随着核医学的迅速发展,正电子发射断层成像(PET)技术已是分子水平上医学研究的最先进手段。PET检测设备对于肿瘤的早发现、早治疗有着极大优势,因此不断被国内外各大医院引进。小型回旋加速器是PET系统中重要的组成部分,用于生产医用正电子发射型放射性同位素。由于医用小型回旋加速器,特别是低能紧凑型回旋加速器,系统复杂,可靠性要求高,所以设计与制造的技术难度都非常高。目前,国内与PET检测仪配套使用的小型回旋加速器都是从国外进口的,价格和维护成本都很高,因此自主研制和生产低能紧凑型回旋加速器显得非常必要。高频功率源是回旋加速器高频系统的重要组成部分,负责D盒谐振腔的高频功率供给,维持Dee电极电压幅值稳定。本论文详尽地介绍了低能紧凑型回旋加速器高频系统的组成,提出了高频功率源的设计要求。论文对如何搜索D盒谐振腔的谐振频率作了理论分析,提出了谐振频率搜索的方案。对输出频率可变的高频信号源实现方案作了深入分析,比较了直接模拟合成、锁相环合成和直接数字合成(DDS)三种方法各自的优缺点。从理论上分析了DDS输出信号的采样频谱,提出了通过选取DDS输出的混频信号作为高频信号源输出信号的技术方案,开展了实验研究,得到了比较好的输出波形,验证了理论分析的正确性和工程实践的可行性。另外,论文开展了高频信号检测与闭环控制的相关研究,给出了电路原理图和仿真结果。本论文分析并给出了四极管的数学模型,通过MATLAB仿真验证了数学模型的正确性,建立了四极管的Pspice模型。基于MATLAB的仿真数据,通过理论计算给出了四极管放大电路的相关参数,并采用Pspice软件对四极管放大电路进行了模拟仿真,仿真结果与理论分析数据相当吻合,为工程实践提供了支持。另外,针对四极管大功率放大器给出了驱动级放大电路的设计方案。本论文以真空三极管为末级功率放大器件,以DDS输出的主频信号为高频信号源输出信号,完成了高频信号源、高频信号检测、驱动级放大器和末级功率放大器的电路设计,介绍了电路的工作原理,同时给出了软件仿真结果。在高频功率源样机制造完成后,给出了各部分的测试结果。本论文给出了高频控制系统的整体方案设计,开发了高频控制系统的上位机监控程序和下位机控制程序,阐述控制系统的控制方法。对高频控制单元开展了假腔体负载的测试实验,实验结果验证了控制程序的正确性和可靠性。