反射型移相器和加速器及其操作方法_2

文档序号:9845825阅读:来源:国知局
I具有第一空腔,第二部件2(优选同轴)设在第一部件I内,移相器被构造成使得微波在其内被反射回,使得进入的微波和出射的微波的方向相反,第一空腔的第一端口作为微波入口和微波出口;第一部件I的内壁与第二部件2的外壁之间的距离在周向上周期性连续变化,使得当第一部件I与第二部件2之间相对转动时,当第一部件I与第二部件2之间的横截面的取向连续变化,相邻的微波脉冲会遇到不同的横截面取向,使得相邻的微波脉冲之间产生相移。
[0040]如图1所示,第一部件I和第二部件2之间相对转动,这样对于特定的几何形状设计,就可以改变第一部件I的内壁与第二部件2的外壁之间间隙的横截面取向,使得相邻的微波脉冲在通过其时遇到不同的横截面取向,这样需要横截面为非圆形的部件发生旋转,才能达到移相的目的。[0041 ]如图1所示,在一个示例性实施例中,如果第二部件2旋转,则还可设有驱动连接部10,驱动连接部10位于第一空腔5的第二端口,用于与驱动部件连接以控制第二部件2旋转。其中,驱动部件可以选择电机或者其他驱动部件,例如,可以将电机安装在第一部件I的端面,并将电机的轴与第二部件2连接。通过控制电机快速转动,就能实现快速移相,移相的时间可以通过控制电机转速来实现。
[0042]可选地,第一部件I的内壁与第二部件2的外壁之间的距离在周向上以180°为周期连续变化,可以通过第一部件I和第二部件2之间的相对转动来改变该间隙的横截面取向,从而使得相邻的微波脉冲之间产生相移。
[0043]当在第一部件I的第一空腔5的内壁与第二部件2的外壁之间的距离在周向上以180°为周期连续性变化,离开移相器的相邻的微波脉冲之间的相移可以在0°至180°的范围内。
[0044]按照上述的核心设计思想,可以对第一部件I和第二部件2选取不同的形状来实现微波移相,下面将给出几种具体的实现形式。
[0045]在第一实施例中,与图1所示的结构相对应,第一空腔包括圆波导5,圆波导5为横截面呈圆形的空腔,第二部件2设在圆波导5内,第二部件2包括椭圆部8,椭圆部8为横截面呈椭圆形的柱体,移相器工作时需要控制第二部件2旋转。
[0046]第一内腔11的横截面形状可以是矩形、等边三角形或正多边形,以确保其横截面形状相对于旋转中心是对称的即可。
[0047]在第二实施例中,第一空腔包括椭圆波导,椭圆波导为横截面呈椭圆形的空腔,第二部件2设在椭圆波导内,第二部件2包括圆柱部,移相器工作时需要控制第一部件I旋转。
[0048]在第三实施例中,第一空腔包括圆波导5,圆波导5为横截面呈圆形的空腔,第二部件2设在圆波导5内,第二部件2包括矩形部、正三角形部或正多边形部,矩形部、正三角形部或正多边形部分别为横截面呈矩形、正三角形或正多边形的柱体,移相器工作时需要控制第二部件2旋转。
[0049]进一步地,第一部件I还包括第二空腔,第二空腔通过第一空腔的第一端与第一空腔连通,第二空腔包括靠近第一端口的第一引导部,用于引导微波进入第一空腔内。
[0050]具体地,第一引导部包括方波导3和第一渐变部4,方波导3为截面呈方形的空腔,第一渐变部4连接在方波导3与圆波导5之间,实现了第一部件I由方波导3渐变为圆波导5。第一渐变部4的设计主要是考虑到方波导3与圆波导5之间在结构上平滑过渡,并容易加工。另外,方波导3和第一渐变部4也可以采用其他的形状,只是目前移相器的结构主要是方波导,这是为了在微波传输的时候可以单模传输。但是如果在特殊的应用中,也不局限于方波导3,圆波导也可以。
[0051]进一步地,第二部件2还包括第二引导部,第二引导部位于第一端口处,用于将进入的微波引导至圆波导5和椭圆部8之间的空间,主要目的是为了实现结构上的平滑过渡,并使移相器内部的场比较均匀,同时圆柱在加工时也比较容易。
[0052]具体地,第二部件2还包括圆柱部6和第二渐变部7,第二渐变部7连接在圆柱部6与椭圆部8之间,圆柱部6位于靠近第一空腔第一端口一端,实现了第二部件2由圆柱部6渐变为椭圆部8。第二渐变部7的设计主要是考虑到圆柱部6和椭圆部8之间在结构上平滑过渡,并容易加工。另外,圆柱部6和第二渐变部7也可以采取其他的形状。
