本文關(guān)鍵詞：多cell 1.5 GHz超導(dǎo)腔雙輸入耦合器研究

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【摘要】：高流強(qiáng)、低發(fā)射度的連續(xù)波束流在加速器應(yīng)用中備受青睞。同步輻射應(yīng)用中,高亮度、穩(wěn)定的同步輻射光保證了高質(zhì)量的成像、材料分析和材料處理;在核能和同位素應(yīng)用中,連續(xù)波加速器能為其提供持續(xù)穩(wěn)定的粒子流。因此,高加速梯度、高平均流強(qiáng)、低發(fā)射度的連續(xù)波加速器是未來(lái)加速器發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。本實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的1.5 GHz 5 cell超導(dǎo)腔設(shè)計(jì)工作加速梯度為15-20 MV·m-1,未來(lái)如果被用于發(fā)展10 m A或更高量級(jí)的高流強(qiáng)連續(xù)波注入器,功率輸入耦合器的功率傳輸能力將是其首先面對(duì)的技術(shù)瓶頸。所以,為其設(shè)計(jì)相應(yīng)的1.5 GHz輸入耦合器以及了解雙輸入耦合器的性質(zhì)是很有必要的。借助計(jì)算機(jī)仿真軟件如CST的模擬,討論了不同耦合器放置情況下外部品質(zhì)因子的差異。從理論上分析了差異產(chǎn)生的原因在于結(jié)構(gòu)變化對(duì)耦合區(qū)電、磁場(chǎng)的改變。計(jì)算了單、雙耦合器的情況下腔體內(nèi)電場(chǎng)、磁場(chǎng)分布,得到了橫向作用力的大小。計(jì)算結(jié)果顯示,使用雙耦合器能有效地減小橫向作用力,即使插入深度相差1mm,使用雙輸入耦合器所引起的橫向作用力仍比使用單耦合器的情況小一個(gè)量級(jí)。同時(shí)高次模的分析顯示,對(duì)稱地放置雙耦合器,腔體內(nèi)的偶極模得到更深度的抑制。從雙端口器件分析出發(fā),計(jì)算和分析耦合度和輸入功率的差異對(duì)功率傳輸造成的影響。結(jié)果表明,當(dāng)兩端均為欠耦合時(shí),雙輸入對(duì)每個(gè)端口耦合度起到增強(qiáng)的作用;但當(dāng)兩者均為過(guò)耦合且差異較大時(shí),耦合度小的一端則被減弱,甚至出現(xiàn)欠耦合的情況。設(shè)計(jì)加工了一套可伸縮的同軸耦合器,以1.5 GHz銅腔為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,建立了對(duì)理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證的測(cè)量裝置。結(jié)果與實(shí)驗(yàn)預(yù)期值良好吻合,證明了理論計(jì)算的正確性。論文還對(duì)1.5 GHz同軸型輸入耦合器進(jìn)行了討論,電磁仿真得到了一種可用的輸入耦合器設(shè)計(jì)的主要尺寸和傳輸性能,其駐波比小于1.05的頻帶寬度達(dá)到18 MHz。同時(shí),討論內(nèi)導(dǎo)體的形狀對(duì)外部品質(zhì)因子的影響,確定了將內(nèi)導(dǎo)體頂部放大成“高爾夫球座”型的方案。使用雙耦合器進(jìn)行功率饋入,很顯然降低了對(duì)耦合器性能的過(guò)高要求,即能將單支耦合器傳輸?shù)墓β蕼p半。更重要的是,即使在不完全對(duì)稱的情況下,也能有效減小由輸入耦合器引起的橫向作用力,減緩束流發(fā)射度的增加。所以說(shuō),雙輸入耦合器是目前發(fā)展高平均流強(qiáng)、低束流發(fā)射度連續(xù)波加速器的唯一必然選擇。
【關(guān)鍵詞】：雙輸入耦合器 耦合度 橫向作用力
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN622
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 論文學(xué)術(shù)背景13-18
• 1.1.1 國(guó)際上已經(jīng)發(fā)展的雙耦合器超導(dǎo)腔及其輸入耦合器13-18
• 1.1.2 本課題的意義18
• 1.2 論文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)18-19
