射频功率放大器一致性的实施方法、放大器及磁共振系统

本发明实施例涉及射频功放，尤其涉及一种射频功率放大器一致性的实施方法、放大器及磁共振系统。

背景技术：

1、在射频功率放大器中，由于单个射频晶体管输出功率的限制，一般需要由多个射频晶体管分别组成多个相同的射频功率放大单元，并需要对多个射频功率放大单元进行功率合成，从而提高整体的射频输出功率。但是在工程实施上，由于射频匹配器件的公差、线缆长度的差异、晶体管在饱和功率点的非线性、晶体管电源的瞬态差异以及器件焊接位置的误差等多种因素，可能会造成相同输入功率的情况下，多个射频功率放大单元输出功率(如p1db工作点)的增益及相位差异增大，不利于功率合成。而且在一些应用中，如磁共振成像系统，通常要求射频功率放大器是线性的，即针对不同大小的射频信号功率，射频功率放大能力一致，具有相同的增益放大倍率和相同的输出相位。但是目前的设计手段无法实现射频功率放大单元及射频功率放大能力的一致性。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种射频功率放大器一致性的实施方法、放大器及磁共振系统，以降低射频功率放大器中用于功率合成的多个相同射频功率放大单元的增益和相位误差，从而改善功率合成结果，同时实现闭环功放系统的整机增益和相位的一致性。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种射频功率放大器一致性的实施方法，所述射频功率放大器包括一个或多个整机，所述整机包括一个或多个闭环系统，所述闭环系统包括非线性校正系统、射频功放系统以及双定向耦合器；所述非线性校正系统用于根据所述双定向耦合器提供的采样信号对射频输入信号进行线性度校正，并将校正后信号提供给所述射频功放系统，所述射频功放系统用于对所述校正后信号进行放大，并将放大后信号提供给所述双定向耦合器，所述双定向耦合器用于根据所述放大后信号生成所述采样信号和射频输出信号；所述射频输出信号和所述射频输入信号为线性关系；所述射频功放系统包括多个相同的射频功率放大单元，各个所述射频功率放大单元分别通过主电源进行供电；

3、所述方法包括：

4、调试电源一致性，以使从所述主电源到各个所述射频功率放大单元的直流总电阻之间的差异在第一预设误差范围内，以及各个所述射频功率放大单元到参考地平面的直流电阻之间的差异在第二预设误差范围内；

5、调试小信号一致性，以使各个所述射频功率放大单元基于射频小信号测试得到的s参数之间的差异在第三预设误差范围内；

6、调试输出功率一致性，以使各个所述射频功率放大单元基于相同的预设最大输入功率得到的输出功率之间的差异在第四预设误差范围内；

7、调试功率扫描下的增益和相位一致性，以使各个所述射频功率放大单元进行功率扫描得到的增益随功率变化曲线之间的差异在第五预设误差范围内，以及相位随功率变化曲线之间的差异在第六预设误差范围内；

8、调试开环功率合成一致性，以使所述射频功放系统进行功率扫描得到的最大输出功率满足预设要求，且开环增益曲线及开环相位曲线的变化在第一预设变化范围内；

9、调试闭环功率合成一致性，以使所述闭环系统进行功率扫描得到的闭环增益曲线及闭环相位曲线的变化在第二预设变化范围内；若所述整机包括多个闭环系统，则还使同一整机上的不同闭环系统进行功率扫描得到的最大输出功率之间的差异在第七预设误差范围内，闭环增益曲线之间的差异在第八预设误差范围内，以及闭环相位曲线之间的差异在第九误差范围内；

10、若所述射频功率放大器包括多个整机，则调试整机一致性，以使不同整机进行功率扫描得到的增益随功率变化曲线之间的差异在第十预设误差范围内，以及相位随功率变化曲线之间的差异在第十一预设误差范围内。

11、可选的，所述调试电源一致性，包括：

12、使用水冷板作为所述参考地平面，将各个所述射频功率放大单元中的射频晶体管的源极经过柔性导热导电片与所述水冷板连接；

13、根据走线电阻、走线材料电阻率、走线长度及铜皮厚度调整pcb设计的走线宽度；

14、根据线缆电阻、线缆材料电阻率及线缆长度调整线缆截面面积；所述主电源通过线缆和pcb走线分别连接到各个所述射频晶体管的电源输入。

15、可选的，所述调试小信号一致性，包括：

16、通过矢量网络分析仪测试所述射频小信号的s参数；

17、通过调试所述射频功率放大器中的参数值和/或元件位置使得各个所述射频功率放大单元的所述s参数中s21的增益差异均小于预设增益阈值，以及s21的相位差异均小于预设相位阈值，且使得各个所述射频功率放大单元的所述s参数中s11的回波损耗均小于预设损耗值。

18、可选的，所述射频功放系统还包括射频放大及驱动单元、射频功率分配单元和射频功率合成单元；所述射频放大及驱动单元用于对系统输入信号进行线性放大，并经过所述射频功率分配单元为每个所述射频功率放大单元输入相同的功率，所述射频功率合成单元用于对各个所述射频功率放大单元输出的功率进行合成得到系统输出信号；