[0053]对于上述实施例的移相器,由于移相器的一端同时作为微波入口和微波出口,为了避免入射微波和出射微波混在一起,本发明的移相器还包括设在第一空腔的第一端口处的环流器(图中未示出),用于分离入射微波和反射微波,具体地可以通过控制入射微波和出射微波的时序来进行分离。
[0054]对于本发明的移相器,为了实现微波的隔离,还需要设置扼流结构9,扼流结构9可以在不影响相对旋转的同时,设在第一部件I与第二部件2之间且靠近第一空腔的第二端口的位置,或者也可以设置在第二部件2上,用于将微波隔离在扼流结构9的一侧,从而对入射的微波在经过移相后进行反射,它实际上是将短路面进行转移。在图1所示的实施例中,扼流结构9位于驱动连接部1和椭圆部8之间。
[0055]对于圆波导5和椭圆部8相配合的移相器,其工作原理为:微波从方波导3进入空腔开始连续传输,在传输的过程中会经过圆波导5和椭圆部8之间的间隙,通过控制第二部件2旋转,相邻的微波在经过该间隙时会遇到不同的横截面取向,从而实现了通过机械结构使不同时间的微波脉冲遇见不同的横截面取向,实现了相邻的微波脉冲之间的相移。通过驱动部件控制第二部件2高速转动就可以实现微波相位的快速变化。
[0056]图2中给出了微波相位随椭圆转角的变化曲线,不同的转角对应不同的时间,曲线整体基本上符合正弦变化规律。
[0057]本发明的移相器可以作为高功率移相器,高功率是指高的微波功率,现在功率源直接出来的功率是脉冲功率,不是平均功率,能到50MW,经过脉冲压缩能到200MW以上。
[0058]在本发明移相器的实施例中,各个部件的参数设计主要从下面的角度来考虑,圆波导5直径的选择跟微波的频率有关,长度的选择主要跟相移有关,相移越大,长度也就越长。除了椭圆其他部分不会对相移产生改变,正是因为圆波导5和椭圆部8的相对转动才改变了内部的边界条件,才改变了相移常数。椭圆的几何参数长轴a和短轴b是对相移改变的主要参数,长轴a和短轴b相差越多,对于相同距离相移就越大。另外,几何参数的设计中椭圆只是一部分,实际上转动的部分包括圆柱部6和第二渐变部7中任何尺寸的调整和几何机构的改变也有可能实现相移。
[0059]通过前述的分析可知,此种移相器通过调整第一部件I和第二部件2的相对转动速度可以改变达到相同的相移所需的时间,第一部件I和第二部件2的相对转动速度越快,微波发生相同相移所需的时间就越短,因而可以通过控制转动部件的旋转速度来实现移相器的快速移相。
[0060]在本发明的移相器所能达到的技术效果方面,对于图1的实施例,由于第一部件I内部的空腔从第一端起依次由方波导3、第一渐变部4和圆波导5组成,截面积依次增大,该空腔易于加工,而且移相器通过第一部件I和第二部件2之间间隙的截面积取向的改变,SP可实现相邻的微波之间具有一个相移,因而移相器可以采用较短的长度,这也为移相器的加工提供了便利。另外,移相器的长度较短也可以尽量降低微波的功率损耗,移相器的尺寸跟微波的波段有关。
[0061]此外,本发明还提供了一种加速器,其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第一部件I与第二部件2相对转动。
[0062]如图4所示,双能加速器包括两段加速管,第一段加速管将电子加速,第二段加速管的微波相位由本发明的移相器控制。电子束被第一段加速管加速然后通过第二段加速管,这样会产生两种不能能量的电子束。
[0063]例如,微波脉冲的重复频率是50Hz,就是说每秒钟发射出50个微波脉冲,在第一微波脉冲进入加速器的时候,移相器处于第一相位,这时加速出来的电子是一个能量。当相邻的第二微波脉冲进入加速器的时候,由于移相器处于第二相位,使第二微波的相位发生改变,所以加速出来的电子是另外一个能量。在I秒内将有多个不同能量的电子束被加速出来。
[0064]上述为基于移相器实现双能加速器的基本实现过程。这里的移相器可以是铁氧体型的,也可以是机械旋转型的。
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