一种高功率输入耦合器制造技术

本发明专利技术公开了一种高功率输入耦合器。本发明专利技术包括一T型调谐装置，其输入端与短路端位于同一轴线上，输出端的轴线与输入端的轴线垂直；输出端经一高频窗体与一同轴线缆连接；其中，T型调谐装置为一双导体结构，包括彼此绝缘的内层导体盒和外层导体盒，该内层导体盒的输入端口与输入端同轴线缆的内导体密封电连接、短路端口与短路端同轴线缆的内导体密封电连接、输出端口与输出端同轴线缆的内导体密封电连接；该外层导体盒的输入端口与输入端同轴线缆的外导体密封电连接、短路端口与短路端同轴线缆的外导体密封电连接、输出端口与输出端同轴线缆的外导体密封电连接；短路端同轴线缆的内外导体之间设有一短路活塞。本发明专利技术可实现功率传输的在线调节。

【技术实现步骤摘要】
一种高功率输入耦合器
[0001 ] 本专利技术涉及一种高功率输入耦合器，属于微波领域。
技术介绍
高功率输入耦合器本质上是一种微波传输元件，它是粒子加速器射频超导系统的关键部件之一，在射频超导系统中位于功率源和超导腔之间，其主要功能是将微波功率馈送到超导腔内(见附图1)，同时还利用陶瓷窗将大气与超高真空环境隔离开来、承担从室温到超导低温的低漏热过渡连接作用等多重功能。根据运行经验，高功率输入耦合器是射频超导系统中极为脆弱的关键部件之一，一旦损坏，将导致整个加速器无法运行，需花费很大的财力和较长的时间去修复它，成本较高、损失较大，因此它一直是加速器射频超导领域的热点和难点。目前国际上同类型的超导腔功率输入耦合器通常采用同轴型和波导型结构。但是无论哪种结构类型的功率输入耦合器，都需要将功率源与耦合器主传输线进行连接，该连接件的结构设计，或采用门钮转换结构[文献I，Mircea Stirbet, Fundamental PowerCouplers for the SNS Project, review of the SPL RF coupler CERN16-17March2010],或米用直连结构[文献 2，Q.S.Shu, J.Susta, G.F.Chen et all.“INNOVATIVE MODULAR, MULTIPLEPOWER LEVELS, 325MHz SPOKES CAVITIES POWER ⑶UPLERS”，Proceedings of PAC07, NewMexico, USA],即将功率尽可能无反射的传输到耦合器件中，但两者均未能实现传输性能的在线调节，即在馈入功率的情 况下，通过对耦合器的短路调谐器进行调节，实现功率匹配传输，进一步提高功率传输效率。为了实现功率源与同轴线的顺利过渡，兼顾为耦合器内导体提供水冷管道，法国CEA研究机构为其中子源加速器IFMIF-EVEDA项目研制了 RFQ腔功率输入耦合器，并利用一个同轴平板型窗体隔离真空[文献 4，S.Maebara, Toka1-JAEA, et all.“DESIGN OF AN INPUTCOUPLER FOR THE IFMIF/EVEDA RFQ LINAC，，，Proceedings of IPAC，10，Kyoto, Japan]，与本专利技术的专利内容完全不同。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种高功率输入耦合器的结构设计，该耦合器可以克服传统耦合器不可在线调节传输的缺点，实现驻波比在线可调及匹配传输。本专利技术的技术方案为:一种高功率输入耦合器，其特征在于包括一调谐装置，其包括输入端、短路端和输出端；输出端经一高频窗体与一同轴线缆连接；其中，所述调谐装置为一双导体结构，包括彼此绝缘的内层导体盒和外层导体盒，该内层导体盒的输入端口与输入端同轴线缆的内导体密封电连接、该内层导体盒的短路端口与短路端同轴线缆的内导体密封电连接、该内层导体盒的输出端口与输出端同轴线缆的内导体密封电连接；该外层导体盒的输入端口与输入端同轴线缆的外导体密封电连接、该外层导体盒的短路端口与短路端同轴线缆的外导体密封电连接、该外层导体盒的输出端口与输出端同轴线缆的外导体密封电连接；所述短路端同轴线缆的内外导体之间设有一短路活塞。进一步的，所述输出端经一含有Choke结构的高频窗体与一同轴线缆连接；其中，所述Choke结构包括内导体Choke结构、外导体Choke结构和同轴平板陶瓷片；内导体Choke结构和外导体Choke结构分别包括位于该同轴平板陶瓷片两侧的上端和下端；内导体Choke结构的上端、下端分别与输出端同轴线缆的内导体密封电连接且通过一同轴金属框与该同轴平板陶瓷片密封连接，外导体Choke结构的上端、下端分别与输出端同轴线缆的外导体密封电连接且通过一同轴金属框与该同轴平板陶瓷片密封连接。进一步的，连接所述外导体Choke结构的上端、下端的同轴金属框外侧设有一第二同轴圆柱筒，其与所述外导体Choke结构的上端、下端密封连接且设有冷却水进水口和出水口。进一步的，所述同轴平板陶瓷片为氧化铝陶瓷片，其真空面镀TiN膜，膜厚为5_10nmo进一步的，所述调谐装置为T型调谐装置，其输入端与短路端位于同一轴线上，输出端的轴线与输入端的轴线垂直。进一步的，所述内导体Choke结构、外导体Choke结构分别为与输出端的轴线同轴的圆柱形结构。进一步的，所述短路端同轴线缆的内导体内通有两根水冷管道为输出端内导体提供冷却水回路。进一步的，所述输出端的同轴线缆特性阻抗为50欧姆。进一步的，所述短路活塞通过螺纹结构在所述短路端同轴线缆的内、外导体之间前后可调。进一步的，所述高频窗体附近设定区域内分别设置真空监控端口、ARC打火监控端口和电子流监控端口。与现有技术相比，本专利技术的积极效果为:本专利技术的耦合器结构类型为同轴型结构，因此T型结构采用双导体型，从而保证TEM波型的传输。入射功率经过T型转换装置后，在短路端被短路活塞全反射回来，转向侧方(90度方向)从输出端输出；其中短路端包含一个短路活塞，通过活塞的往复移动，可以实现功率传输的在线可调，另一方面，短路端为引入水冷管道提供了便利；可见T型转换装置将输入端、输出端和短路端同时整合到一起，且具有在线可调与便于冷却的功能。窗体采用了 Choke (扼流)型结构设计，该Choke结构与窗体的内、外窗框进行焊接，通过对内导体上、下Choke及外导体上、下Choke几何参数的优化，可以实现窗体附近的匹配传输，减少反射损耗，同时Choke型结构可以大大减小窗片焊接的困难。【附图说明】图1是高功率输入耦合器在射频超导系统中的位置和作用；图2是耦合器的高频电磁结构(空气效果图)；图3是耦合器的高频电磁结构；图4是T型调谐装置的几何结构(空气效果图)；图5是含Choke结构的高频窗体结构图；图6是耦合器的高频电场分布图；图7是耦合器的高频磁场分布图；图8是功率传输S参数图；图9是耦合器的机械结构图；图10是T型盒外层机械结构图；图11是T型盒内层机械结构图；[0031 ] 图12是短路调谐活塞结构图。图面说明:1、T型调谐装置；2、含Choke结构的高频窗体；3、50Ω同轴传输线；11、端口 ；12、端口 ；6为短路端；Al、T型调谐装置外层的长度；A2、T型调谐装置外层的宽度；A3、T型调谐装置外层的高度；B1、T型调谐装置内层的长度；B2、T型调谐装置内层的宽度；B3、T型调谐装置内层的高度； D、T型调谐装置外层与内层的间距；fi?、T型调谐装置短路面端的内径；T型调谐装置短路面端的外径山、T型调谐装置短路面端的长度；g、含Choke结构的窗体内导体；h、含Choke结构的窗体外导体；k、同轴平板型陶瓷片；dc、Choke尖端至陶瓷片表面的距离。【具体实施方式】1、采用高频电磁场仿真计算程序，完成如附图2、3所示的耦合器高频结构的尺寸设计和优化，确保耦合器在工作频率下实现微波功率的匹配传输。本专利技术的高频电磁模型如图2和3所示，主要包括三个组成部分，一个T型调谐装置1、一套含有Choke结构的高频窗体2以及一段50欧姆同轴传输线3。T型调谐装置包括输入端、短路端和输出端；其中，输入端与短路端位于同一轴线上，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高功率输入耦合器，其特征在于包括一调谐装置，其包括输入端、短路端和输出端；输出端经一高频窗体与一同轴线缆连接；其中，所述调谐装置为一双导体结构，包括彼此绝缘的内层导体盒和外层导体盒，该内层导体盒的输入端口与输入端同轴线缆的内导体密封电连接、该内层导体盒的短路端口与短路端同轴线缆的内导体密封电连接、该内层导体盒的输出端口与输出端同轴线缆的内导体密封电连接；该外层导体盒的输入端口与输入端同轴线缆的外导体密封电连接、该外层导体盒的短路端口与短路端同轴线缆的外导体密封电连接、该外层导体盒的输出端口与输出端同轴线缆的外导体密封电连接；所述短路端同轴线缆的内外导体之间设有一短路活塞。

