[發(fā)明專利]一種直線加速管波導耦合器

有效

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• 申請日: 2019-09-23
• 公開（公告）號: CN110719683B
• 公開（公告）日: 2021-12-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃惠軍;方進勇;彭凱;張穎軍;朱鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 西安空間無線電技術(shù)研究所
• 主分類號: H05H7/22
• 分類號: H05H7/22;H05H9/02
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

一種直線加速管波導耦合器，包括圓柱耦合腔(101)和環(huán)繞圓柱耦合腔(101)的一個彎曲矩形波導(102)，所述彎曲矩形波導(102)通過N個矩形耦合孔(103)與圓柱耦合腔(101)耦合，彎曲矩形波導(102)通過輸入矩形波導(104)饋入，輸入矩形波導(104)處放置一個用于匹配調(diào)節(jié)的電感金屬圓柱(105)；圓柱耦合腔(101)的一個底面通過一個圓孔(106)與加速管的加速腔耦合，另一個底面中心開一圓孔作為束流孔(107)。本發(fā)明采用直接激勵圓波導耦合腔中TM₀₁模式的方法，實現(xiàn)了波形轉(zhuǎn)換，其具有寬帶寬的同時，也能夠減小耦合腔中場不對稱性，減小對束流的副作用，且具有高的功率容量。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于加速器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種直線加速管波導耦合器。

背景技術(shù)

耦合器是電子直線加速管的重要組成部分，耦合器是矩形波導和圓形加速管之間的連接部件，主要起兩個作用，第一個是實現(xiàn)標準矩形波導與加速腔間的阻抗匹配，使微波功率能以盡可能小的反射饋入加速管，或?qū)⒓铀俟艿氖Ｓ喙β蜀詈系脚c輸出波導相連接的干負載中；第二個作用是使矩形波導中的TE₁₀型波轉(zhuǎn)換為盤荷波導(加速管)中的TM₀₁波形。對于耦合器應該滿足如下幾點要求：第一，與加速管有很好的匹配，以利于耦合進最大的功率，來達到最大的加速梯度。第二，工作頻率與加速管的工作頻率一致。第三，對束流要有小的副作用。第四，耦合器的表面場應該盡可能不高于加速管內(nèi)部場。

目前，比較常用的是單邊耦合器，其結(jié)構(gòu)如圖1(a)(b)所示。這種單邊耦合器一般由標準的矩形波導、楔形波導和耦合腔組成。微波能量是由楔形波導與耦合腔之間的耦合孔饋入的。因為加速管相當于圓形波導，所以加速電場和相位在加速管中是旋轉(zhuǎn)對稱的，而耦合腔的開孔破壞了耦合腔的旋轉(zhuǎn)對稱性，使得電場和相位在耦合腔內(nèi)的旋轉(zhuǎn)對稱性受到削弱。單邊耦合器結(jié)構(gòu)不對稱性引起的場振幅梯度和相位梯度對束流品質(zhì)會產(chǎn)生很大的影響。所以單邊耦合器采用了偏心法的設(shè)計，即將耦合腔的中心與加速腔的中心不在一條直線上。

另一種是采用在圓耦合腔側(cè)壁開兩個對稱耦合孔的饋電方式，主要是為了改善結(jié)構(gòu)不對稱性，見圖2。

無論是單邊饋電方式還是雙邊對稱饋電方式，在工作頻率下，除TM₀₁能夠被激勵起來外，其它耦合腔圓波導中不被截止的模式，例如TE₁₁模也能夠被激勵起來。為了消除掉TM₀₁模外的其它模式，需要耦合腔滿足TM₀₁模諧振，通過諧振的方法抑制掉其它非工作模式。依靠耦合腔的諧振方法進行模式轉(zhuǎn)換，此種方法工作帶寬窄，調(diào)諧困難，加工精度要求高。

文獻(Fowkers W R,Callin R S,Jongewaard E N,et al.Large diameterreduced field TE₀₁ traveling wave window for X-band[C].Proceedings of the1999Particle Accelerator Conference.1999:783-785.)采用6臂環(huán)繞耦合形式實現(xiàn)矩形TE₁₀模至圓波導TE₀₁模的模式轉(zhuǎn)換，其具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。其抑制除TE₀₁模之外的其它模式，無法實現(xiàn)矩形TE₁₀模至圓波導TM₀₁模的轉(zhuǎn)換。而圓波導TM₀₁模是加速管的工作模式，因此圖3中的結(jié)構(gòu)無法用作加速管耦合器。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種加速管波導耦合器器件，具有帶寬寬的優(yōu)點，同時耦合腔中場不對稱性小，也具有更高的功率容量。