反射型移相器和加速器及其操作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微波传导技术领域和加速器领域，尤其涉及反射型移相器和加速器及其操作方法。
【背景技术】
[0002]移相器是微波应用中非常重要的微波器件之一，在雷达、加速器、通信以及仪器仪表领域中都有很广泛的应用。目前的移相器均是在结构中插入介质片、销钉或铁氧体等以实现导波系数的改变，进而可以改变微波的下相位。
[0003]移相器是一种能够改变微波相位的一种移相器，在高功率微波的合成和分配中有独特的应用。相位变化速度越快，系统工作重复频率就可以越高。高功率移相器在国外已经有所研究，在一些现有技术中，通过在波导中放置一定几何尺寸的铁氧体或铁电体，通过外围的高压外电路来改变铁氧体或铁电体的材料参数进而改变相移。这些移相器的设计对外电路要求比较高，而且如果要实现快速的相移，外加的脉冲电压通常要几千伏，同时对脉冲上升沿要求也很高。此外，这些移相器中为了让微波有很好的传输特性通常要在结构中加一些其它的介质，所以使得设计比较复杂。
[0004]通常的移相器都是双端口微波元件，微波从一个端口进入，从另一个端口传出。相位的改变通过在传输段中加入膜片、铁氧体等实现。但是，现有技术中的这种通过外电路来改变铁氧体材料参数的移相器存在以下缺陷:
[0005](I)相移有限:目前文献中给出的设计方案，虽然能在较短的时间内实现相位的快速变化，但是相位的变化范围很小，不能达到180°相位的变化；
[0006](2)稳定性差:现在移相器采用外电路控制的方法，通过改变材料的电参数或者磁参数来实现微波相位的改变，这对外电路电压的稳定性要求比较高，目前的设计大多是在测量结果中截取效果比较好的一段作为设计结果；
[0007](3)材料限制:目前已有的移相器需要在移相器内部增加铁氧体材料或其它材料，增加了设计难度；
[0008](4)外电路的限制:通过外电路改变材料的参数进而改变相位的大小，外电路的电压通常要几千伏，高电压在应用时难度较大。
[0009]对于现有技术中的方案，从文献的实验结果看，单个移相器还没有实现180°的变化，主要原因是微波的传输受到限制，微波在通过移相器的时候，功率会有所降低，同时也会有部分微波被反射，而且基于铁氧体的移相器要保证反射小，损耗小，而且还要速度快，这些都是限制的因素。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是提出反射型移相器和加速器及其控制方法，能够较为方便地实现在移相器的出口处的相邻的微波脉冲之间具有一个相移。
[0011]为实现上述目的，本发明提供一种反射型移相器，包括第一部件和第二部件，所述第一部件具有第一空腔，所述第二部件设在所述第一空腔内，所述移相器被构造成微波能够在其内部被反射回，所述第一空腔的第一端口作为其入口和出口；
[0012]所述空腔的内壁与第二部件的外壁之间的距离在周向上周期性连续变化，使得当所述第一部件与所述第二部件之间相对转动时，在所述移相器的出口处的相邻的微波脉冲之间具有一个相移。
[0013]进一步地，在所述第一空腔的内壁与所述第二部件的外壁之间的距离在周向上以180°为周期连续性变化。
[0014]进一步地，所述相移在0°至180°的范围内。
[0015]进一步地，所述第二部件的柱体设在所述第一空腔内，所述第一空腔和所述柱体中的一个的横截面为圆形且是静止的，所述第一空腔和所述柱体中的另一个的横截面与其旋转中心之间的距离在周向上呈周期性连续变化。
[0016]进一步地，所述第一空腔和所述柱体中的所述另一个的横截面为椭圆、矩形、正三角形或者正多边形。
[0017]进一步地，所述第一部件还设有第二空腔，所述第二空腔与所述第一空腔的第一端连通，所述第二空腔具有靠近所述第一端口的第一引导部，用于引导所述微波进入所述第一空腔内。
[0018]进一步地，所述第一引导部包括方波导和第一渐变部，所述方波导为截面呈方形的空腔，所述方波导通过所述第一渐变部与所述第一空腔连通。
[0019]进一步地，所述第二部件包括第二引导部，所述第二引导部邻近于所述第一端口，用于将所述微波引导至所述第一空腔和所述第二部件之间的空间。
[0020]进一步地，所述第二引导部包括圆柱部和第二渐变部，所述圆柱部通过所述第二渐变部与所述第二部件的所述柱体相连。
[0021]进一步地，还包括设在所述第一端口的环流器，用于分离进入的所述微波和反射出来的所述微波。
[0022]进一步地，还包括扼流结构，所述扼流结构设在所述第一部件与所述第二部件之间且邻近所述第一空腔的第二端口的位置，用于对进入的所述微波进行反射。
[0023]另外，本发明还提供一种包括用于加速加速器中的电子的加速管、上述反射型移相器和驱动装置，所述驱动装置用于使得所述第一部件与所述第二部件相对转动。
[0024]进一步地，所述加速器包括第一加速管和第二加速管，所述第一加速管位于所述第二加速管的上游，所述反射型移相器设置在所述第二加速管中。
[0025]另外，本发明还提供一种用于上述加速器的控制方法，所述第二部件的柱体设在所述第一空腔内，所述第一空腔和所述柱体中的一个的横截面为圆形且是静止的，所述第一空腔和所述柱体中的另一个的横截面为椭圆形，所述控制方法包括:
[0026]以重复频率V赫兹向所述加速器内发射微波脉冲；
[0027]所述驱动装置驱动所述第一空腔和所述柱体中的所述另一个以转速η转/分钟旋转，其中n = 15vm，m为奇数，I，3，5…，使得当每次微波脉冲发射时，所述椭圆形横截面的长轴转动至水平或者竖直状态，在所述移相器出口处的相邻的微波之间的相移为180度。
[0028]基于上述技术方案，本发明实施例的移相器属于通过机械方式控制的移相器，通过在第一部件的内壁与第二部件的外壁之间的距离被构造成在周向上周期性连续变化，能够使得微波从入口进入第一部件和第二部件之间的间隙后，通过第一部件与第二部件的相对转动改变该间隙的横截面取向，从而使该微波在进入和离开第一端口时的相位具有一相移，这种方式结构简单，且可控性较强，体现在移相的范围可以通过改变部件的结构参数来控制，移相的速度可以通过改变旋转速度来控制。
【附图说明】
[0029]此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0030]图1为本发明移相器的一个实施例的结构示意图；
[0031]图2为本发明的移相器在工作过程中微波相位随第一部和第二部相对旋转角度变化的曲线示意图；
[0032]图3为现有技术中移相器的微波状态变化示意图；
[0033]图4为包括本发明移相器的加速器的结构示意图。
[0034]附图标记说明
[0035]I—第一部件;2—第二部件;3—方波导;4 一第一渐变部;5—圆波导；6—圆柱部；7 一第二渐变部;8 —椭圆部;9 一扼流结构；1 —驱动连接部。
【具体实施方式】
[0036]以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征。
[0037]本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。
[0038]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“前”、“后”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0039]本发明改变了现有技术中通过外电路改变铁氧体材料参数实现微波移相的方式，提供了一种反射式移相器，如图1所示，该移相器包括第一部件I和第二部件2，第一部件