專利名稱：功率射頻耦合器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及射頻加速器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及高真空加速器腔的高脈沖功率的耦合饋送問題的研究。
背景技術(shù)：
伴隨著現(xiàn)代射頻加速器的廣泛運(yùn)用，對其實(shí)際的加速腔的耦合結(jié)構(gòu)的研究和設(shè)計(jì)也漸漸變得必要和普遍。目前已有的射頻功率耦合器的缺點(diǎn)體現(xiàn)在兩個方面第一、同軸線饋頭轉(zhuǎn)換部分結(jié)構(gòu)簡單，無法滿足高真空的需要，且在調(diào)整耦合環(huán)角度的時候需拆卸調(diào)整，比較麻煩；第二、腔內(nèi)耦合環(huán)部分所能承受的功率較低，通常在200KW以下。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種高真空高脈沖的功率射頻耦合器?；诒緦?shí)用新型的同軸線饋頭轉(zhuǎn)換部分可以很好的滿足高真空的需要，且方便耦合環(huán)的更換。本實(shí)用新型公開了一種功率射頻耦合器，包括轉(zhuǎn)換饋頭和耦合環(huán)，所述轉(zhuǎn)換饋頭和所述耦合環(huán)釬焊接連接；其中，所述轉(zhuǎn)換饋頭包括導(dǎo)體外環(huán)、導(dǎo)體內(nèi)環(huán)、過渡環(huán)、電極組件、陶瓷管和導(dǎo)體外環(huán)法蘭；所述導(dǎo)體內(nèi)環(huán)通過所述過渡環(huán)與所述電極組件相連接；所述陶瓷管包括第一端口和第二端口，所述第一端口與所述電極組件采用真空氫焊的方式連接，所述第二端口與所述導(dǎo)體外環(huán)法蘭采用真空氫焊的方式連接。上述功率射頻耦合器中，還包括活套法蘭和固定法蘭，所述導(dǎo)體外環(huán)法蘭與所述固定法蘭上的活套法蘭盤連接；在所述導(dǎo)體外環(huán)法蘭與所述固定法蘭間還設(shè)置有密封圈。上述功率射頻耦合器中，所述耦合環(huán)為空心的銅管，雙管并行，構(gòu)成水冷循環(huán)環(huán)路，端口與所述轉(zhuǎn)換饋頭的水冷循環(huán)管釬焊連接。相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，本實(shí)用新型的同軸線饋頭轉(zhuǎn)換部分在保持高真空度的同時，兼具極低的射頻損耗的特性；同時，由于其結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性，實(shí)現(xiàn)了諧振腔的輸入阻抗的快速、方便調(diào)節(jié)。另外，本實(shí)用新型的耦合環(huán)部分可根據(jù)實(shí)際需要塑形或更換，操作簡單易行。
圖1為本實(shí)用新型功率射頻耦合器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為在特定頻率下的RFQ腔整體等效成一 RLC并聯(lián)回路的等效電路圖。
具體實(shí)施方式
為使本實(shí)用新型的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。由于腔體結(jié)構(gòu)對高真空性(10-5 量級)的要求，為了保護(hù)饋頭刀口，應(yīng)盡量少拆卸饋頭或不拆卸饋頭，但在調(diào)節(jié)耦合環(huán)與腔體之間阻抗匹配的時候，細(xì)調(diào)環(huán)節(jié)中需不斷調(diào)整耦合環(huán)的偏置角度，綜合以上要求，50歐姆同軸線轉(zhuǎn)換饋頭部分采用陶瓷管作為50歐姆同軸線與射頻腔體之間的真空隔離，該陶瓷管5兩端分別與50歐姆硬饋管的導(dǎo)體內(nèi)環(huán)和導(dǎo)體外環(huán)進(jìn)行焊接，導(dǎo)體內(nèi)環(huán)又通過耦合環(huán)與導(dǎo)體外環(huán)連接。實(shí)施例一具體結(jié)構(gòu)參照圖1所示。參照圖1，圖1為本實(shí)用新型功率射頻耦合器實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，包括轉(zhuǎn)換饋頭和耦合環(huán)，轉(zhuǎn)換饋頭和所述耦合環(huán)釬焊連接；其中，轉(zhuǎn)換饋頭包括導(dǎo)體外環(huán)1、導(dǎo)體內(nèi)環(huán)2、過渡環(huán)3、電極組件4、陶瓷管5、導(dǎo)體外環(huán)法蘭6、活套法蘭7和固定法蘭8。導(dǎo)體內(nèi)環(huán)2通過過渡環(huán)3與電極組件4相連接；陶瓷管5包括第一端口和第二端口，第一端口與電極組件4采用真空氫焊的方式連接，第二端口與導(dǎo)體外環(huán)法蘭6采用真空氫焊的方式連接。導(dǎo)體內(nèi)環(huán)2又通過耦合環(huán)與導(dǎo)體外環(huán)1連接。上述結(jié)構(gòu)將陶瓷管作為50歐姆同軸線與射頻腔體之間的真空隔離，保持了高真空度、又保證了極低的射頻損耗。實(shí)施例二還可以對上述實(shí)施例1進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，該實(shí)施例中，該功率射頻耦合器進(jìn)一步包括活套法蘭7和固定法蘭8，導(dǎo)體外環(huán)法蘭6與活套法蘭7連接；在導(dǎo)體外環(huán)法蘭6與固定法蘭8之間還設(shè)置有密封圈9。