速调管谐振腔特性参数的优化方法的流 程图。
[0032]图5是根据本发明的一个实施例的用于速调管谐振腔测量实验系统的连接示意 图。
[0033]图6是根据本发明的一个实施例的实测欠耦合谐振腔群时延曲线的示例。
[0034] 图7是根据本发明的一个实施例的实测过耦合谐振腔群时延曲线的示例。
[0035] 图8是根据本发明的一个实施例的实测谐振腔驻波比曲线的示例。
[0036] 图9是根据本发明的一个实施例的在驻波比曲线上选取若干数据点以计算谐振腔 固有品质因数的示意图。
【具体实施方式】
[0037] 为使本发明的目的、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，对本发明进一步详细说明。在本发明的附图中，相同的标号表示相同的部件。
[0038] 在本发明中，速调管谐振腔特性参数包括所述谐振腔腔体的谐振频率fQ和谐振腔 的品质因数。优选地，谐振腔的品质因数包括谐振腔固有品质因数Q〇、谐振腔外部品质因数 Q e、谐振腔有载品质因数Ql。本领域技术人员可以理解，本发明中的速调管谐振腔特性参数 可以包括谐振腔腔体的谐振频率f〇、谐振腔固有品质因数Q〇、谐振腔外部品质因数Qe、谐振 腔有载品质因数Ql这四项中的任一项或几项。
[0039] 图2示出根据本发明的一个实施例的一种用于速调管谐振腔特性参数的测量和优 化的方法的流程图。
[0040] 本发明的一个实施例的一种用于速调管谐振腔特性参数的测量和优化的方法，具 体流程如图2所示。实验测量系统的构成如图5所示，包括待测谐振腔1、输出波导2、波导同 轴转换3和矢量网络分析仪(矢网)4。
[0041] 在速调管中，输入腔和输出腔与外界存在能量交换，因而有下述关系式：
[0042]
[0043] ^ 品质因数。如图5所示，使用矢网由单端口方法测得的有载 品质因数为Ql，但是当Q〇>>Qe时，可以近似地认为Qe ? Ql，这就是测量低损耗谐振腔时依据的 原理。固有品质因数Qo越大，近似的准确程度越好。
[0044] 对于高损耗谐振腔，若矢网测出的群时延曲线呈现负峰，如图6所示，则无法由曲 线峰值W0)直接计算出有载品质因数以，这对应腔体QiKQe的情形，此时，谐振腔自身的 损耗过大，难以在腔内建立足够强的间隙场而有效提取电子束能量。为了准确获得高损耗 谐振腔的谐振频率f〇、谐振腔的品质因数(尤其是，固有品质因数Q〇和外部品质因数^)，提 供根据本发明的一个实施例的一种速调管谐振腔特性参数的确定方法。
[0045] 图3示出根据本发明的一个实施例的一种速调管谐振腔特性参数的确定方法的流 程图。
[0046] 如图3所示，该方法包括以下步骤:群时延曲线测量步骤310,在该步骤中，测量谐 振腔的群时延曲线，以确定所述谐振腔腔体的谐振频率和耦合状态;驻波比曲线测量步骤 320,在该步骤中，测量谐振腔的驻波比曲线；以及特性参数确定步骤330,在该步骤中，根据 对驻波比曲线的测量结果以及所述谐振腔腔体的谐振频率和耦合状态，确定谐振腔的品质 因数。
[0047] 优选地，在根据本发明的一个实施例的一种速调管谐振腔特性参数的确定方法 中，谐振腔的品质因数包括谐振腔固有品质因数Q〇。优选地，在群时延曲线测量步骤310中， 记录群时延曲线的峰值处的横坐标fo作为谐振腔腔体的谐振频率，并将谐振腔腔体的耦合 状态记为β，并且当群时延曲线具有正峰时表明谐振腔腔体过耦合，即β>1;当群时延曲线具 有负峰时表明谐振腔腔体欠耦合，即β〈1。优选地，驻波比曲线测量步骤320包括:确定驻波 最小点So，驻波最小点So与谐振腔腔体的谐振频率fo相对应;在驻波比曲线上，在驻波最小 点So上方选定驻波比为S x的水平线，驻波比为Sx的水平线与驻波比曲线相交于频率分别为 f#Pf2的两点，且满足关系fKfKft;其中，所述特性参数确定步骤包括按下式计算谐振腔固 有品质因数Q〇:
[0048]
[0049] 其中，么€ = 5-&;在3>1 时P = So,在β〈1 时0=1/S〇。
[0050] 优选地，谐振腔的品质因数还包括谐振腔有载品质因数以。优选地，特性参数确定 步骤330包括按下式计算谐振腔有载品质因数Ql:
[0051]
[0052] 优选地，谐振腔的品质因数还包括谐振腔外部品质因数Qe。优选地，特性参数确定 步骤330包括按下式计算谐振腔外部品质因数Q e:
[0053]
[0054] 优选地，谐振腔的品质因数包括谐振腔有载品质因数Ql。优选地，在根据本发明的 另一个实施例的一种速调管谐振腔特性参数的确定方法中，在群时延曲线测量步骤310中， 当群时延曲线具有正峰时确定谐振腔腔体的耦合状态为过耦合，记录群时延曲线的峰值处 的横坐标fo作为谐振腔腔体的谐振频率，群时延曲线的峰值对应的群时延i g>〇。优选地，特 性参数确定步骤330包括按下式计算谐振腔有载品质因数Ql:
[0055] QL = jif〇Tg/2〇
[0056] 优选地，谐振腔的品质因数还包括谐振腔固有品质因数Q〇。优选地，驻波比曲线测 量步骤320包括:确定驻波最小点So,驻波最小点So与谐振腔腔体的谐振频率fo相对应。优选 地，特性参数确定步骤330包括按下式计算谐振腔固有品质因数Q 0:
[0057] Qq=(i+sq)ql。
[0058] 优选地，谐振腔的品质因数还包括谐振腔外部品质因数Qe。优选地，特性参数确定 步骤330包括按下式计算谐振腔外部品质因数Q e:
[0059]
[0060] 图4示出根据本发明的一个实施例的一种速调管谐振腔特性参数的优化方法的流 程图。
[0061] 如图4所示，根据本发明的一个实施例的一种速调管谐振腔特性参数的优化方法 包括以下步骤：
[0062] 步骤410，获得速调管谐振腔的初始特性参数；
[0063] 步骤420,采用根据权利要求1所述的方法来确定速调管谐振腔的特性参数；以及
[0064] 步骤430,将初始特性参数和所确定的特性参数相比较，根据比较结果来对速调管 谐振腔特性参数进行优化。
[0065] 本发明对过耦合和欠耦合的谐振腔均能适用，有效克服了现有技术中群时延曲线 仅对过耦合谐振腔有意义的缺点，可用于速调管高损耗谐振腔特性参数的确定和优化。
[0066] 在本发明图2所示的用于速调管高损耗谐振腔特性参数的测量和优化的方法中， 结合了以上参照图3说明的根据本发明的一个实施例的一种速调管谐振腔特性参数的确定 方法、和参照图4说明的根据本发明的一个实施例的一种速调管谐振腔特性参数的优化方 法。
[0067] 具体而言，为了准确获得高损耗谐振腔的谐振频率fQ、固有品质因数Q〇和外部品质 因数，并对谐振腔进行优化，如图2所示的根据本发明的一个实施例的一种用于速调管高 损耗谐振腔特性参数的测量和优化的方法可以包括如下步骤：
[0068] 1)通过对现有腔体进行缩放或重新设计，在三维电磁分析软件中设置合理的计算 环境并建立谐振腔结构模型，经优化获得特性参数基本符合要求的速调管谐振腔的初始结 构参数。
[0069] 2)根据谐振腔的初始结构完成结构设计、零件加工并组装好冷测模型。
[0070] 3)使用矢网对组装好的谐振腔冷测模型进行测量，具体如下：
[0071] 3a)按图5所示，将矢网4与待测谐振腔1连接好，由单端口法测出群时延曲线，如图 7所示。记录曲线峰值处的横坐标fo,此时可知，谐振腔谐振频率即为fo,曲线具有正峰表明 腔体过耦合，若曲线峰值对应的群时延i g>0,则谐振腔有载品质因数Ql可由下式计算：
[0072] QL = jif〇Tg/2
[0073] 式中，通常取频率fo的单位为GHz，群时延^的单位为ns，则可直接得到无量纲的Ql 值。
[0074] 在本发明所述的更一般情况下，通过对群时延曲线的测量，除确定谐振腔谐振频 率fo之外，主要的目的在于判断谐振腔的耦合状态：曲线具有正峰表明腔体过耦合，即腔体 固有品质因数Q〇大于外部品质因数Qe;曲线具有负峰表明腔体欠耦合，即腔体固有品质因数 Qo小于外部品质因数Q e。
[0075] 3b)保持矢网4与待测谐振腔1的连接状态不变，由单端口法测出驻波比曲线，如图 8所示。驻波最小点So与输入腔的谐振频率fo相对应。参考图9，在最小点So的上方做一驻波 比为Sx的水平线与驻波比曲线相交于频率分别为的两点，且满足关系以"匕记录