射頻RF和/或微波功率用適當的生成器產生。用于高功率應用的RF功率生成器基于管，例如速調管、感應輸出管或磁控管。可替代地，固態技術用于RF功率生成器，該固態技術特別是晶體管技術。有了固態RF功率生成器，具有小尺寸和高效率的可靠的RF功率產生是可能的。晶體管技術的缺點是：在以500MHz頻率的高達1.5kW功率輸出的范圍中，每個晶體管芯片的低RF功率輸出。為了比較，有了作為用于管技術的示例的速調管，高達某一兆瓦的RF功率輸出是可能的。
為了例如用基于晶體管的RF生成器生成大量的功率，RF生成器的聚集是必要的。例如基于推挽或平衡種類的拓撲，在單個功率放大器PA中的晶體管的聚集可以增加系統的復雜性，并且增加故障的風險。如果單個晶體管故障，必須交換整個設備。可替代的方式是使用具有共同的特別是單個功率組合器的許多功率放大器模塊。
在模塊化裝置中，來自經由傳輸線連接到共同的功率組合器的功率放大器模塊的RF功率在功率組合器中被聚集到高RF功率。例如，同軸電纜和/或帶狀線被用作傳輸線。由于不同的長度和屬性，傳輸線中的每一個向裝置引入單獨的功率損失和信號相移。這導致出現從功率組合器輸入反射回的功率，該功率可以在功率放大器(即RF模塊)之間被不等地劃分。它引起額外的功率損失，減少整體的輸出RF功率，并且可以導致放大器的過熱。
為了減少或防止損失，每個RF模塊必須被分離地配置以生成具有一定幅度和一定相位的單獨的信號，以向功率組合器提供相等的信號。在現有技術中，例如參見US20130170512A1和US20130051416A1，手動執行RF模塊的調節。所有RF模塊由單個預放大的振蕩器同相饋送，并且選擇性地使用連接到每個RF模塊的各自的輸入的可變阻抗電路，連接到功率組合器的每個RF模塊的幅度以及相位被手動調節。只有在傳輸線的長度是永久的情況下，才可應用所述的方法。長度的變化使新的調節成為必要。在一旦組裝系統之后，它幾乎不可以被調節。例如由于老化引起的電子元件的偏差不可以被補償，并且增加損失。
可替代地，在放大器操作期間可以連續地監測和調節RF模塊信號的幅度和相位。例如作為許多定向耦合器的額外的設備是必要的，并且必須被安裝在每個RF模塊輸出支路中，增加了成本和復雜性。
本發明的目的是提出一種用于RF高功率生成的裝置和方法，以克服以上提到的問題。特別地，本發明的目的是提供一種成本有效的易處理的組合件，其可以被自動調節(甚至在組裝之后)。應當防止RF輸出功率損失的減少(例如由組件的老化和/或連接線長度的改變所引起)，并且應當可達到來自功率組合器的最大輸出功率。提出的裝置和方法應當提供(特別在組件的組裝之后、靈活、在任何時間、容易而不太費力地)調節組件輸出信號的能力，以減少在功率組合器的輸出處的功率損失。
以上目的由根據權利要求1的用于RF高功率生成的裝置以及根據權利要求6的用于RF高功率生成的方法來實現。
在從屬權利要求中給出本發明的有利實施例。主權利要求的特征可以彼此組合以及與從屬權利要求的特征組合，并且從屬權利要求的特征可以組合在一起。
根據本發明的用于RF高功率生成的裝置包括：具有RF輸入和至少一個RF輸出的至少一個功率組合器，以及分別由至少一條傳輸線電連接到至少一個功率組合器的輸入的至少兩個功率放大器模塊。至少一個RF開關由至少一條傳輸線包括，并且至少一個定向耦合器電連接到至少一個功率組合器的至少一個RF輸出。