通過上述結(jié)構(gòu)，該實(shí)施例除具有保持了高真空度、保證了極低的射頻損耗的優(yōu)點(diǎn)的同時，還可以實(shí)現(xiàn)諧振腔的輸入阻抗的快速、方便調(diào)節(jié)。實(shí)施例三進(jìn)一步的，實(shí)施例一和實(shí)施例二中的耦合環(huán)采用空心的銅管，雙管并行，構(gòu)成水冷循環(huán)環(huán)路，端口與轉(zhuǎn)換饋頭水冷循環(huán)管釬焊連接。該耦合環(huán)可根據(jù)實(shí)際需要塑形或更換，操作方便易行。該水冷設(shè)計(jì)很好地解決了功率熱耗散，使功率射頻耦合器可以工作于更高的射頻功率(》200KW)，從而提供更高能量加速粒子。也就是說，該實(shí)施例從水冷循環(huán)熱耗散的角度，使該耦合器工作能在200kW以上的高脈沖功率情況正常工作而不發(fā)熱變形，同時，也可以不用拆卸饋頭或少拆卸饋頭，調(diào)整腔內(nèi)耦合環(huán)的具體形狀，配合饋頭部分偏置角度的調(diào)整，方便且快速地實(shí)現(xiàn)高功率高頻電源與射頻腔的阻抗匹配，提高了射頻諧振腔工作的穩(wěn)定性。并且，本實(shí)用新型可以針對不同諧振頻率的加速器腔，設(shè)計(jì)相對應(yīng)的匹配耦合環(huán)結(jié)構(gòu)，再與通用耦合器饋頭部分釬焊即可，簡便、實(shí)用性強(qiáng)。各型射頻加速器都可以采用，并將在射頻耦合器的功率饋送穩(wěn)定性方面發(fā)揮重要作用。下面，對本實(shí)用新型做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。1、耦合環(huán)的阻抗匹配設(shè)計(jì)耦合環(huán)及與之相連的電極桿可以看作一個λ/4 (λ為高頻信號波長)諧振單元 每個單元中，電極桿之間具有電容，而電極桿通過支撐板和底板形成的電流回流路徑具有電感，因此每個單元可以看作一個RLC回路。對于作為λ/4共振腔的RFQ (高頻四極透鏡直線加速器)腔，發(fā)射機(jī)的功率可以通過電場區(qū)的探針天線耦合饋入，也可以通過磁場區(qū)的磁耦合環(huán)饋入。由四桿型RFQ結(jié)構(gòu)的特征可知，腔體內(nèi)部電磁場的激勵模式為四極場模式，電場主要分布在電極桿之間，而磁場主要分布在支撐板之間，外腔體腔壁附近電場和磁場均很弱，因此，采用磁耦合的耦合方式。將在某一特定頻率下的RFQ腔整體等效成一 RLC并聯(lián)回路，通過磁耦合環(huán)將高頻機(jī)產(chǎn)生的功率饋送到RFQ加速器內(nèi)，此時整個結(jié)構(gòu)可以等效為圖2所示的電路。其中，Vin為輸入電壓，Lc為耦合環(huán)自感，I1為輸入電流，M為耦合環(huán)與腔體的互感，L為腔體等效電感， C為腔體等效電容，i2為腔體等效總電流，V為腔體等效電壓，Rp為腔體并聯(lián)等效電阻。通過求解回路方程得到RFQ腔體的輸入阻抗I in，令其虛部為零，實(shí)部等于同軸線的特性阻抗Rtl,即同軸線與加速器完全匹配(臨界耦合)，得
權(quán)利要求1.一種功率射頻耦合器，其特征在于，包括轉(zhuǎn)換饋頭和耦合環(huán)，所述轉(zhuǎn)換饋頭和所述耦合環(huán)釬焊連接；其中，所述轉(zhuǎn)換饋頭包括導(dǎo)體外環(huán)、導(dǎo)體內(nèi)環(huán)、過渡環(huán)、電極組件、陶瓷管和導(dǎo)體外環(huán)法蘭； 所述導(dǎo)體內(nèi)環(huán)通過所述過渡環(huán)與所述電極組件相連接；所述陶瓷管包括第一端口和第二端口，所述第一端口與所述電極組件采用真空氫焊的方式連接，所述第二端口與所述導(dǎo)體外環(huán)法蘭采用真空氫焊的方式連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率射頻耦合器，其特征在于，還包括活套法蘭和固定法蘭， 所述導(dǎo)體外環(huán)法蘭與所述固定法蘭上的活套法蘭盤連接；在所述導(dǎo)體外環(huán)法蘭與所述固定法蘭間還設(shè)置有密封圈。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的功率射頻耦合器，其特征在于，所述耦合環(huán)為空心的銅管，雙管并行，構(gòu)成水冷循環(huán)環(huán)路，所述耦合環(huán)的端口與所述轉(zhuǎn)換饋頭釬焊連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種功率射頻耦合器轉(zhuǎn)換饋頭和耦合環(huán)，轉(zhuǎn)換饋頭和耦合環(huán)釬焊連接。其中，轉(zhuǎn)換饋頭包括導(dǎo)體外環(huán)、導(dǎo)體內(nèi)環(huán)、過渡環(huán)、電極組件、陶瓷管、導(dǎo)體外環(huán)法蘭、活套法蘭和固定法蘭；導(dǎo)體內(nèi)環(huán)通過過渡環(huán)與電極組件相連接；陶瓷管包括第一端口和第二端口，第一端口與電極組件采用真空氫焊的方式連接，第二端口與導(dǎo)體外環(huán)法蘭采用真空氫焊的方式連接。本實(shí)用新型的同軸線饋頭轉(zhuǎn)換部分在保持高真空度的同時，兼具極低射頻損耗的特性；并且，本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了諧振腔的輸入阻抗的快速、方便調(diào)節(jié)。
文檔編號H05H7/02GK202085387SQ201120181789
公開日2011年12月21日 申請日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月1日
發(fā)明者張紅輝, 郭之虞, 陸元榮, 陳威, 高淑麗 申請人:北京大學(xué)