功率输入耦合器制造技术

本发明专利技术公开了一种功率输入耦合器，包括：功率输入端，其输入功率；同轴转换器，与功率输入端相连，包括：外导体与内导体；高频陶瓷窗，与同轴转换器相连接，包括：陶瓷窗，该陶瓷窗包含一室温条件下的台阶圆柱陶瓷管，该台阶圆柱陶瓷管由沿着功率传输方向直径渐缩的至少两个圆柱陶瓷管组成；以及输出端外导体组件，与高频陶瓷窗连接，其输出功率。该功率输入耦合器的结构简单，焊接难度较低、窗体强度提高、保险系数增强。

【技术实现步骤摘要】
功率输入耦合器
本公开属于粒子加速器
，涉及一种功率输入耦合器。
技术介绍
随着核物理基础研究和应用研究的发展，高能量和高流强的重离子直线加速器成为迫切的需要，而传统的铜制射频加速腔的一个主要缺点是腔壁的电阻损耗过大，导致巨大的射频功率需求，这直接限制了铜腔的运行加速梯度；对于高占空比的直线加速器，冷却上的局限性将进一步限制加速场值。在温度为4K或者2K下，金属铌处于超导态，其表面电阻是铜的10-5倍，因此超导射频铌腔可以在高加速梯度和高占空比下运行。功率输入耦合器是给射频超导加速腔提供功率的设备，在射频超导系统中位于功率源和超导加速腔之间，主要功能是将微波功率馈送到超导加速腔内，同时通过陶瓷窗可以将大气与超导加速腔内的真空环境分离，起到从室温到超导低温的低漏热过渡连接作用等多重功能。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。现有技术中，国内外的功率输入耦合器的高频窗一般采用同轴平板型和圆柱形窗，现有的圆柱形高频窗为陶瓷窗，外径相同且导体嵌入陶瓷内部进行焊接，导致结构设计复杂、焊接难度增加、窗体强度减少，使功率输入耦合器的保险系数降低。因此，针对包含圆柱形高频窗的功率输入耦合器来说，如何改进并简化该功率输入耦合器的结构，从而降低焊接难度、提高窗体强度、增强其保险系数，成为亟待解决的技术问题。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本公开提供了一种功率输入耦合器，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，提供了一种功率输入耦合器，包括：功率输入端，其输入功率；同轴转换器，与功率输入端相连，包括：外导体与内导体；高频陶瓷窗，与同轴转换器相连接，包括：陶瓷窗，该陶瓷窗包含一室温条件下的台阶圆柱陶瓷管，该台阶圆柱陶瓷管由沿着功率传输方向直径渐缩的至少两个圆柱陶瓷管组成；以及输出端外导体组件，与高频陶瓷窗连接，其输出功率。在本公开的一些实施例中，高频陶瓷窗还包括：高频陶瓷窗外导体，设置于陶瓷窗的外部，与同轴转换器的外导体末端电性连接；第一高频陶瓷窗内导体，设置于陶瓷窗的内部，插入同轴转换器的内导体之内；以及第二高频陶瓷窗内导体，与第一高频陶瓷窗内导体以及陶瓷窗相连接，并与同轴转换器的内导体末端电性连接。在本公开的一些实施例中，在高频陶瓷窗外导体与同轴转换器的外导体末端之间设有第一弹簧圈，该第一弹簧圈实现高频陶瓷窗外导体与同轴转换器的外导体末端的电性连接；在第二高频陶瓷窗内导体与同轴转换器的内导体末端之间设有第二弹簧圈，该第二弹簧圈实现所述第二高频陶瓷窗内导体与同轴转换器的内导体末端的电性连接。在本公开的一些实施例中，高频陶瓷窗还包括：第五法兰，该第五法兰为真空刀口法兰，设置于高频陶瓷窗外导体之上，第五法兰与同轴转换器的外导体末端相连接。在本公开的一些实施例中，在同轴转换器的外导体末端与第五法兰之间设置有第三法兰，该第三法兰为定位法兰，实现同轴转换器与高频陶瓷窗的装配定位。在本公开的一些实施例中，输出端外导体组件包括：输出端外导体；第四法兰，设置于输出端外导体之上，与第五法兰相连接；波纹管，与第四法兰相连接，并与低温恒温器相连；铜环，与低温恒温器中的液氮冷屏相连，对该功率输入耦合器进行冷却；以及第一法兰，与一超导腔体相连接，输出功率至该超导腔体。在本公开的一些实施例中，第四法兰上设置有真空抽气窗口、打火监控端口、以及电子流监控端口。在本公开的一些实施例中，陶瓷窗的真空侧镀有氮化钛膜，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，同轴转换器包含依次相连接的第一段同轴转换器和第二段同轴转换器，在所述第一段同轴转换器与第二段同轴转换器的连接部位包含一同轴陶瓷片。在本公开的一些实施例中，第二段同轴转换器的内部密封有惰性气体或高纯氮气。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本公开提供的功率输入耦合器，具有以下有益效果：利用一个室温环境下台阶圆柱陶瓷管组成的高频陶瓷窗使超导加速腔保持真空状态，该台阶圆柱陶瓷管由沿着功率传输方向直径渐缩的至少两个圆柱陶瓷管组成，直径较小的部分靠近超导加速腔，其中，直径较大的圆柱陶瓷管与陶瓷窗的外导体进行钎焊，起到隔离真空、降低焊接难度和调节匹配传输的作用，直径较小的圆柱陶瓷管可以增加陶瓷的强度、保护直径较大的圆柱陶瓷管免受超导加速腔内部电子发射到陶瓷窗表面，并能起到调节传输匹配的作用。附图说明图1为根据本公开一实施例所示的功率输入耦合器的结构示意图。图2为根据本公开一实施例所示的同轴转换器的结构示意图。图3为根据本公开一实施例所示的高频陶瓷窗体的结构示意图。图4为根据本公开一实施例所示的陶瓷窗的结构示意图。图5为根据本公开一实施例所示的外导体组件的结构示意图。图6为根据本公开一实施例所示的监控窗口的位置示意图。【符号说明】1-功率输入端；2-第一段同轴转换器；3-第二段同轴转换器；4-高频陶瓷窗；5-输出端外导体组件；6-第一法兰；7-第二法兰；8-插芯；9-第二段同轴转换器外导体末端；10-第一弹簧圈；11-高频陶瓷窗外导体；12-第三法兰；13-第一高频陶瓷窗内导体；14-同轴陶瓷片；15-第二高频陶瓷窗内导体；16-第二弹簧圈；17-陶瓷窗；18-第四法兰；19-真空抽气端口；20-打火监控端口；21-电子流监控端口；22-波纹管；23-铜环；24-第五法兰；25-充气口。具体实施方式本公开提供了一种功率输入耦合器，通过利用一个室温环境下台阶圆柱陶瓷管组成的高频陶瓷窗使超导加速腔保持真空状态，该台阶圆柱陶瓷管由沿着功率传输方向直径渐缩的至少两个圆柱陶瓷管组成，直径较小的部分靠近超导加速腔，其中，直径较大的圆柱陶瓷管与高频陶瓷窗的外导体进行钎焊，起到隔离真空、降低焊接难度和调节匹配传输的作用，直径较小的圆柱陶瓷管可以增加陶瓷的强度、保护直径较大的圆柱陶瓷管免受超导加速腔内部电子发射到高频陶瓷窗表面，并能起到调节传输匹配的作用。为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。在本公开的一个示例性实施例中，提供了一种功率输入耦合器。图1为根据本公开一实施例所示的功率输入耦合器的结构示意图。参照图1所示，本公开的功率输入耦合器，包括：功率输入端1，其输入功率；同轴转换器，与功率输入端1相连，包括：外导体与内导体；高频陶瓷窗4，与同轴转换器相连接，包括：陶瓷窗17，该陶瓷窗17包含一室温条件下的台阶圆柱陶瓷管，该台阶圆柱陶瓷管由沿着功率传输方向直径渐缩的至少两个圆柱陶瓷管组成；高频陶瓷窗外导体11，设置于陶瓷窗17的外部，与同轴转换器的外导体末端电性连接；第一高频陶瓷窗内导体13，设置于陶瓷窗17的内部，插入同轴转换器的内导体之内；以及第二高频陶瓷窗内导体15，与第一高频陶瓷窗内导体13以及陶瓷窗17相连接，并与同轴转换器的内导体末端电性连接；以及输出端外导体组件5，与高频陶瓷窗4连接，其输出功率。下面参照附图，对本实施例的功率输入耦合器的各个部分进行详细介绍。本实施例中，功率输入端1采用商用N型接头。图2为根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率输入耦合器，包括：功率输入端，其输入功率；同轴转换器，与功率输入端相连，包括：外导体与内导体；高频陶瓷窗，与同轴转换器相连接，包括：陶瓷窗，该陶瓷窗包含一室温条件下的台阶圆柱陶瓷管，该台阶圆柱陶瓷管由沿着功率传输方向直径渐缩的至少两个圆柱陶瓷管组成；以及输出端外导体组件，与高频陶瓷窗连接，其输出功率。