用于RF高功率生成的所述裝置提供一種成本有效的易處理的組合件，其可以被自動調節以優化功率輸出(甚至在組裝之后)。可以防止RF輸出功率損失的減少(例如由組件的老化和/或連接線長度的改變所引起)，并且可以使用至少一個RF開關和用于電氣參數調節的至少一個定向耦合器達到來自功率組合器的最大輸出功率。可以(特別在裝置的組裝之后、在任何時間靈活、容易而不太費力地)改變和優化/同步至少兩個功率放大器模塊的輸出信號。這減少在功率組合器的輸出處的功率損失。
RF開關可以是外部控制的RF開關，特別是pin二極管或機械開關的類型。該開關可以在50歐姆的范圍內、在切斷狀態中展現歐姆電阻。外部控制可以由例如包括計算機的控制單元提供。
可以包括經由至少一個定向耦合器電連接到至少一個功率組合器的至少一個RF輸出的至少一個負載，該定向耦合器特別由至少一個輸出傳輸線包括。負載可以是由于測量原因定義的電阻，和/或負載可以是由裝置提供的類似RF高功率的電接受器的設備。
可以包括一種用于存儲從至少一個定向耦合器測量的值的設備，特別是具有EPROM的控制單元。可替代地或另外，計算機可以由控制單元包括以處理存儲的值。
幅度ADC和相位ΨDC檢測器可以特別是由控制單元包括，該控制單元電連接到至少一個定向耦合器，特別是連接到至少一個定向耦合器的前向信號輸出。特別是在逐個測量之后，用于測量幅度ADC和/或相位ΨDC的檢測器或其它設備可以提供存儲在用于存儲的設備中的值，該值用于為每個單個放大器模塊的校正確定值。
根據本發明的用于RF高功率生成的方法(特別是具有如上所述的裝置)，包括步驟：用至少一個設備測量和確定用于功率放大器模塊的校正的值，該功率放大器模塊分別經由至少一個RF開關電連接到至少一個功率組合器，存儲該值并向功率放大器模塊應用該值，作為對輸入信號的校正。
確定和/或應用的值可以包括：分別用于每個功率放大器模塊的幅度差ΔAi和相位差ΔΨi(特別是相比于參考模塊r)。
測量用于校正的值的步驟可以包括：分別對于N個功率放大器模塊：
-用接入通過狀態的編號k的相應的RF開關接通編號k的模塊，從而生成具有幅度Ak和相位Ψk的RF信號，所有其它模塊處于關斷狀態和/或相應的RF開關處于負載狀態，其中沒有來自相應的模塊的信號通過，
-用幅度和相位檢測器測量幅度Ak和相位Ψk。
可以為所有模塊測量并且分別存儲幅度Ak和相位Ψk的值，一個模塊r的值可以被選為參考值，對于所有其它模塊，幅度衰減ΔAi和相位差ΔΨi可以被確定為對參考模塊r的各自的值的差值。
第一測量模塊可以被選為在測量開始時的參考模塊，和/或所有其它模塊的值可以與第一測量的模塊的值比較，特別是在模塊k的每次測量之后確定和存儲幅度差ΔAi和相位差ΔΨi。可以避免或跳過除了參考模塊r之外的幅度Ak和相位Ψk的存儲。
可替代地，對于所有模塊，可以逐個分別測量并且存儲幅度Ak和相位Ψk，可以在測量之后選擇參考模塊r，特別是具有最靠近所有模塊的平均值的值的模塊，并且可以相對于參考模塊r的值為每個模塊k確定并且存儲幅度差ΔAi和相位差ΔΨi。
該方法可以是特別是由計算機控制的自動方法，和/或特別是在生產或維護期間的手動方法。使用根據本發明的裝置和自動的方法的能力還允許在裝置的使用期間調節(例如由于組件的老化影響所引起的變化，所述調節是必要的)。可能在例如維護期間連接線的交換之后容易和快速地調節裝置。裝置的高輸出RF功率可以隨時被接收，或者隨著時間保存，并且可以避免或至少減少功率損失。
可以在時間段之后(特別是定期地)重復該方法。
結合根據本發明的用于RF高功率生成的所述方法的優點類似于先前結合用于RF高功率生成的裝置的所述優點，并且反之亦然。
下文中參照在附圖中所示的圖示的實施例進一步描述本發明，在附圖中：
圖1圖示根據本發明的用于RF高功率生成的裝置1。
