专利名称：功率射频耦合器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及射频加速器技术领域，尤其涉及高真空加速器腔的高脉冲功率的耦合馈送问题的研究。
背景技术：
伴随着现代射频加速器的广泛运用，对其实际的加速腔的耦合结构的研究和设计也渐渐变得必要和普遍。目前已有的射频功率耦合器的缺点体现在两个方面第一、同轴线馈头转换部分结构简单，无法满足高真空的需要，且在调整耦合环角度的时候需拆卸调整，比较麻烦；第二、腔内耦合环部分所能承受的功率较低，通常在200KW以下。
实用新型内容本实用新型提供了一种高真空高脉冲的功率射频耦合器。基于本实用新型的同轴线馈头转换部分可以很好的满足高真空的需要，且方便耦合环的更换。本实用新型公开了一种功率射频耦合器，包括转换馈头和耦合环，所述转换馈头和所述耦合环钎焊接连接；其中，所述转换馈头包括导体外环、导体内环、过渡环、电极组件、陶瓷管和导体外环法兰；所述导体内环通过所述过渡环与所述电极组件相连接；所述陶瓷管包括第一端口和第二端口，所述第一端口与所述电极组件采用真空氢焊的方式连接，所述第二端口与所述导体外环法兰采用真空氢焊的方式连接。上述功率射频耦合器中，还包括活套法兰和固定法兰，所述导体外环法兰与所述固定法兰上的活套法兰盘连接；在所述导体外环法兰与所述固定法兰间还设置有密封圈。上述功率射频耦合器中，所述耦合环为空心的铜管，双管并行，构成水冷循环环路，端口与所述转换馈头的水冷循环管钎焊连接。相对于现有技术而言，本实用新型的同轴线馈头转换部分在保持高真空度的同时，兼具极低的射频损耗的特性；同时，由于其结构的优越性，实现了谐振腔的输入阻抗的快速、方便调节。另外，本实用新型的耦合环部分可根据实际需要塑形或更换，操作简单易行。
图1为本实用新型功率射频耦合器实施例的结构示意图；图2为在特定频率下的RFQ腔整体等效成一 RLC并联回路的等效电路图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。由于腔体结构对高真空性(10-5 量级)的要求，为了保护馈头刀口，应尽量少拆卸馈头或不拆卸馈头，但在调节耦合环与腔体之间阻抗匹配的时候，细调环节中需不断调整耦合环的偏置角度，综合以上要求，50欧姆同轴线转换馈头部分采用陶瓷管作为50欧姆同轴线与射频腔体之间的真空隔离，该陶瓷管5两端分别与50欧姆硬馈管的导体内环和导体外环进行焊接，导体内环又通过耦合环与导体外环连接。实施例一具体结构参照图1所示。参照图1，图1为本实用新型功率射频耦合器实施例的结构示意图，包括转换馈头和耦合环，转换馈头和所述耦合环钎焊连接；其中，转换馈头包括导体外环1、导体内环2、过渡环3、电极组件4、陶瓷管5、导体外环法兰6、活套法兰7和固定法兰8。导体内环2通过过渡环3与电极组件4相连接；陶瓷管5包括第一端口和第二端口，第一端口与电极组件4采用真空氢焊的方式连接，第二端口与导体外环法兰6采用真空氢焊的方式连接。导体内环2又通过耦合环与导体外环1连接。上述结构将陶瓷管作为50欧姆同轴线与射频腔体之间的真空隔离，保持了高真空度、又保证了极低的射频损耗。实施例二还可以对上述实施例1进行进一步的改进，该实施例中，该功率射频耦合器进一步包括活套法兰7和固定法兰8，导体外环法兰6与活套法兰7连接；在导体外环法兰6与固定法兰8之间还设置有密封圈9。通过上述结构，该实施例除具有保持了高真空度、保证了极低的射频损耗的优点的同时，还可以实现谐振腔的输入阻抗的快速、方便调节。实施例三进一步的，实施例一和实施例二中的耦合环采用空心的铜管，双管并行，构成水冷循环环路，端口与转换馈头水冷循环管钎焊连接。