微波能量倍增器是一種可以將脈沖時(shí)間長、脈沖功率低的微波脈沖,“壓縮”為脈沖時(shí)間短、峰值功率高的無源微波裝置。鑒于能量倍增器造價(jià)低、效率高,其在高功率微波設(shè)備上受到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。特別是在自由電子激光裝置和直線對撞機(jī)上,由于自由電子激光裝置和對撞機(jī)造價(jià)昂貴,人們更加追求在有限的建設(shè)規(guī)模下獲得最好的光源和對撞性能。這種要求使得現(xiàn)如今的高功率自由電子激光裝置和對撞機(jī)向著更緊湊化和更高效率的方向發(fā)展。上海軟X射線自由電子激光裝置（SXFEL）建設(shè)于上海光源園區(qū)內(nèi),受園區(qū)大小的限制,SXFEL需要在不到300 m的長度內(nèi)將電子束團(tuán)加速升能到840MeV,這對加速管的加速梯度提出了非常高的要求。然而目前的功率源水平無法滿足加速管運(yùn)行加速梯度的要求,因此必須使用能量倍增器來倍增加速管的輸入功率。本論文詳細(xì)論述了C波段球形能量倍增器的設(shè)計(jì)和研究工作。首先通過對各個(gè)能量倍增方案細(xì)致的調(diào)研,分析了各方案的優(yōu)缺點(diǎn),并確定了球形能量倍增器的參數(shù)和方案。在方案確定之后,先是對球形諧振腔的理論做了系統(tǒng)的闡述,并介紹了能量倍增器的工作參數(shù),之后在理論的支持下,利用三維電磁場仿真軟件,完成了C波段球形能量倍增器的... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：239 頁

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

自由電子激光裝置

而是用延遲線對 RF 脈沖進(jìn)行分段和延時(shí)，最后將脈沖一起輸出，由于遲線的損耗外沒有其他能量泄漏，故其內(nèi)在效率為 100％；SLED、SLBOC、SLEDX 和球形能量倍增器等則屬于儲(chǔ)能型，其利用不同形狀的振腔、延遲線等將 RF 脈沖能量先進(jìn)行儲(chǔ)存，待輸入微波功率的相位翻再將儲(chǔ)存的能量和輸入的微波能量一起輸出，由于在儲(chǔ)能過程中有能且這部分泄漏的能量無法利用，所以其效率會(huì)低于傳輸型。1 SLEDSLED 是最早應(yīng)用于粒子加速器的微波能量倍增裝置。第一臺(tái) SLED 是3 年 SLAC 的 Z. D. Farkas, P. B. Wilson, H.A. Hogg 和 G.A. Loew 等人C 實(shí)驗(yàn)室 3 公里直線加速器的升級(jí)所設(shè)計(jì)的[40]。如圖 1.2(b)所示，其包括兩部分：3dB 波導(dǎo)定向耦合器（3dB Hybrid）和兩個(gè)參數(shù)完全相同諧振腔（RF Resonant Cavity）[20,21,40,48-66]。

的回波再次經(jīng)過耦合區(qū)域回到輸入波導(dǎo)端口時(shí)，相位又一次延遲了 90°，因此其與 1 號(hào)腔的回波相差 180°，剛好反相，兩部分微波功率因而相互抵消，使得輸入波導(dǎo)一端沒有反射波。而在輸出波導(dǎo)中，兩部分的波都經(jīng)過了一次耦合區(qū)域，相位相同，因此能量相互疊加，一起輸出。[0, t1]為諧振腔的儲(chǔ)能階段，在這段時(shí)間中腔內(nèi)的駐波場強(qiáng)度逐漸變大，與此同時(shí)，經(jīng)過耦合孔從腔內(nèi)輻射出來的微波功率幅值也慢慢增大。兩個(gè)儲(chǔ)能腔的出射波會(huì)在輸入端相互抵消，在輸出端相互疊加為 Ee。此外，在諧振腔的耦合孔處還有對入射波 Ei的直接反射，這部分的反射波 Ek與腔的出射波 Ee相位相反，幅值與 Ei相同。能量倍增器的輸出 Eout就是腔的出射波 Ee和反射波 Ek的疊加。在 t1時(shí)刻，速調(diào)管的微波功率在倒相器的控制下進(jìn)行相位的反轉(zhuǎn)，由于儲(chǔ)能腔輻射波的相位不可能突變，因此輻射波 Ee和反射波 Ek實(shí)現(xiàn)了同相的疊加，使得輸出波的幅值發(fā)生躍變，得到遠(yuǎn)高于入射波的幅值。


本文編號(hào)：3351636