【技术特征摘要】
1.一种高功率输入耦合器，其特征在于包括一调谐装置，其包括输入端、短路端和输出端；输出端经一高频窗体与一同轴线缆连接；其中，所述调谐装置为一双导体结构，包括彼此绝缘的内层导体盒和外层导体盒，该内层导体盒的输入端口与输入端同轴线缆的内导体密封电连接、该内层导体盒的短路端口与短路端同轴线缆的内导体密封电连接、该内层导体盒的输出端口与输出端同轴线缆的内导体密封电连接；该外层导体盒的输入端口与输入端同轴线缆的外导体密封电连接、该外层导体盒的短路端口与短路端同轴线缆的外导体密封电连接、该外层导体盒的输出端口与输出端同轴线缆的外导体密封电连接；所述短路端同轴线缆的内外导体之间设有一短路活塞。2.如权利要求1所述的高功率输入耦合器，其特征在于所述输出端经一含有Choke结构的高频窗体与一同轴线缆连接；其中，所述Choke结构包括内导体Choke结构、外导体Choke结构和同轴平板陶瓷片；内导体Choke结构和外导体Choke结构分别包括位于该同轴平板陶瓷片两侧的上端和下端；内导体Choke结构的上端、下端分别与输出端同轴线缆的内导体密封电连接且通过一同轴金属框与该同轴平板陶瓷片密封连接，外导体Choke结构的上端、下端分别与输出端同轴线缆的外导体密封电连接且通过一同轴金属框与该同轴平板陶瓷片密封连接。3.如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：潘卫民，陈旭，黄彤明，马强，孟繁博，林海英，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11