双热窗型的功率输入耦合器制造技术

本发明专利技术公开了一种双热窗型的功率输入耦合器，包括：传输匹配结构，具有三个端口，分别为功率输入端、冷却端、以及第一功率输出端，其中，功率输入端与冷却端处于第一轴线上，第一功率输出端处于第二轴线上，该第二轴线与第一轴线垂直；双窗体结构，与第一功率输出端相连接，包括：第一窗体、第二窗体、第一导体以及第二导体，其中，第一导体，构成双窗体结构的外围；第二导体，与第一导体平行设置，与第一导体形成至少两个容置空间；第一窗体与第二窗体相对设置于该容置空间内；以及同轴输出结构，与双窗体结构相连接，包括：第二功率输出端，用于功率输出。该功率输入耦合器的结构简单、安装方便，并且不会对窗体造成污染。

【技术实现步骤摘要】
双热窗型的功率输入耦合器
本公开属于粒子加速器
，涉及一种双热窗型的功率输入耦合器。
技术介绍
随着我国经济社会持续快速增长，能源消费与需求日益增长。全球石化能源消费增加直接导致温室气体排放增加，可能是引起全球气候变化的因素之一，正在威胁人类生存与经济社会发展。发展清洁能源成为了全球能源发展的优先选择。其中，加速器驱动的核废料嬗变系统(ADS，Accelerator-DrivenSystem)是实现清洁能源的一种有效途径。由于常温加速器热损耗大、功率利用效率低，无法实现强流的目标，而超导直线加速器具有高能量、高流强、高稳定性、大接受度和低功耗等特点，因此ADS系统的强流质子加速器需要采用射频超导加速技术。功率输入耦合器是给射频超导加速腔提供功率的设备。由于功率输入耦合器起到将大气和真空环境分离的作用，一旦功率输入耦合器的陶瓷窗破裂，将导致整个加速器无法运行，需花费大量的财力和精力去修复，成本较高，因此关于功率输入耦合器的研究一直是加速器射频超导领域的热点和难点。目前，国际上的高功率输入耦合器包括同轴型或者波导型两种结构，对于半波长超导加速腔而言，其工作频率决定了该超导加速腔只能采用同轴型的结构。国内外同轴型的功率输耦合器中，高频窗包括双窗或单窗两种结构，在双窗结构中一个窗的工作环境为液氮温度，另外一个窗的工作环境为室温，在安装时，冷窗在百级洁净间与超导加速腔进行装配，而热窗一般在临时搭建的千级或者万级洁净间进行装配，这样的双窗结构和先后分别安装的装配方式会造成以下缺点：(1)易对冷窗和热窗造成二次污染；(2)增加了装配难度，极其不便。因此，需要提供一种高功率输入耦合器，结构简单、安装方便，并且不会对窗体造成污染。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种双热窗型的功率输入耦合器，以至少部分解决以上所提出的技术问题。(二)技术方案根据本公开的一个方面，提供了一种双热窗型的功率输入耦合器，包括：传输匹配结构，具有三个端口，分别为功率输入端、冷却端、以及第一功率输出端，其中，功率输入端与冷却端处于第一轴线上，第一功率输出端处于第二轴线上，该第二轴线与第一轴线垂直；双窗体结构，与第一功率输出端相连接，包括：第一窗体、第二窗体、第一导体以及第二导体，其中，第一导体，构成双窗体结构的外围；第二导体，与第一导体平行设置，与第一导体形成至少两个容置空间；第一窗体与第二窗体相对设置于该容置空间内；以及同轴输出结构，与双窗体结构相连接，包括：第二功率输出端，用于功率输出。在本公开的一些实施例中，传输匹配结构包括：彼此绝缘的第一盒体和第二盒体，该第一盒体与第二盒体构成同轴线结构，第一盒体位于外侧，第二盒体位于内侧，在所述第一盒体和第二盒体上均对应设置有所述端口，所述端口分别为：功率输入端、冷却端、以及第一功率输出端。在本公开的一些实施例中，第一盒体与第二盒体之间为空气。在本公开的一些实施例中，第一盒体的端口上均设置有外导体，该外导体与双窗体结构的第一导体相连接；所述第二盒体的端口上均设置有内导体，该内导体与双窗体结构的第二导体相连接。在本公开的一些实施例中，冷却端的内、外导体之间设有导电金属环，该导电金属环能够沿着第二轴线的方向进行移动，通过所述导电金属环的轴向移动改变所述功率输入耦合器的驻波比，进而调节传输功率。在本公开的一些实施例中，冷却端的内导体的内部设有一气冷管道，该气冷管道实现对第二盒体的冷却，同时也为双窗体结构的第二导体提供压缩空气回路。在本公开的一些实施例中，第二窗体与第一窗体之间呈高真空状态；第一窗体与第二窗体的真空侧均镀上氮化钛膜，该氮化钛膜的厚度介于5nm～10nm之间。在本公开的一些实施例中，第一窗体与第二窗体的材料为氧化铝陶瓷片；和/或第一导体、第二导体采用高电导率无氧铜材料，通过焊接工艺制作成型；和/或第一窗体、第二窗体与第一导体和第二导体之间均形成一体化结构。在本公开的一些实施例中，双窗体结构中处于高真空状态段的第一导体上设有真空抽气窗口，处于超高真空状态段的第一导体上设有两个真空监测窗口；或者在所述双窗体结构中处于高真空状态段的第一导体上设有真空抽气窗口、第一打火监控端口、以及第一电子流监控端口，处于超高真空状态段的第一导体上设有两个真空监测窗口、第二打火监控窗口、以及第二电子流监控窗口。在本公开的一些实施例中，在第二功率输出端的上游连接有直径逐渐缩小的锥形过渡结构；和/或同轴输出结构上设置有外导体，该外导体与所述双窗体结构的第一导体相连接，在该外导体上还设有热锚，该热锚与液氮冷屏相连。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开提供的双热窗型的功率输入耦合器，具有以下有益效果：(1)采用双窗体结构，该双窗体结构包括：第一导体、第二导体以及设置于第一导体和第二导体之间并与之形成一体的两个窗体，在耦合器工作时这两个窗体均为热窗，均处于室温工作，一方面，该双窗体结构可以一同随着耦合器在百级洁净间与超导加速腔进行装配，降低了装配难度，并且不会对双窗体结构造成二次污染，另一方面，一体化的双窗体结构靠近超导加速腔，使超导加速腔的腔体维持高真空的状态，且两个窗体之间也呈高真空状态，为超导加速腔的腔体提供超高真空的双重保障；(2)进一步的，在传输匹配结构的冷却端口处设有一气冷管道，用于与空气冷却管路相连接，现有技术中采用水冷进行冷却的方式会造成冷却管漏水且无法对内方盒进行冷却，且需要同时设置进水管与出水管，本申请采用空气冷却，只需要一根进气管道即可，可以对内方盒进行冷却，并且气体泄漏不会对功率输入耦合器造成影响；(3)进一步的，在同轴输出结构上输出端处优化设置直径逐渐缩小的锥形过渡结构，这样可有效降低超导加速腔发射到窗体表面的电子；(4)在双窗体结构的外导体上处于超高真空状态段设置有两个真空监测窗口，可以有效保证其中一个真空监测窗口出现问题，另外一个还可以正常工作，实现备用和互相参考的作用，达到真空腔内部的实时、不间断监测。附图说明图1为现有技术中功率输入耦合器在射频超导系统中的位置示意图。图2为根据本公开一实施例所示的双热窗型的功率输入耦合器的结构示意图。图3为如图2所示的传输匹配结构沿着A-A面剖开后的剖面结构示意图。图4为如图2所示的双窗体结构沿着B-B面剖开后的剖面结构示意图。【符号说明】1-传输匹配结构；10-第一功率输出端；11-功率输入端；12-冷却端；13-导电金属环；14-第一盒体；15-第二盒体；16-气冷管道；2-双窗体结构；20-第一窗体；21-第二窗体；22-第一导体；23-第二导体；24-第一打火监控窗口；25-第一电子流监控窗口；26-第二打火监控窗口；27-第二电子流监控窗口；28-真空抽气窗口；29-真空监测窗口；3-同轴输出结构；30-波纹管；31-热锚；32-锥形过渡结构；33-第二功率输出端。具体实施方式本公开提供了一种双热窗型的功率输入耦合器，通过采用双窗体结构，该双窗体结构包括：第一导体、第二导体以及设置于第一导体和第二导体之间并与之形成一体的两个窗体，在耦合器工作时这两个窗体均为热窗，均处于室温工作，一方面，该双窗体结构可以一同随着耦合器在百级洁净间与超导加速腔进行装配，降低了装配难度，并且不会对双窗体结构造成二次污染，另一方面，一体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双热窗型的功率输入耦合器，包括：传输匹配结构，具有三个端口，分别为功率输入端、冷却端、以及第一功率输出端，其中，功率输入端与冷却端处于第一轴线上，第一功率输出端处于第二轴线上，该第二轴线与第一轴线垂直；双窗体结构，与所述第一功率输出端相连接，包括：第一窗体、第二窗体、第一导体以及第二导体，其中，第一导体，构成双窗体结构的外围；第二导体，与第一导体平行设置，与第一导体形成至少两个容置空间；第一窗体与第二窗体相对设置于该容置空间内；以及同轴输出结构，与双窗体结构相连接，包括：第二功率输出端，用于功率输出。

