单谐振腔束团长度监测器的设计与仿真

提出了一种利用单个谐振腔测量直线加速器束团长度的新方法。不同于传统的双谐振腔束团长度监测器，该方法仅需要使用单个谐振腔，省去了用于辅助测量的参考腔，从而简化了装置结构，节省了空间。针对国家同步辐射实验室基于可调谐红外激光的能源化学研究大型实验装置进行了监测器的物理设计。通过设定同轴探针的插入位置，解决了双模信号互相干扰的问题，利用微扰金属改变调节工作频率，克服了双模难以同时谐振的困难。利用CST软件进行建模和仿真。仿真结果表明，该监测器可实现2～5 ps束团长度的诊断，测量误差小于5%。     

TM020模式谐振腔束团长度监测器的设计与仿真（英）

提出了一种基于高次模式的谐振腔束团长度测量技术,新方法的谐振腔工作于高次本征模式TM0n0。这样的谐振腔拥有更大的腔体半径,从而移除了谐振腔半径必须大于束流管道半径这一原则带来的工作频率限制。为国家同步辐射实验室未来的正电子源设计了一台双腔束团长度监测器,讨论了谐振腔工作频率的选择并推导了束团长度的计算公式,监测器的谐振腔工作于TM020模式,其半径远大于使用TM010模式的传统方法,在CST软件中模拟的结果显示其束团长度测量精度好于7%。     

TM_(020)模式谐振腔束团长度监测器的设计与仿真（英文）

提出了一种基于高次模式的谐振腔束团长度测量技术,新方法的谐振腔工作于高次本征模式TM0n0。这样的谐振腔拥有更大的腔体半径,从而移除了谐振腔半径必须大于束流管道半径这一原则带来的工作频率限制。为国家同步辐射实验室未来的正电子源设计了一台双腔束团长度监测器,讨论了谐振腔工作频率的选择并推导了束团长度的计算公式,监测器的谐振腔工作于TM020模式,其半径远大于使用TM010模式的传统方法,在CST软件中模拟的结果显示其束团长度测量精度好于7%。     

三轴速调管放大器自激振荡诊断

为满足X波段三轴速调管放大器(TKA)各腔内部自激振荡的诊断需求,设计了一种结构简单紧凑、无需外部密封结构的新型波导耦合器。利用小孔耦合原理和CST仿真软件,针对TKA中常见的自激振荡TE61模式,对该耦合器的耦合特性进行了理论分析和仿真设计。结合PIC方法,建立了利用该耦合器诊断TKA同轴漂移管内传输微波频谱特性的物理模型。通过仿真计算,验证了所设计的耦合器用于TKA自激振荡诊断的有效性。     

C波段腔式束流位置监测器的结构设计

设计出工作于TM110模式的C波段腔式束流位置监测器, 用MAFIA软件模拟谐振腔中的电磁场分布,并采用波导耦合的方法有效地解决了共模抑制问题, 给出其仿真结果. 计算了主要参数对于谐振腔频率的影响. 并利用超外差原理设计出微波信号处理电路, 最终转换成低频信号输出.     

Ka波段波导滤波器的设计

采用高精度三维电磁场分析软件对电感膜片建模,并与等效电路相结合设计波导带通滤波器。实验结果表明,样品测试结果与仿真结果基本吻合,该方法不仅适合波导滤波器设计,也适合其它谐振器耦合结构滤波器的设计。     

同轴交错膜片加载慢波线的分析

膜片加载圆波导是相对论行波管最主要的慢波结构,同轴结构的膜片加载波导可以拓宽带宽。利用变分法对同轴交错膜片加载的慢波结构（亦称同轴径向线）进行了理论分析,得到了色散方程并进行了数值计算。计算结果表明,它比非同轴结构的带宽有明显的增加。     

电调谐液晶波导型光滤波器的理论分析

近年来,液晶光滤波器已成为频分复用和高密度波分复用光纤通信系统中的一种重要选频器件。传统液晶光滤波器的谐振腔一般由向列相液晶和镀有高反膜的两块中行介质镜形成,单模光纤与谐振腔之间由自聚焦透镜进行耦合,基模间耦合效率低。并且谐振腔内的大量高阶横模的存在严重影响了腔的选频特性。本文提出了一种液晶波导型谐振腔结构的滤渡器,谐振腔由两个自聚焦透镜的端面和液晶波导形成,这种谐振腔结构简单紧凑,在满足模式匹配条件时,可以大大减小谐振腔与自聚焦透镜间的模式转换损耗,并能有效地抑制腔内的高阶横模。本文着重分析了液晶光滤波器的调谐、滤波原理,推导出了液晶波导谐振腔与自聚焦透镜之间的模式耦合系数和模式最佳匹配条件。     

同轴圆筒波导激光器谐振腔的耦合损失及模式特征

计算了同轴圆筒波导谐振腔的耦合损失,结果表明存在三种低耦合损失谐振腔结构,最后分析了谐振腔的模式特性及其设计方法。     

等效电路计算同轴输出腔TM310模式的间隙阻抗

设计了外Q值较小,工作于高阶横磁TM310模的X波段速调管单间隙同轴输出谐振腔。用微波等效电路理论计算了高阶横磁TM310模情形六个漂移管的等效间隙中心位置,由此计算腔内等效间隙中心到输出波导内横向膜片的等效长度。以MATLAB编程计算得到同轴谐振腔TM310模式加载矩形波导滤波器输出回路的间隙阻抗,其结果与传统冷测模拟法计算结果吻合。验证了等效长度计算方法的正确性,用于圆柱腔基模的传统微波等效电路理论能用于分析同轴谐振腔高阶横磁模式输出回路,且比传统的冷测模拟法及场分析法更为快捷。     

