紧凑型微波能量倍增器的研究

发布时间：2021-08-19 15:06

　　微波能量倍增器是一种可以将脉冲时间长、脉冲功率低的微波脉冲,“压缩”为脉冲时间短、峰值功率高的无源微波装置。鉴于能量倍增器造价低、效率高,其在高功率微波设备上受到了广泛的关注和应用。特别是在自由电子激光装置和直线对撞机上,由于自由电子激光装置和对撞机造价昂贵,人们更加追求在有限的建设规模下获得最好的光源和对撞性能。这种要求使得现如今的高功率自由电子激光装置和对撞机向着更紧凑化和更高效率的方向发展。上海软X射线自由电子激光装置（SXFEL）建设于上海光源园区内,受园区大小的限制,SXFEL需要在不到300 m的长度内将电子束团加速升能到840MeV,这对加速管的加速梯度提出了非常高的要求。然而目前的功率源水平无法满足加速管运行加速梯度的要求,因此必须使用能量倍增器来倍增加速管的输入功率。本论文详细论述了C波段球形能量倍增器的设计和研究工作。首先通过对各个能量倍增方案细致的调研,分析了各方案的优缺点,并确定了球形能量倍增器的参数和方案。在方案确定之后,先是对球形谐振腔的理论做了系统的阐述,并介绍了能量倍增器的工作参数,之后在理论的支持下,利用三维电磁场仿真软件,完成了C波段球形能量倍增器的... 

【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)上海市

【文章页数】：239 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

自由电子激光装置

而是用延迟线对 RF 脉冲进行分段和延时，最后将脉冲一起输出，由于迟线的损耗外没有其他能量泄漏，故其内在效率为 100％；SLED、SLBOC、SLEDX 和球形能量倍增器等则属于储能型，其利用不同形状的振腔、延迟线等将 RF 脉冲能量先进行储存，待输入微波功率的相位翻再将储存的能量和输入的微波能量一起输出，由于在储能过程中有能且这部分泄漏的能量无法利用，所以其效率会低于传输型。1 SLEDSLED 是最早应用于粒子加速器的微波能量倍增装置。第一台 SLED 是3 年 SLAC 的 Z. D. Farkas, P. B. Wilson, H.A. Hogg 和 G.A. Loew 等人C 实验室 3 公里直线加速器的升级所设计的[40]。如图 1.2(b)所示，其包括两部分：3dB 波导定向耦合器（3dB Hybrid）和两个参数完全相同谐振腔（RF Resonant Cavity）[20,21,40,48-66]。

的回波再次经过耦合区域回到输入波导端口时，相位又一次延迟了 90°，因此其与 1 号腔的回波相差 180°，刚好反相，两部分微波功率因而相互抵消，使得输入波导一端没有反射波。而在输出波导中，两部分的波都经过了一次耦合区域，相位相同，因此能量相互叠加，一起输出。[0, t1]为谐振腔的储能阶段，在这段时间中腔内的驻波场强度逐渐变大，与此同时，经过耦合孔从腔内辐射出来的微波功率幅值也慢慢增大。两个储能腔的出射波会在输入端相互抵消，在输出端相互叠加为 Ee。此外，在谐振腔的耦合孔处还有对入射波 Ei的直接反射，这部分的反射波 Ek与腔的出射波 Ee相位相反，幅值与 Ei相同。能量倍增器的输出 Eout就是腔的出射波 Ee和反射波 Ek的叠加。在 t1时刻，速调管的微波功率在倒相器的控制下进行相位的反转，由于储能腔辐射波的相位不可能突变，因此辐射波 Ee和反射波 Ek实现了同相的叠加，使得输出波的幅值发生跃变，得到远高于入射波的幅值。


本文编号：3351636