在圖1中示出根據本發明的用于RF高功率生成的裝置1，包括具有RF輸入3并且具有RF輸出4的功率組合器2。具有它們的輸出的功率放大器模塊5分別由傳輸線6電連接到功率組合器2的各自的輸入3。RF開關7由每條傳輸線6包括，被布置在各自的RF模塊的輸出和到功率組合器2的各自的輸入3之間。定向耦合器8電連接到功率組合器2的RF輸出4，在輸出4和負載11之間，在輸出傳輸線6′內。幅度ADC和相位ΨDC檢測器在前向信號方向10上電連接到定向耦合器8。
有了數量N的RF模塊功率放大器5，如由在第二和編號N的模塊5之間的虛線點在圖1中描繪的，功率組合器2的數量N的輸入3分別由輸入傳輸線6電連接到各自的功率放大器模塊5。每條輸入傳輸線6包括RF開關7，即開關7電互連在各自的模塊5的輸出與功率組合器2的各自的輸入3之間。每個開關7，例如由特別是包括計算機的控制單元外部控制，可以彼此獨立地被接通或切斷。開關例如可以是機械開關或pin二極管。在切斷模式中，它例如可以展現出50歐姆電阻，切斷在各自的模塊5和功率組合器2之間的直接電連接。以上和在下文中，以RF信號正在通過的方式使用措辭接通，并且以阻斷RF信號的通過的方式使用措辭切斷。
每個RF模塊5，例如模塊k，具有單獨的低電平RF信號輸入，具有它的特定的幅度Ak和相位Ψk。幅度Ak和相位Ψk可以由控制單元調整/改變，為簡化起見，圖1中不示出控制單元。
功率組合器2的輸出4由輸出傳輸線6′電連接到例如外部負載11。外部負載11可以是醫療設備或其它電氣接受器，使用由裝置1提供的高RF功率。定向耦合器8被電連接在負載11與功率組合器2的輸出4之間，并且由輸出傳輸線6′包括。定向耦合器8的前向信號10使用在定向耦合器8與幅度ADC和/或相位ΨDC檢測器9之間的電連接來傳送。
檢測器一起或分離地測量RF信號的幅度ADC和/或相位ΨDC，其中RF信號被提供為功率組合器2的輸出。幅度ADC和相位ΨDC的值被存儲在設備中，例如由控制單元包括的EPROM，并且用于校正每個模塊5的幅度Ak和相位Ψk的值，以分別從裝置1得到來自功率組合器2的最大RF輸出功率。
如果所有的輸入信號具有相同的幅度和相位，功率組合器2以來自輸入3的最小反射的方式起作用，并且實現在輸出4處的最大功率。傳輸線6來自不同的功率放大器模塊5，由于它們可以被任意選擇，可以向功率組合器2的各自的輸入信號引入不同的幅度衰減ΔAi和相移ΔΨi。
用作為參考RF模塊5的編號的編號j，其小于或等于所有模塊5的總數N并且大于或等于1(1≤j≤N)，并且用具有不等于j的各自的編號i(i≠j)的所有其它模塊5，其中i小于或等于所有模塊5的總數N并且大于或等于1(1≤i≤N)，具有編號i的所有模塊是用于幅度和相位配置的主題。對于除參考模塊5之外的所有其它模塊5，那意味著必須調節/改變幅度Ak和相位Ψk。
根據所有信號的平等的要求，即來自所有模塊5的信號在功率組合器2的各自的輸入處的幅度Ak和相位Ψk應當相等，以在功率組合器2處得到最大功率輸出和/或得到正常的系統性能，所有RF放大器模塊5(模塊i，1≤i≤N，i≠j)的幅度Ai和相位Ψi必須相對于參考RF模塊5(模塊j)按幅度衰減ΔAi和相移ΔΨi調節。
為了在電連接到功率組合器2的輸出4的定向耦合器8的前向信號輸出10處用檢測器9測量單獨的模塊5的幅度Ak和相位Ψk，使用RF開關7。通過在功率組合器2的輸出處測量單獨的模塊5的幅度Ak和相位Ψk，僅僅需要一個檢測器9。在功率組合器2的每個單個輸入3處，與具有檢測器9的裝置1相比，這降低裝置1的成本和復雜性，以測量每個單獨的模塊5的幅度Ak和相位Ψk。
