【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于回旋加速器，尤其涉及一种用于低频、高能、强流加速器束流负载动态匹配方法。
技术介绍
1、加速器射频系统的任务在于：将符合加速频率的电磁能传递给需要加速的离子，按照射频、微波原理，加速器的射频系统由“源”、“传输线”和“负载组成”，“源”就是信号发生器和放大器组成的功率源，传输线是将射频功率输出在尽量少损耗的情况下传输至负载的桥梁，通常由各种结构的射频同轴传输馈管(馈线)或波导组构成，负载是加速器腔体和束流共同构成的终端阻抗。根据等效电路原理，加速器的射频系统可以被描述为如下所示的电路原理图：
2、图1所示为加速器射频系统等效电路原理图：zl是源端阻抗，ck是耦合电容(亦可为电感，c，l，rp分别是射频接加速结构的等效并联电容、电感和电阻，rb是束流形成的等效电阻，ul是负载端电压，uf和ur分别是入射和反射电压)
3、通常情况下，射频传输线都是标准规格的馈管、馈线或波导，阻抗是固定的，因此，当源和负载阻抗匹配时，射频系统即达到谐振状态，源的输出阻抗是末级放大器的输出阻抗，一旦调整好，也是一个固定的参数，只有传输线与射频加速结构相结合的耦合结构可以用来调整整个系统的匹配状态。匹配的程度用耦合的程度来表达，称为耦合度，用符号β来表示，根据微波原理：
4、
5、q0和qe分别是负载和源的品质因数，p0和pe分别是负载和源的等效功率损耗(并不同时发生)，pb和pc分别是束流和加速结构的功率损耗。根据微波原理，只有当β＝1时，ur才会等于0。其他任何情况，ur都会大于0，反射电
6、传统的做法是，在无束流负载(pb＝0)和有束流负载(pb为最大值)的情况下计算β的值，取其平均值作为β调整的目标。让两种情况下产生较均衡的反射(不至于对源造成伤害的反射)。但是对于高能量、低频率的加速器，pb＝eb×ib>>pc，传统的预调β至中值的做法是完全不能应对这种情况的。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术存在的问题，提出一种用于低频、高能、强流加速器束流负载动态匹配方法，目的在于解决现有技术取平均值的方法完全不适应低频、高能、强流加速器束流负载变化很大的情况的问题。
2、本专利技术为解决其技术问题提出以下技术方案：
3、一种用于低频、高能、强流加速器束流负载动态匹配方法，其特点是：包括以下步骤：
4、步骤一、通过等效电路模型，利用复阻抗-导纳分析，确定了束流负载动态匹配的电抗元件的值范围，所述电抗元件的值范围即是：对应当前能量、当前流强的回旋加速器，束流负载从0变化到最大值时电抗元件的值范围；
5、步骤二、通过高灵敏度抗性元件结构实现对束流负载对应抗性参数的调整；
6、步骤三、根据束流负载匹配的原理，利用与之相适应的控制逻辑，实现对可调抗性元件的控制，最终实现束流负载的动态匹配；使得射频系统在不同的束流负载下都能够处于匹配状态，既满足加速器运行需求，又不伤害加速器射频系统。
7、进一步地，所述步骤一的通过等效电路模型，利用复阻抗-导纳分析，确定了束流负载动态匹配的电抗元件的值的范围，具体过程如下：
8、1)建立包括束流负载的回旋加速器高频系统等效电路模型；
9、2)根据等效电路模型推导出等效电路中的腔体输入阻抗作为束流负载的函数，并通过函数获得阻抗与导纳的关系；
10、3)根据阻抗与导纳关系，可求解得不同束流负载条件下的抗性元件的匹配值，并总结出束流负载动态匹配的范围。
11、进一步地，所述步骤一过程2)的根据等效电路模型推导出等效电路中的腔体输入阻抗作为束流负载的函数，并通过函数获得阻抗与导纳的关系；
12、具体过程如下：
13、(1)根据《高频电子线路》第三版中的并联谐振回路的电路原理(《高频电子线路》第三版第三十页)，按照等效电路模型，写出输入阻抗的表达式，即输入阻抗等于耦合电抗的倒数1/jωck加上腔体等效电阻的倒数1/rp、等效电抗的倒数1/jωl+jωc的和的倒数；
14、
15、腔体的阻抗表达式zin为式(1)等号右侧第二项(等号左侧第一项在由公式(3)到公式(4)的推导中使用)，即zin＝r+jx。根据阻抗和导纳的定义，将腔体的等效电阻的倒数1/rp用电导gp表示，将腔体的电抗的倒数1/jωl+jωc用电纳jb表示，推导出等效电路中的腔体输入阻抗的导纳形式：
16、
17、分子分母乘以gp-jb，上式变形为：
18、
19、将上式的实部和虚部分离可得：
20、
21、而用复阻抗表达