19、所述调试输出功率一致性，包括：

20、断开所述射频放大及驱动单元与所述射频功率分配单元之间的连接，以及所述射频功率放大单元与所述射频功率合成单元之间的连接；针对某一射频功率放大单元，将所述射频放大及驱动单元的输出端直接连接到所述射频功率放大单元的输入端，将所述射频功率放大单元的输出端连接到测试用定向耦合器的输入端，将所述测试用定向耦合器的耦合端连接到功率计，将所述测试用定向耦合器的输出端连接到衰减器及匹配负载；

21、调整射频信号发生器的输出功率作为所述系统输入信号，并监控所述功率计测量得到的功率值，直至所述功率值达到预设值，此时所述射频信号发生器的输出功率为所述预设最大输入功率；

22、将所述射频放大及驱动单元及所述测试用定向耦合器连接到其他射频功率放大单元，得到相应的功率计测量值；

23、通过调试所述射频功率放大器中的参数值和/或元件位置使得各个所述功率计测量值及所述预设值之间的差异在所述第四预设误差范围内。

24、可选的，所述调试功率扫描下的增益和相位一致性，包括：

25、断开所述射频放大及驱动单元与所述射频功率分配单元之间的连接，以及所述射频功率放大单元与所述射频功率合成单元之间的连接；针对某一射频功率放大单元，将所述射频放大及驱动单元的输出端直接连接到所述射频功率放大单元的输入端，将所述射频功率放大单元的输出端连接到所述测试用定向耦合器的输入端，将所述测试用定向耦合器的输出端连接到衰减器及匹配负载，将矢量网络分析仪的第一端口连接到所述射频放大及驱动单元的输入端，将所述矢量网络分析仪的第二端口连接到所述测试用定向耦合器的耦合端；

26、设置功率扫描上限为所述预设最大输入功率，并按照预设功率变化范围设置功率扫描的下限，所述矢量网络分析仪进行功率扫描，得到当前测试的射频功率放大单元的增益随功率变化曲线和相位随功率变化曲线；

27、将所述射频放大及驱动单元及所述测试用定向耦合器连接到其他射频功率放大单元，得到相应的增益随功率变化曲线和相位随功率变化曲线；

28、通过调试所述射频功率放大器中的参数值和/或元件位置使得各个所述射频功率放大单元的增益随功率变化曲线之间的差异在所述第五预设误差范围内，相位随功率变化曲线之间的差异在所述第六预设误差范围内。

29、可选的，所述调试开环功率合成一致性，包括：

30、将矢量网络分析仪的第一端口连接到所述射频功放系统的输入端，将所述射频功放系统的输出端连接到测试用定向耦合器的输入端，将所述矢量网络分析仪的第二端口连接到所述测试用定向耦合器的耦合端，将所述测试用定向耦合器的输出端连接到衰减器及匹配负载；

31、设置功率扫描上限为第一预设最大输出功率，并按照预设功率变化范围设置功率扫描的下限，所述矢量网络分析仪进行功率扫描，得到所述射频功放系统的最大输出功率、开环增益曲线和开环相位曲线；

32、通过调试所述射频功率放大器中的参数值和/或元件位置使得所述射频功放系统的最大输出功率满足所述预设要求，且开环增益曲线及开环相位曲线的变化在所述第一预设变化范围内。

33、可选的，所述调试闭环功率合成一致性，包括：

34、将矢量网络分析仪的第一端口连接到所述闭环系统的输入端，将所述闭环系统的输出端连接到测试用定向耦合器的输入端，将所述矢量网络分析仪的第二端口连接到所述测试用定向耦合器的耦合端，将所述测试用定向耦合器的输出端连接到衰减器及匹配负载；

35、设置功率扫描上限为第二预设最大输出功率，并按照预设功率变化范围设置功率扫描的下限，所述矢量网络分析仪进行功率扫描，得到所述闭环系统的闭环增益曲线和闭环相位曲线；

36、通过调试所述非线性校正系统中的参数值使得所述闭环系统的闭环增益曲线和闭环相位曲线的变化在所述第二预设变化范围内。

37、可选的，若所述整机包括多个闭环系统，则所述调试闭环功率合成一致性，还包括：

38、设置功率扫描上限为所述第二预设最大输出功率，并按照所述预设功率变化范围设置功率扫描的下限，所述矢量网络分析仪分别对同一整机上的不同闭环系统进行功率扫描，得到相应的最大输出功率、闭环增益曲线和闭环相位曲线；

39、通过调试所述非线性校正系统中的参数值使得同一整机上的不同闭环系统的最大输出功率之间的差异在所述第七预设误差范围内，闭环增益曲线之间的差异在所述第八预设误差范围内，以及闭环相位曲线之间的差异在所述第九误差范围内。

40、第二方面，本发明实施例还提供了一种射频功率放大器，该射频功率放大器应用本发明任意实施例所提供的射频功率放大器一致性的实施方法得到。

41、第三方面，本发明实施例还提供了一种磁共振成像系统，该磁共振成像系统包括本发明任意实施例所提供的射频功率放大器，还包括射频线圈，所述射频线圈用于接收所述射频功率放大器的射频输出信号。

42、本发明实施例提供了一种射频功率放大器一致性的实施方法，对于射频功率放大器，分别调试电源一致性、小信号一致性、输出功率一致性、功率扫描下的增益和相位一致性、开环功率合成一致性、闭环功率合成一致性以及整机一致性，实现了用于功率合成的多个相同射频功率放大单元总体性能的一致性，以及闭环功放系统的整机增益和相位的一致性，从而满足实际应用中的线性度要求。