一种大功率腔体合成器的制作方法

1.本发明涉及超导回旋加速器功率合成技术，具体涉及一种大功率(100kw)腔体合成器，包括八合一功率合成器，六合一功率合成器以及八合一功率合成器与六合一功率合成器之间的功率合成与耦合技术。


背景技术：

2.超导回旋加速器因其特有的紧凑性和低功耗等特性越来越广泛的应用于pet(positron emission tomography)诊断、同位素生产和质子治疗等医学领域。其中，谐振腔是超导回旋加速器重要的部件之一，谐振腔主要提供离子加速的电场，对于常温谐振腔，需要加载的功率一般在100kw左右，但是固态器件由于受自身半导体物理特性的影响以及加工工艺、散热、阻抗匹配等问题的限制而导致输出功率有限，为获得大功率输出，需要功率合成器。
3.谐振式功率合成是将多个固态器件的输出功率耦合到腔体内进行功率组合以提高整个电路的功率输出。需要模式的抑制、稳定性、合成效率、噪声特性和注入同步等问题进行分析。谐振式功率合成的缺点是合成电路q值高，工作频带窄；各种不连续边界导致场模式越来越复杂，影响合成器工作的稳定性、合成效率以及输出功率。
4.上世纪80年代初，人们提出空间功率合成技术，并于90年代得到重视与发展。空间功率合成分为准光功率合成，自由空间功率合成及波导内空间功率合成三种。准光学谐振腔一大优点在于可一直大部分高阶模式，但是由于各路信号间相互注入锁定，相位无法统一，合成效率一般不高。
5.自由空间功率合成技术是利用天线的辐射和互耦特性，将射频波的辐射功率在自由空间进行功率合成。但是自由空间功率合成会造成功率损耗较大，散热等问题。


技术实现要素：

6.本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种大功率腔体合成器，用于超导回旋加速器中功率合成，采用波导空间功率合成，有机的将八合一功率合成器与六合一功率合成器进行结合，大大的提高输出功率能力，降低的设计成本。
7.本发明技术解决方案：一种大功率腔体合成器，其特征在于：通过同轴n型输入端口，经过8个模式转换器采用级联的方式通过八合一功率合成器，六合一功率合成器合成目标功率；八合一功率合成器是将8个子模块固态功率源合成初级和功率；六合一功率合成器是将八合一功率合成器的初级和功率进一步合成目标功率；六合一功率合成器与八合一功率合成器之间采用孔激励耦合。
8.所述八合一功率合成器中，所述同轴n型输入端口与圆波导底座之间设置有同轴tem模转圆波导tm01模的模式转换器，8个模式转换器均匀的分布在圆波导上，模式转换器通过螺栓固定在圆波导上。
9.所述的八合一功率合成器中，圆波导与合成器底座通过螺栓连接，八合一功率合
成器底部安装定向耦合器，八合一功率合成器上部腔体结构设计成散热片结构。
10.所述六合一功率合成器与底座通过螺栓连接，六合一功率合成器为径向功率合成器结构，在六合一功率合成器外导体侧面均匀开槽与6个八合一功率合成器的输出槽口对应连接；六合一功率合成器内导体采用变径结构。
11.本发明与现有技术相比的优点在于：
12.(1)本发明采用级联的方式将各子模块经过八合一功率合成器，六合一功率合成器合成目标功率。八合一功率合成器是将8个子模块固态功率源合成初级和功率，六合一功率合成器是将八合一功率合成器的初级和功率进一步合成目标功率。六合一功率合成器与八合一功率合成器之间采用孔激励耦合。该种大功率腔体合成器不仅可以用于超导回旋加速器的功率合成，而且可以用于阵列天线功率合成。
13.(2)谐振式功率合成是将多个固态器件的输出功率耦合到腔体内进行功率组合以提高整个电路的功率输出。谐振式功率合成的缺点是合成电路q值高，工作频带窄；各种不连续边界导致场模式越来越复杂，影响合成器工作的稳定性、合成效率以及输出功率。自由空间功率合成技术是利用天线的辐射和互耦特性，将射频波的辐射功率在自由空间进行功率合成。但是自由空间功率合成会造成功率损耗较大，散热等问题。本发明克服上述功率合成器缺点，且能满足大功率100kw功率合成。
附图说明
14.图1为本发明大功率腔体合成器的剖视图；
15.图2为本发明大功率腔体合成器的俯视图；
16.图3为本发明八合一功率合成器的模式转化器的结构图；
17.图4为本发明大功率腔体合成器的正视图。
18.其中：底座1，支撑架2，同轴馈线3，六合一功率合成器4，六合一功率合成器内导体5,八合一功率合成器6，孔激励7，膜片8，外导体9，模式转化器内导体10，模片支撑11，内导体支撑12，输入端口13，圆波导14，散热片结构15，合成器底座16，定向耦合器17，模式转换器18，模式转换器61，
具体实施方式
19.下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限以下实施例。
20.本发明公开一种大功率腔体合成器，采用径向功率合成技术，是由八合一功率合成器，六合一功率合成器组成，用于固态功率源中由若干个子功率源模块合成大功率输出；八合一功率合成器主要是将8个子功率源模块功率合成一个初级和功率输出，六合一功率合成器主要是将上级八合一功率合成器的输出作为输入进行末级功率合成；八合一功率合成器的输入采用n型接口，六合一功率合成器的输出采用6-1/8同轴结构；八合一功率合成器与六合一功率合成器之间的耦合技术采用孔耦合。下面详细说明。
21.如图1，图2所示，本发明的一种大功率腔体合成器，包含底座1，支撑架2，同轴馈线3，以及八合一功率合成器6与六合一功率合成器4，六合一功率合成器内导体5。底座1主要用固定6个八合一功率合成器与一个六合一功率合成器，支撑架2用于固定整个大功率腔体
合成器，同轴馈线3连接六合一功率合成器与6-1/8的同轴馈口。低功率源通过同轴n型输入端口将功率传输至tem模转tm01模模式转换器61，模式转换器61通过螺钉固定在底座1，模式转换器61实现同轴到波导的转换，8个模式转换器61激励圆波导的tm01模传输，圆波导再通过孔激励7和六合一功率合成器内导体5利用径向波导合成技术将6个八合一功率合成器在六合一功率合成器中径向功率合成，并通过6-1/8的同轴馈口将合成功率输出。
22.如图3所示，八合一功率合成器的模式转化器的结构图，膜片8，外导体9，内导体10，模片支撑11，内导体支撑12，通过膜片8与模式转化器内导体10完成传输功率tem模转tm01模模式转换。
23.如图4所示，本发明大功率腔体合成器的正视图，8个模式转换器61均匀的分布在圆波导14上，模式转换器通过螺栓固定在圆波导上。同轴n型输入端口13，圆波导14与合成器底座16通过螺栓连接，八合一功率合成器底部安装定向耦合器17，定向耦合器通过螺栓安装在底座1，八合一功率合成器上部腔体结构设计成散热片结构15。