устройство но с мощностью порядка 50..100Вт частотой также 2,45.
Резонатор планирую возбуждать петлёй связи по коаксиалу.
Рассматривал несколько вариантов - автогенератор либо отдельно задающий ген + усилитель мощности.
Остановился пока на втором варианте т.к. по автогенераторам такой мощности и частоты не смог толком найти информации.

Задающий ген хочу взть готовый, VCO модуль 2436...2496MГц, 10мВт.
http://rfbayinc.com/upload/files/data_sheet/vco/v800me20.pdf

Вот с усилителем пока много неясностей..
Как я понимаю каскады должны работать в классе C т.к. повышается КПД а высокой линейности не требуется.
Для первых проб выбрал транзистор BLF2047
http://www.dectel.ru/philips/techdoc/RF/Ce...z/BLF2047_4.pdf
Импедансы у него документированы до 2,5ГГц.

В даташите приведена разводка платы для 2,2ГГц, попробовал для примера посчитать входную часть по диаграммам Смита (в программке Smith-chart) чтобы потом пересчитать на 2.45, но получается что-то совсем не то, т.е. импеданс приходит совсем не к 50 Омам. (линии считал в AppCADe, толщину и проницаемость подложки учёл). Проделывал тоже самое для другого транзистора PTF080901, там указаны электрические длины линий согласования, тоже не сходится.
Подскажите пожалуйста что здесь не так ?
Как-то приходилось согласовывать каскады усилителя ~200МГц по диаграммам Смита, тогда всё получалось.
Может быть совсем некорректно разбивать на отдельные линии даташитовскую топологию, а нужно моделировать топологию целиком ? Сейчас осваиваю HFSS для моделирования резонатора, возможно ли там смоделировать цепочку соласования ?

Заранее спасибо!

Мои знания в электронике - контроллеры Avr, Stm32, инверторы до киловатта, некоторые высоковольтные устройства на лучевых лампах., т.е. с СВЧ серьезно не сталкивался.

[tl494]

Немного разобрался с MWO, смоделировал согласующую цепочку для BLF2047 из даташита, S-параметров на него не нашёл поэтому задал входной импеданс в виде комплексного резистора.
Покрутив подстроечники и чуть укоротив одну линию получил на входе 50 Ом.
BLF2047 использую т.к. их уже заказали и по стоимости 20$ всего.


Пока моделировал накопились некоторые вопросы -
1. Есть линии типа Closed form и EM, какие "лучше" использовать ?, пробовал и те и другие разницы не заметил..
2. как экспортировать схему в виде картинки с бОльшим разрешением или увеличить шрифт подписей ?

Нашёл новые транзисторы у NXP как-раз на 2.45 для промышленного применения, КПД до 53% на CW. Они пока доступны только в виде сэмплов.
http://www.ru.nxp.com/products/rf/amplifie..._band/#products

Так что Вам стоит продолжить эксперименты с макетом - увеличить мощность накачки, завести ОС на изменение частоты резонанса при зажигании.

Пробовал менять частоту задающего VCO, 840-921МГц ток потребления и яркость колбы сильно меняются, четко виден максимум около 909Мгц, но я не уверен что дело именно в резонансе спирали, т.к. если на выход повесить 50омный резистор то максимум всеравно остаётся правда на более низкой частоте.
Попрбую еще добавить согласующую цепочку между выходом модуля и спиралью.

Мне всё больше кажется что нужно использоваь именно 915МГц т.к. тогда можно вытянуть те самые 70% КПД, но потребуестя придумывать другой способ возбуждения колбы..моделирую спиральные резонаторы в HFSS..
но непойму как хотябы примерно задать модель лампы в HFSS, если известно что колба объемом 0.5см^3 должна поглощать ~100Вт энергии.

А не проще ли включить тот же самый магнетрон, но со скважностью ~10?

Магнетрон к сожалению отпадает т.к. по тз и теме диплома должен быть именно полупроводниковый генератор.

Паралельно с оформлением диплома - подавайте заявку в патентный отдел на "полезную модель" как минимум.

Спасибо, попробую разузнать.

[merkader]

Пробовал менять частоту задающего VCO, 840-921МГц ток потребления и яркость колбы сильно меняются, четко виден максимум около 909Мгц, но я не уверен что дело именно в резонансе спирали, т.к. если на выход повесить 50омный резистор то максимум всеравно остаётся правда на более низкой частоте.
Попрбую еще добавить согласующую цепочку между выходом модуля и спиралью.

Это именно резонанс так вияет, шунтировать спираль не надо, следует добиваться как можно большей добротности, а она уже и так в 10 раз упала из-за диэлектрика колбы. Холодный (с колбой) резонанс следует настраивать на нижнюю часоту диапазона 915+/- 25 МГц тк с плазмой резонансная частота системы увеличивается.

Мне всё больше кажется что нужно использоваь именно 915МГц т.к. тогда можно вытянуть те самые 70% КПД, но потребуестя придумывать другой способ возбуждения колбы..моделирую спиральные резонаторы в HFSS..

В этом диапазоне частот напряжение пробоя меньше чем на 2,45 ГГц в 2-3 раза. Если удачно подобрать давление в колбе или регулировать в эксперименте. Те и минимально-небходимая для работы мощность может быть менше, а КПД драйвера выше. Единственно, что плотность плазмы будет меньше, но если колба не велика, то достижение плазмой критической плотности сильно не скажется.

но непойму как хотябы примерно задать модель лампы в HFSS, если известно что колба объемом 0.5см^3 должна поглощать ~100Вт энергии.

Справа колба внутри спирального резонатора.

Возможно это представление поможет сфомировать задание HFSS.