该耦合环可根据实际需要塑形或更换，操作方便易行。该水冷设计很好地解决了功率热耗散，使功率射频耦合器可以工作于更高的射频功率(》200KW)，从而提供更高能量加速粒子。也就是说，该实施例从水冷循环热耗散的角度，使该耦合器工作能在200kW以上的高脉冲功率情况正常工作而不发热变形，同时，也可以不用拆卸馈头或少拆卸馈头，调整腔内耦合环的具体形状，配合馈头部分偏置角度的调整，方便且快速地实现高功率高频电源与射频腔的阻抗匹配，提高了射频谐振腔工作的稳定性。并且，本实用新型可以针对不同谐振频率的加速器腔，设计相对应的匹配耦合环结构，再与通用耦合器馈头部分钎焊即可，简便、实用性强。各型射频加速器都可以采用，并将在射频耦合器的功率馈送稳定性方面发挥重要作用。下面，对本实用新型做进一步的详细说明。1、耦合环的阻抗匹配设计耦合环及与之相连的电极杆可以看作一个λ/4 (λ为高频信号波长)谐振单元 每个单元中，电极杆之间具有电容，而电极杆通过支撑板和底板形成的电流回流路径具有电感，因此每个单元可以看作一个RLC回路。对于作为λ/4共振腔的RFQ (高频四极透镜直线加速器)腔，发射机的功率可以通过电场区的探针天线耦合馈入，也可以通过磁场区的磁耦合环馈入。由四杆型RFQ结构的特征可知，腔体内部电磁场的激励模式为四极场模式，电场主要分布在电极杆之间，而磁场主要分布在支撑板之间，外腔体腔壁附近电场和磁场均很弱，因此，采用磁耦合的耦合方式。将在某一特定频率下的RFQ腔整体等效成一 RLC并联回路，通过磁耦合环将高频机产生的功率馈送到RFQ加速器内，此时整个结构可以等效为图2所示的电路。其中，Vin为输入电压，Lc为耦合环自感，I1为输入电流，M为耦合环与腔体的互感，L为腔体等效电感， C为腔体等效电容，i2为腔体等效总电流，V为腔体等效电压，Rp为腔体并联等效电阻。通过求解回路方程得到RFQ腔体的输入阻抗I in，令其虚部为零，实部等于同轴线的特性阻抗Rtl,即同轴线与加速器完全匹配(临界耦合)，得
权利要求1.一种功率射频耦合器，其特征在于，包括转换馈头和耦合环，所述转换馈头和所述耦合环钎焊连接；其中，所述转换馈头包括导体外环、导体内环、过渡环、电极组件、陶瓷管和导体外环法兰； 所述导体内环通过所述过渡环与所述电极组件相连接；所述陶瓷管包括第一端口和第二端口，所述第一端口与所述电极组件采用真空氢焊的方式连接，所述第二端口与所述导体外环法兰采用真空氢焊的方式连接。
2.根据权利要求1所述的功率射频耦合器，其特征在于，还包括活套法兰和固定法兰， 所述导体外环法兰与所述固定法兰上的活套法兰盘连接；在所述导体外环法兰与所述固定法兰间还设置有密封圈。
3.根据权利要求2所述的功率射频耦合器，其特征在于，所述耦合环为空心的铜管，双管并行，构成水冷循环环路，所述耦合环的端口与所述转换馈头钎焊连接。
专利摘要本实用新型公开了一种功率射频耦合器转换馈头和耦合环，转换馈头和耦合环钎焊连接。其中，转换馈头包括导体外环、导体内环、过渡环、电极组件、陶瓷管、导体外环法兰、活套法兰和固定法兰；导体内环通过过渡环与电极组件相连接；陶瓷管包括第一端口和第二端口，第一端口与电极组件采用真空氢焊的方式连接，第二端口与导体外环法兰采用真空氢焊的方式连接。本实用新型的同轴线馈头转换部分在保持高真空度的同时，兼具极低射频损耗的特性；并且，本实用新型实现了谐振腔的输入阻抗的快速、方便调节。
文档编号H05H7/02GK202085387SQ201120181789
公开日2011年12月21日 申请日期2011年6月1日 优先权日2011年6月1日
发明者张红辉, 郭之虞, 陆元荣, 陈威, 高淑丽 申请人:北京大学