RF信號通過處于開關7的第一狀態的RF開關，開關充當處于其它第二狀態的任意負載。開關7可以在兩個狀態中起作用，例如一次作為打開和一次作為50歐姆負載。例如，可以用pin二極管或通過機械裝置實現RF開關7。
為了最大化功率組合器2的輸出RF功率，即為了在幅度Ak和相位Ψk上對齊所有模塊5，具有編號j的參考模塊5可以被接通，即它生成信號。該模塊j的各自的RF開關7處于通過狀態，即打開。所有其它模塊5(模塊i，1≤i≤N，i≠j)被關斷，并且所有各自的RF開關7處于任意負載狀態，即關閉。
幅度ADC和相位ΨDC檢測器9，也被稱為APD(出于簡明的原因，該檢測器9作為整體由圖1中未示出的控制單元包括)，測量來自定向耦合器5的“前向”信號10的幅度Ak和相位Ψk。在這種特殊情況下，它測量具有編號j的參考模塊5的幅度Aj和相位Ψj。
例如，在由控制單元包括的計算機和/或EPROM中，存儲具有編號j的參考模塊5的幅度Aj和相位Ψj的測量值。
為所有其它的模塊5重復相同的程序。具有編號i的模塊5可被接通，即它生成信號。該模塊i的各自的RF開關7處于通過狀態，即打開。所有其它模塊5被關斷，并且所有各自的RF開關7處于任意的負載狀態，即關閉。幅度ADC和相位ΨDC檢測器9測量來自定向耦合器5(即具有編號i的模塊5)的“前向”信號10的幅度Ai和相位Ψi。存儲具有編號i的模塊5的幅度Ai和相位Ψi的測量值。
在為所有N個單個模塊5執行幅度Ak和相位Ψk的測量并且存儲所有值之后，為除了參考模塊j之外的每個單個模塊i計算幅度衰減ΔAi和相移ΔΨi的值。為所有RF放大器模塊i(1≤i≤N，i≠j)計算作為模塊j的值與模塊i的值的差的值。用于參考模塊j的幅度衰減ΔAj和相移ΔΨj被設置/計成零。
幅度衰減ΔAi和相移ΔΨi的值作為對低電平輸入信號的校正信號而分別被應用到相關的RF模塊i中。對于參考模塊j，不需要任何校正。模塊5在全部接通的裝置1的使用中，并且所有RF開關處于打開狀態。作為應用到模塊5的輸入的校正的結果，在功率組合器2的輸入3處，來自所有N個模塊5的信號的幅度Ak和相位Ψk相等。通過刪除、分別最小化在功率組合器2的輸入3處的信號的差，最大化功率組合器2的輸出功率。最大的輸出功率可以由電接受器/負載11使用。
根據本發明的實施例的上述特征可以相互組合和/或可以與從現有技術中已知的實施例組合。例如，可以在時間上以所述次序或以不同次序應用用以最小化功率組合器2中的功率損失的方法的所述步驟。通過為所有模塊5測量所有值而不使用參考模塊j的值，可以用所有模塊5將功率組合器2輸入3處的信號校準成任意的預定義的幅度Ak和相位Ψk的值。為了計算幅度衰減ΔAk和相移ΔΨk，使用幅度Ak和相位Ψk的預定義值，并且為具有各自的測量值的每個模塊5執行計算。
可以使用不同類型的開關7，例如簡單的電子或自動機械開/關式開關。連接接線6，6例如可以以印刷電路板軌跡、金屬線和/或同軸電纜的方式來實現。不同的長度以及類似厚度的尺寸可以用于連接線。可以使用一個以上的功率組合器2和/或一個以上的輸出4，具有或不具有各自連接的檢測器9。例如可以測量輸出功率，作為功率組合器2的完整輸出功率的一小部分。
根據本發明所述的裝置和方法的優點是：在功率組合器輸入3處的幅度和相位平衡的過程可以是快速和容易的。使用具有不同屬性的傳輸線的獨立的傳輸線設計是可能的(特別是用長度、導電性和/或橫截面不同的傳輸線)。可以自動地或部分手動地執行該方法。也可以例如在維護期間手動執行整個方法，而沒有任何自動的步驟。可以在裝置的生產期間、在維護期間類似連接線的組件的變化之后、或者例如在例如對組件老化調節的定期時間段之后執行它。