[發(fā)明專利]一種高功率輸入耦合器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410225611.6
• 申請日: 2014-05-26
• 公開（公告）號(hào): CN104009275A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘衛(wèi)民;陳旭;黃彤明;馬強(qiáng);孟繁博;林海英
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院高能物理研究所
• 主分類號(hào): H01P5/12
• 分類號(hào): H01P5/12
• 代理公司: 北京君尚知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11200
• 代理人: 司立彬

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種高功率輸入耦合器，屬于微波領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高功率輸入耦合器本質(zhì)上是一種微波傳輸元件，它是粒子加速器射頻超導(dǎo)系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一，在射頻超導(dǎo)系統(tǒng)中位于功率源和超導(dǎo)腔之間，其主要功能是將微波功率饋送到超導(dǎo)腔內(nèi)(見附圖1)，同時(shí)還利用陶瓷窗將大氣與超高真空環(huán)境隔離開來、承擔(dān)從室溫到超導(dǎo)低溫的低漏熱過渡連接作用等多重功能。

根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，高功率輸入耦合器是射頻超導(dǎo)系統(tǒng)中極為脆弱的關(guān)鍵部件之一，一旦損壞，將導(dǎo)致整個(gè)加速器無法運(yùn)行，需花費(fèi)很大的財(cái)力和較長的時(shí)間去修復(fù)它，成本較高、損失較大，因此它一直是加速器射頻超導(dǎo)領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

目前國際上同類型的超導(dǎo)腔功率輸入耦合器通常采用同軸型和波導(dǎo)型結(jié)構(gòu)。但是無論哪種結(jié)構(gòu)類型的功率輸入耦合器，都需要將功率源與耦合器主傳輸線進(jìn)行連接，該連接件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，或采用門鈕轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)[文獻(xiàn)1，Mircea?Stirbet,Fundamental?Power?Couplers?for?the?SNS?Project,review?of?the?SPL?RF?coupler?CERN16-17March2010]，或采用直連結(jié)構(gòu)[文獻(xiàn)2，Q.S.Shu,J.Susta,G.F.Chen?et?all.“INNOVATIVE?MODULAR,MULTIPLE?POWER?LEVELS,325MHz?SPOKES?CAVITIES?POWER?COUPLERS”,Proceedings?of?PAC07,New?Mexico,USA],即將功率盡可能無反射的傳輸?shù)今詈掀骷校珒烧呔茨軐?shí)現(xiàn)傳輸性能的在線調(diào)節(jié)，即在饋入功率的情況下，通過對耦合器的短路調(diào)諧器進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)功率匹配傳輸，進(jìn)一步提高功率傳輸效率。

為了實(shí)現(xiàn)功率源與同軸線的順利過渡，兼顧為耦合器內(nèi)導(dǎo)體提供水冷管道，法國CEA研究機(jī)構(gòu)為其中子源加速器IFMIF-EVEDA項(xiàng)目研制了RFQ腔功率輸入耦合器，并利用一個(gè)同軸平板型窗體隔離真空[文獻(xiàn)4,S.Maebara,Tokai-JAEA,et?all.“DESIGN?OF?AN?INPUT?COUPLER?FOR?THE?IFMIF/EVEDA?RFQ?LINAC”,Proceedings?of?IPAC’10,Kyoto,Japan]，與本發(fā)明的專利內(nèi)容完全不同。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種高功率輸入耦合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，該耦合器可以克服傳統(tǒng)耦合器不可在線調(diào)節(jié)傳輸?shù)娜秉c(diǎn)，實(shí)現(xiàn)駐波比在線可調(diào)及匹配傳輸。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種高功率輸入耦合器，其特征在于包括一調(diào)諧裝置，其包括輸入端、短路端和輸出端；輸出端經(jīng)一高頻窗體與一同軸線纜連接；其中，所述調(diào)諧裝置為一雙導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括彼此絕緣的內(nèi)層導(dǎo)體盒和外層導(dǎo)體盒，該內(nèi)層導(dǎo)體盒的輸入端口與輸入端同軸線纜的內(nèi)導(dǎo)體密封電連接、該內(nèi)層導(dǎo)體盒的短路端口與短路端同軸線纜的內(nèi)導(dǎo)體密封電連接、該內(nèi)層導(dǎo)體盒的輸出端口與輸出端同軸線纜的內(nèi)導(dǎo)體密封電連接；該外層導(dǎo)體盒的輸入端口與輸入端同軸線纜的外導(dǎo)體密封電連接、該外層導(dǎo)體盒的短路端口與短路端同軸線纜的外導(dǎo)體密封電連接、該外層導(dǎo)體盒的輸出端口與輸出端同軸線纜的外導(dǎo)體密封電連接；所述短路端同軸線纜的內(nèi)外導(dǎo)體之間設(shè)有一短路活塞。

進(jìn)一步的，所述輸出端經(jīng)一含有Choke結(jié)構(gòu)的高頻窗體與一同軸線纜連接；其中，所述Choke結(jié)構(gòu)包括內(nèi)導(dǎo)體Choke結(jié)構(gòu)、外導(dǎo)體Choke結(jié)構(gòu)和同軸平板陶瓷片；內(nèi)導(dǎo)體Choke結(jié)構(gòu)和外導(dǎo)體Choke結(jié)構(gòu)分別包括位于該同軸平板陶瓷片兩側(cè)的上端和下端；內(nèi)導(dǎo)體Choke結(jié)構(gòu)的上端、下端分別與輸出端同軸線纜的內(nèi)導(dǎo)體密封電連接且通過一同軸金屬框與該同軸平板陶瓷片密封連接，外導(dǎo)體Choke結(jié)構(gòu)的上端、下端分別與輸出端同軸線纜的外導(dǎo)體密封電連接且通過一同軸金屬框與該同軸平板陶瓷片密封連接。

進(jìn)一步的，連接所述外導(dǎo)體Choke結(jié)構(gòu)的上端、下端的同軸金屬框外側(cè)設(shè)有一第二同軸圓柱筒，其與所述外導(dǎo)體Choke結(jié)構(gòu)的上端、下端密封連接且設(shè)有冷卻水進(jìn)水口和出水口。

進(jìn)一步的，所述同軸平板陶瓷片為氧化鋁陶瓷片，其真空面鍍TiN膜，膜厚為5-10nm。

進(jìn)一步的，所述調(diào)諧裝置為T型調(diào)諧裝置，其輸入端與短路端位于同一軸線上，輸出端的軸線與輸入端的軸線垂直。

進(jìn)一步的，所述內(nèi)導(dǎo)體Choke結(jié)構(gòu)、外導(dǎo)體Choke結(jié)構(gòu)分別為與輸出端的軸線同軸的圓柱形結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述短路端同軸線纜的內(nèi)導(dǎo)體內(nèi)通有兩根水冷管道為輸出端內(nèi)導(dǎo)體提供冷卻水回路。