• 1.3 論文內(nèi)容安排19-21
• 第二章 基本概念21-29
• 2.1 高頻加速腔的基本參數(shù)21-23
• 2.1.1 品質(zhì)因子21
• 2.1.2 耦合度 β21-22
• 2.1.3 幾何形狀因子G22
• 2.1.4 加速電壓和加速梯度22
• 2.1.5 分路阻抗22-23
• 2.1.6 Ra/Q023
• 2.2 輸入耦合的介紹23-25
• 2.3 高頻腔的激勵(lì)響應(yīng)25-28
• 2.3.1 穩(wěn)態(tài)情況25-26
• 2.3.2 功率源關(guān)閉瞬間26
• 2.3.3 功率源開啟瞬間26-27
• 2.3.4 脈沖調(diào)制信號(hào)激勵(lì)27
• 2.3.5 頻域響應(yīng)27-28
• 2.4 總結(jié)28-29
• 第三章 雙輸入耦合器的理論模型和優(yōu)勢(shì)29-39
• 3.1 雙輸入耦合器的理論模型29-37
• 3.1.1 雙端口功率傳輸29-31
• 3.1.2 雙端口分情況討論31-37
• 3.2 雙輸入耦合器功率傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)37
• 3.3 拓展到多端口37-38
• 3.4 總結(jié)38-39
• 第四章 雙輸入的模擬及橫向作用力的計(jì)算39-51
• 4.1 雙輸入的模擬，比較不同配置對(duì)耦合度的影響39-41
• 4.1.1 網(wǎng)格劃分的選擇39-40
• 4.1.2 仿真及結(jié)果的比較40-41
• 4.2 耦合度變化不是差異造成的，而是場(chǎng)分布變化造成41-46
• 4.2.1 單輸入耦合器和探針情況41-44
• 4.2.2 雙輸入耦合器不含探針情況44-46
• 4.3 橫向作用力的模擬和計(jì)算46-49
• 4.3.1 橫向作用力46
• 4.3.2 構(gòu)建耦合管中的行波場(chǎng)46-48
• 4.3.3 橫向作用力分布和大小計(jì)算48-49
• 4.4 雙輸入耦合器有利于偶極模抑制49-50
• 4.5 總結(jié)50-51
• 第五章 雙端功率饋入耦合度測(cè)量實(shí)驗(yàn)51-65
• 5.1 實(shí)驗(yàn)方案51-56
• 5.1.1 實(shí)驗(yàn)方法和裝置51-53
• 5.1.2 傳輸線的校正53-55
• 5.1.3 晶體檢波器的線性區(qū)間測(cè)量55-56
• 5.2 耦合度調(diào)節(jié)裝置56-59
• 5.2.1 耦合器57-58
• 5.2.2 導(dǎo)軌58
• 5.2.3 滑塊和連接件58-59
• 5.2.4 總體總裝圖59
• 5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論59-63
• 5.4 總結(jié)63-65
• 第六章 輸入耦合器和功分器的仿真65-75
• 6.1 輸入耦合器的選擇65-66
• 6.1.1 波導(dǎo)型輸入耦合器VS同軸型輸入耦合器65-66
• 6.1.2 陶瓷窗66
• 6.1.3 單陶瓷窗VS雙陶瓷窗66
• 6.2 輸入耦合器的模型及優(yōu)化66-70
• 6.2.1 同軸-波導(dǎo)轉(zhuǎn)換器的優(yōu)化66-67
• 6.2.2 陶瓷窗的優(yōu)化67-68
• 6.2.3 過(guò)渡段的尺寸選擇68-69
• 6.2.4 最終結(jié)果69-70
• 6.3 內(nèi)導(dǎo)體頂部的優(yōu)化70-73
• 6.3.1 內(nèi)導(dǎo)體形狀的比較70-71
• 6.3.2 外部品質(zhì)因子的目標(biāo)71-72
• 6.3.3 內(nèi)導(dǎo)體的優(yōu)化72-73
• 6.4 總結(jié)73-75
• 總結(jié)和展望75-77
• 致謝77-79
• 攻讀碩士期間發(fā)表的文章79-81
• 參考文獻(xiàn)81-83

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 楊峻;馬震宇;王巖;侯洪濤;李正;羅琛;毛冬青;是晶;劉建飛;;1500MHz 5-cell超導(dǎo)腔的仿真優(yōu)化[J];核技術(shù);2015年06期

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本文編號(hào)：861309