22、从而获得腔体匹配时的阻抗-导纳关系，即：
23、
24、进一步地，所述步骤一过程3)的的根据阻抗与导纳关系，利用复平面几何分析方法，可求解得不同束流负载条件下的抗性元件的匹配值，并总结出束流负载动态匹配的范围，其具体过程如下
25、(1)根据腔体匹配(谐振)时阻抗与导纳的关系，推导腔体阻抗匹配时的电抗表达式，b＝0，r＝1/gp＝rp，jx＝0。匹配的目标是将zin匹配至50ω，这意味着r＝50ω，因此，根据式(2)的结论可以推导出：
26、
27、(2)根据纯电容元件的复阻抗特性(复阻抗_百度百科(baidu.com))，-jx＝1/jωck，带入式(3)，求得在不同的束流负载下，对应的匹配电抗元件的值，即元件的动态匹配范围，具体求解关系式如下：
28、
29、进一步地，所述步骤二的通过高灵敏度抗性元件结构实现对束流负载对应抗性参数的调整，具体过程如下：
30、1)由步进电机带动传动机构使得容性电抗的一部分极片产生旋转，从而实现调整电容参数的功能；
31、2)容性电抗结构与同轴传输线(馈管或电缆)相连，再接入加速器的传输线系统。
32、进一步地，所述容性电抗由一系列连接同轴传输线内导体和接地的金属片间隔排列组成，金属片的形状是圆形的一部分，由圆形的优弧和弓围成，与同轴线相连的转轴穿过金属片所在圆的圆心，与内导体接触的金属片对地绝缘，与内导体绝缘的金属片，通过短路片与外导体相连实现接地。转轴也通过绝缘处理，对地绝缘。
33、进一步地，所述步骤三具体过程如下：
34、1)束流负载动态匹配使能；...
【技术保护点】
1.一种用于低频、高能、强流加速器束流负载动态匹配方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种用于低频、高能、强流加速器束流负载动态匹配方法，其特征在于：所述步骤一的通过等效电路模型，利用复阻抗-导纳分析，确定了束流负载动态匹配的电抗元件的值的范围，具体过程如下：
3.根据权利要求2所述一种用于低频、高能、强流加速器束流负载动态匹配方法，其特征在于：所述步骤一过程2)的根据等效电路模型推导出等效电路中的腔体输入阻抗作为束流负载的函数，并通过函数获得阻抗与导纳的关系；
4.根据权利要求1所述一种用于低频、高能、强流加速器束流负载动态匹配方法，其特征在于：所述步骤一过程3)的的根据阻抗与导纳关系，利用复平面几何分析方法，可求解得不同束流负载条件下的抗性元件的匹配值，并总结出束流负载动态匹配的范围，其具体过程如下
5.根据权利要求1所述一种用于低频、高能、强流加速器束流负载动态匹配方法，其特征在于：所述步骤二的通过高灵敏度抗性元件结构实现对束流负载对应抗性参数的调整，具体过程如下：
6.根据权利要求5所述一种用
7.根据权利要求1所述一种用于低频、高能、强流加速器束流负载动态匹配方法，其特征在于：所述步骤三具体过程如下：
8.根据权利要求1所述一种用于低频、高能、强流加速器束流负载动态匹配方法，其特征在于：所述电抗元件的值范围包括耦合器耦合电容的值范围。
9.根据权利要求1所述一种用于低频、高能、强流加速器束流负载动态匹配方法，其特征在于：所述电抗元件的值范围包括耦合器耦合电感的值范围。
...【技术特征摘要】
1.一种用于低频、高能、强流加速器束流负载动态匹配方法，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述一种用于低频、高能、强流加速器束流负载动态匹配方法，其特征在于：所述步骤一的通过等效电路模型，利用复阻抗-导纳分析，确定了束流负载动态匹配的电抗元件的值的范围，具体过程如下：
3.根据权利要求2所述一种用于低频、高能、强流加速器束流负载动态匹配方法，其特征在于：所述步骤一过程2)的根据等效电路模型推导出等效电路中的腔体输入阻抗作为束流负载的函数，并通过函数获得阻抗与导纳的关系；
4.根据权利要求1所述一种用于低频、高能、强流加速器束流负载动态匹配方法，其特征在于：所述步骤一过程3)的的根据阻抗与导纳关系，利用复平面几何分析方法，可求解得不同束流负载条件下的抗性元件的匹配值，并总结出束流负载动态匹配的范围，其具体过程如下
5.根据权利要求1所述一种用于低频、高能、强流加速器束流负载动态匹配方法，其特征在于：所述步...
【专利技术属性】
技术研发人员：雷钰，王志宇，吕银龙，李明，秦伟涛，陈鑫，卢晓通，赵夏青，柴浩男，
申请(专利权)人：北京核力同创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。