【技术特征摘要】
2018.01.18 CN 20181005115181.一种双热窗型的功率输入耦合器，包括：传输匹配结构，具有三个端口，分别为功率输入端、冷却端、以及第一功率输出端，其中，功率输入端与冷却端处于第一轴线上，第一功率输出端处于第二轴线上，该第二轴线与第一轴线垂直；双窗体结构，与所述第一功率输出端相连接，包括：第一窗体、第二窗体、第一导体以及第二导体，其中，第一导体，构成双窗体结构的外围；第二导体，与第一导体平行设置，与第一导体形成至少两个容置空间；第一窗体与第二窗体相对设置于该容置空间内；以及同轴输出结构，与双窗体结构相连接，包括：第二功率输出端，用于功率输出。2.根据权利要求1所述的功率输入耦合器，其中，所述传输匹配结构包括：彼此绝缘的第一盒体和第二盒体，所述第一盒体与第二盒体构成同轴线结构，第一盒体位于外侧，第二盒体位于内侧，在所述第一盒体和第二盒体上均对应设置有所述端口，所述端口分别为：功率输入端、冷却端、以及第一功率输出端。3.根据权利要求2所述的功率输入耦合器，其中，所述第一盒体与第二盒体之间为空气。4.根据权利要求2所述的功率输入耦合器，其中，所述第一盒体的端口上均设置有外导体，该外导体与双窗体结构的第一导体相连接；所述第二盒体的端口上均设置有内导体，该内导体与双窗体结构的第二导体相连接。5.根据权利要求4所述的功率输入耦合器，其中，所述冷却端的内、外导体之间设有导电金属环，该导电金属环能够沿着第...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永明，王若旭，蒋天才，何源，张生虎，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：甘肃,62