6 kW Solid-State Microwave Generator for ISM Applications

RFHIC Corp.，www.rfhic.com

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RFHIC的6kW固态微波发生器可为2.4GHz工业、科学和医学（ISM）应用场景提供优异的性能，例如用于人造钻石生长的CVD反应器，用于半导体膜的PVD薄膜沉积设备以及用于工业食品加工的干燥/灭菌过程。

紧凑、轻巧的RIU256K0-40T发生器使用GaN功率放大器（PA），工作频率为2.4至2.5GHz，由四个1.6kW的GaN功率放大器和一个独立的框架式固态功率放大器（SSPA）组成（图1）。该SSPA支持CW和脉冲工作方式，并可根据应用场景的需求进行定制。RIU256K0-40T的可调功率范围为额定输出的5%至100%，它利用RFHIC的技术在低功率和高功率水平下均可实现很高的系统效率（图2）。

图1：SSPA前端

图2：系统效率与输出功率

发生器中的每个GaN PA均使用RFHIC的高性能SiC基GaN晶体管技术，该技术可提供宽带宽、高效率、高击穿电压，并可减小系统整体尺寸。RIU256K0-40T使用200W晶体管（IE24200P），其在50V偏置下具有230W的饱和输出功率和74%的漏极效率，完全匹配的晶体管在两个RF端口上均集成了DC隔离电容器，以简化SSPA集成。

SSPA与管子

许多历史上的射频能量应用都使用真空管或磁控管作为核心射频发生器。这样的系统在控制频率、功率和相位方面具有明显缺点。RIY256K0-40T包含RFHIC的驱动和控制模块，可精确设置输出频率和功率，并且与磁控管相比，该发生器可提供纯净的信号，噪声和杂散辐射都很低（图3）。另一个优点是无需任何预热时间即可产生全部功率。

图3：SSPA前端和磁控管前端的信号纯度对比

管子的寿命很短，通常小于6000小时，这会使机器停止并增加工作成本。RIU256K0-40T的使用寿命在50000到100000小时之间，具体取决于工作条件，这样节省了大量的成本。与磁控管和其他使用单个供电源的管基系统不同，RIU256K0-40T结合了四个坚固的GaN SSPA，如果其中一个PA发生故障，系统也可以正常降低功率运行。管基系统需要发生器内部有高压电源，这些电源容易产生电弧。SSPA则工作在50V的安全电压下。

RIU256K0-40T使用水冷却来消除大型金属散热器的热量，并减小了发生器尺寸。通过水冷却，SSPA可以与管基系统的现有冷却设备兼容，从而为客户减少了安装和运行成本。该系统具有多个传感器，可检测水流量、SSPA温度和VSWR。如果发生异常操作，系统将自动关闭并警告用户，确保发生器不会损坏。RIU256K0-40T具有LCD触摸屏和滚轮，可以完全访问系统控件、传感器和警报器；还可以使用笔记本电脑或远程PC进行全面监视和控制。远程控制方式可选择PLC、CAN或蓝牙。

模块设计

RIU256K0-40T是一个独立的框架安装式系统，分为两部分：

l 具有隔离器的SSPA前端，宽42.4cm，长74.7cm，高25.6cm，重41kg。

l 电源，宽48.3cm，长43.2cm，高17.7cm，重29kg。电源使用三相380V交流电，为GaN晶体管产生50V的偏置电压。该电源包含六个3kW整流器模块，用于分担负载，可以热插拔及n+1冗余，这意味着如果其中一个电源模块出现故障，SSPA将继续运行。只需替换故障模块，而无需更换整个发生器。

利用RFHIC的四路波导合路器将四个1.6kW的SSPA组合在一起，可产生6kW的CW输出。从2.4GHz到2.5GHz，WR340合路器的最大插入损耗为0.1dB，VSWR为1.1:1，端口之间的不平衡度小于3度。该发生器具有可扩展性，用户可以添加RFHIC的现成商用功率放大器，而无需手动实现相位同步。这种灵活性最大程度地提高了放大器的利用率，减少了资本支出，缩短了开发时间。

RFHIC表示，它是全球第一家也是唯一一家拥有从GaN晶体管和功率放大器到完整系统、从现成商业产品到定制模块和输出功率达数兆瓦的子系统的公司。RFHIC的强大能力确保了低成本和高品质的产品，并提供快速的交付周期和售后服务。