A coaxial HOM coupler for a superconducting RF cavity and its low-power measurement results

A resonant buildup of beam-induced fields in a superconducting radio frequency(RF)cavity may make a beam unstable or a superconducting RF cavity quench. Higher-order mode(HOM)couplers are used for damping higher-order modes to avoid such a resonant buildup. A coaxial HOM coupler based on the TTF (TESLA Test Facility)HOM coupler has been designed for the superconducting RF cavities at the Proton Engineering Frontier Project(PEFP)in order to overcome notch frequency shift and feed-through tip melting issues. In order to confirm the HOM coupler design and finalize its structural dimensions, two prototype HOM couplers have been fabricated and tested. Low-power testing and measurement of the HOM couplers has shown that the HOM coupler has good filter properties and can fully meet the damping requirements of the PEFP low-beta superconducting RF linac.     

S波段束流相位探测腔与偏心式波导耦合预聚束器的设计

设计了工作于S波段的波导耦合型预聚束器和束流相位探测腔。为了增加功率容量,预聚束器采用波导耦合机制代替了传统的同轴耦合环耦合,而偏心圆结构的设计能够补偿因耦合窗口的引入导致的径向电场不对称,进一步改善了强流束流品质。预聚束器设计指标与测试结果:耦合系数1.73,空载品质因数2195,腔体谐振频率的可调范围为2 854.55~2 856.9 MHz。为实现测量束流相对射频脉冲的时间,进行强流输入功率补偿,选择了能够在线进行束流相位实时测量的束流相位探测腔,采用旋转对称结构,并通过两个同轴耦合环提取束流通过时激发的感应信号,作为直线相控系统的参考信号。束流相位探测腔设计与测试结果:空载品质因数2392,3dB带宽为2.05MHz,腔体谐振频率的可调范围为2 805.45~2 809.45MHz。所有器件的仿真设计与测试结果基本一致。     

A coaxial HOM coupler for a superconducting RF cavity and its low-power measurement results

A resonant buildup of beam-induced fields in a superconducting radio frequency (RF) cavity may make a beam unstable or a superconducting RF cavity quench. Higher-order mode (HOM) couplers are used for damping higher-order modes to avoid such a resonant buildup. A coaxial HOM coupler based on the TTF (TESLA Test Facility) HOM coupler has been designed for the superconducting RF cavities at the Proton Engineering Frontier Project (PEFP) in order to overcome notch frequency shift and feed-through tip melting issues. In order to confirm the HOM coupler design and finalize its structural dimensions, two prototype HOM couplers have been fabricated and tested. Low-power testing and measurement of the HOM couplers has shown that the HOM coupler has good filter properties and can fully meet the damping requirements of the PEFP low-beta superconducting RF linac.     

反馈调制型同轴虚阴极振荡器

 对反馈调制型同轴虚阴极振荡器进行了理论分析和数值模拟研究,结果表明:该器件通过增加同轴谐振腔结构并引入反馈可以对入射电子束形成明显的调制效果,从而使得器件具有高束波转化效率和频率单一稳定的特性;同时输出微波的频率被器件结构中的同轴谐振腔锁定,调节腔参数可以在一定范围内对输出微波频率进行调谐;在二极管电压约为600 kV,电子束功率26.2 GW条件下,可以得到平均功率3.6 GW的微波输出,转换效率达到13.7%,主频为5.5 GHz,模式为TM₀₂模。     

Stop band characteristics of a TESLA cavity coaxial-type HOM coupler

A TTF-type coaxial higher order modes (HOM) coupler has been used in a TESLA 9 cell cavity. It is impossible to measure the stop band characteristics of the HOM coupler with the cavity. A measurement device for the coaxial transmission line type for the HOM coupler has been designed at Peking University. Experimentally it was shown that the average voltage standing wave ratio of the coaxial transmission line is smaller than 1.08. The experimental results of the stop band characteristics of the TTF-type HOM coupler have been fitted for the simulation. This paper describes the design of the measurement device and discusses the experimental and simulation results of stop band characteristics of the HOM coupler.     

用于PKU-FEL注入器的腔式BPM的设计

 设计了用于PKU-FEL注入器的腔式位置诊断装置。该BPM腔采用的偶极模TM₁₁₀模的频率与PKU-FEL主加速器的基模频率一致，都是1.3 GHz；通过在圆形腔上镶入两个完全一致的矩形腔解决了腔式BPM的Cross-Talk问题。 根据PKU-FEL的设计要求，所设计的BPM腔的最小位置响应约10 mm,动态范围大于30 mm，时间响应小于束团间距。还估算了该BPM腔引起的束团功率损耗。结果表明，BPM腔引起的束团功率损耗是可以忽略的。     

可调电子束注入器调配调谐结构的设计及分析

驻波谐振腔是基于直线加速器的束流注入器的基本构造元件,其大功率微波馈入一般选用矩形波导耦合器,但它会引起场不对称和谐振频率的漂移,也难以针对不同流强的束流灵活调节耦合度。建立了带有调配杆的耦合器的等效电路模型,在理论分析的基础上,给出了杆的最佳位置。此外,在耦合器的对称方向插入调谐杆用于补偿结构改变及加工安装等外部因素造成的频率漂移,并使用 CST MICROWAVE STUDIO 的三维电磁仿真给出了两个杆的尺寸和调整范围。联合调整的仿真结果表明,在谐振频率保持稳定的情况下,不同流强的束流均达到临界耦合状态,从而避免了耦合器失配引起的反射功率风险,并减少了由于较小耦合孔引起的场不对称。