【技术特征摘要】
2018.01.23 CN 20181006218571.一种功率输入耦合器，包括：功率输入端，其输入功率；同轴转换器，与功率输入端相连，包括：外导体与内导体；高频陶瓷窗，与同轴转换器相连接，包括：陶瓷窗，该陶瓷窗包含一室温条件下的台阶圆柱陶瓷管，该台阶圆柱陶瓷管由沿着功率传输方向直径渐缩的至少两个圆柱陶瓷管组成；以及输出端外导体组件，与高频陶瓷窗连接，其输出功率。2.根据权利要求1所述的功率输入耦合器，其中，所述高频陶瓷窗还包括：高频陶瓷窗外导体，设置于陶瓷窗的外部，与同轴转换器的外导体末端电性连接；第一高频陶瓷窗内导体，设置于陶瓷窗的内部，插入同轴转换器的内导体之内；以及第二高频陶瓷窗内导体，与第一高频陶瓷窗内导体以及陶瓷窗相连接，并与同轴转换器的内导体末端电性连接。3.根据权利要求2所述的功率输入耦合器，其中：在所述高频陶瓷窗外导体与同轴转换器的外导体末端之间设有第一弹簧圈，该第一弹簧圈实现所述高频陶瓷窗外导体与同轴转换器的外导体末端的电性连接；在所述第二高频陶瓷窗内导体与同轴转换器的内导体末端之间设有第二弹簧圈，该第二弹簧圈实现所述第二高频陶瓷窗内导体与同轴转换器的内导体末端的电性连接。4.根据权利要求2所述的功率输入耦合器，其中，所述高...

【专利技术属性】
技术研发人员：王若旭，李永明，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