E sınıfı RF güç yükselteç tasarımı akusto optik Q-anahtar sürücü uygulaması

Abstract

Radyo frekansı teknolojisinin temel uygulamalarından biri olan Radyo Frekansı Güç Yükselteç'i (RF­GY) farklı uygulama alanlarında sistemlerin bir modülü olarak kullanılmaktadır. RF­GY'ler düşük güçteki sinyalleri kuvvetlendirmek için kullanılır. RF­GY'ler uygulama alanlarındaki farklı ihtiyaçları karşılamak için gürültü seviyesi, çalışma frekansı, çıkış gücü, verimliliği ve kazancı gibi parametreler göz önüne alınarak tasarlanır. Bu durum devre yapısında ve tasarım algoritmasında farklılığa yol açmaktadır. Devre yapısındaki farklılıklar çalışma prensibi bakımından A, B, AB ve C sınıfı RF­GY'ler gibi aktif çalışma ve D, E ve F sınıfı RF­GY'ler gibi anahtarlamalı çalışma olarak iki farklı prensipte toparlanır.Gün ışığı farklı frekanslardaki çok fazlı ışıklardan meydana gelmektedir. Lazer ise tek frekanslı ve tek fazlı yoğun bir ışık demetidir. Günümüzde kullanılan lazerler Sürekli Dalga Lazerleri (SDL) ve Darbe Lazerleri (DL) olarak iki farklı çalışma prensibinde sınıflandırılabilir. DL'lerde bir darbenin enerjisini sıkıştırarak tepe gücü seviyesini arttırmak için yüksek gerilim altında polarizasyonunu değiştiren Elektro Optik Q­Anahtarı kullanılır. SDL'lerde optik gücü darbeli moda çevirmek için RF ile anahtarlanan Akusto Optik Q-Anahtarı (AO Q­A) kullanılır. Darbe modundaki sürekli dalga lazer uygulamalarında AO Q A üzerindeki RF güç, sistemdeki sürekli dalga optik gücü ile aynı olmalıdır.Bu tezin amacı, 1064 nm dalga boyunda 100 Watt çıkış gücüne sahip Darbe Modlu Sürekli Dalga Lazer Sistemindeki AO Q­A'yı sürmek için E sınıfı RF Güç Yükselteci tasarımıdır. Tez, teorik yaklaşımlar ve temel tasarım formülleri, lazer optiklerindeki AO Q­A'yı sürmek için yaygın olarak kullanılan E sınıfı RF güç yükselteçlerinin analizini kapsar. Tezin özgün yönü, tasarımdaki parametrelerin pratik bir uygulamadaki etkilerinin incelenmesi ve optimize edilmesidir.Bu tez kapsamında FOKUS MÜHENDİSLİK Ltd. Şirketi'ne tescilli lazer sistemi için ürün olacak bir alt modülün tasarımı FOKUS Elektro Optik ve Radyo Frekansı Laboratuvarlarından yararlanılarak yapılmıştır.One of the basic applications of Radio Frequency technology is Radio Frequency Power Amplifier (RF­PA) which is used as a module of systems in different application areas. RF amplifiers are designed to meet the needs of different application fields taking into consideration parameters such as noise level, operating frequency, output power, efficiency, and gain. This situation leads to differences in circuit topology and the design algorithm. Differences in the topology of the circuit determine the operating principle as either active operating RF amplifiers such as A, B, AB, and C classes or switch mode operating RF amplifiers such as D, E, F classes.Sunlight is composed of multi-phase lights at different frequencies. Laser is a bundle of dense light which is single frequency and single phase. Today, lasers can be classified with respect to two different working principles as continuous wave lasers (CWL) and Pulse Lasers (PL). Electro Optic Q-Switch which changes polarization under high voltage is used in PL to increase level of pulse peak power by compressing pulse energy. In CW laser, Acousto Optic Q-Switch (AO Q-S) is used to convert optic power to pulse mode average power by switching RF in CW lasers. In the pulse mode CW laser applications the RF power which is applied to AO Q-S has the same value with the CW optic output power of the systems.The aim of this thesis is to design a class E RF Amplifier to drive the AO Q­S for a 1064 nm wavelength, 100 Watt optic output power CW pulsed laser system. In this thesis the theoretical approaches and basic design formulations are analyzed for the class E RF Amplifiers that are widely used for pulsing AO Q­S in laser optics. The novelty of the thesis is the study of the effects of the design parameters in a practical application and the optimization of these parameters.This thesis is done in FOKUS Engineering Ltd. Electro-Optical and Radio Frequency Laboratories to generate a product as a sub module for FOKUS proprietary design laser system.