Q波段回旋行波管新型盒型输出窗的设计

利用等效电路理论,初步设计了窗片厚度为1.32mm的回旋行波管盒型输出窗,再加入感性膜片,更改窗片形状,最终设计出了能承受25kW平均功率、相对带宽达到14%、窗片厚度达到1.7mm的Q波段新型宽频带回旋行波管盒型输出窗;采用高频软件HFSS与有限元分析软件ANSYS协同仿真的新方法对回旋行波管盒型窗进行热特性研究表明,盒型窗理论上功率容量达到62kW平均功率,说明输出窗窗片承受25kW平均功率的可行性,窗片中心与边缘的温差为66℃,没有达到陶瓷窗片的临界温差158℃,验证了新型盒型窗设计的合理性。     

漂移管直线加速器高功率波导窗的物理设计

为了研发中国散裂中子源(CSNS)漂移管直线加速器(DTL)的功率耦合器,在对常规波导窗结构进行改进的基础上,设计了一种新型高功率波导窗。利用微波仿真软件CST优化了波导窗的高频传输特性,并采用ANSYS分析了波导窗在通功率时的温升及热应力以防止陶瓷片破裂,结果表明,波导窗能传输的最大平均功率达到了800 kW。校核了波导窗抽真空时的机械强度,并对陶瓷窗高频打火进行初步讨论,结果表明,漂移管直线加速器入腔功率为2 MW,小于波导窗的临界输入功率2.355 MW,窗内打火的机率很小。     

40kW高频功率源系统设计

根据用户的实际要求,设计了一种高频功率放大系统。为了获得足够大的输出功率,采用了由功率分配器和功率合成器组成的四级合成方式,利用多个750W功放模块,实现了高达40kW的功率输出;设计了以PLC为核心的监控系统,对高频功率放大系统中的前级功放、末级功放等各个部分的运行状态进行监控,利用触摸屏实现人机交互操作。实验测试结果表明该系统的合成效率达到90%以上,满足了高频功率放大的要求,系统工作稳定、可靠,具备人机交互和远程控制等功能。     

上海光源储存环高频功率源

上海光源(SSRF)是一台能量为3.5GeV的中能第三代光源.储存环的设计束流是300mA,总的束流功率约625kW,借鉴国际先进经验,从THALES等公司引进500MHz 300kW(cw)高频发射机(包括速调管和相应的PSM型电源)及350kW(Cw)环流器等作为三套高频功率源的主体,一一供给三套超导高频腔,加速电子以补偿其同步辐射以及其他功率损耗.近一年来我们完成了储存环高频厅和其水冷、风冷、配电系统的建设,台速调管的制造厂验收测试,三套发射机的就位安装和调试,第一套发射机的现场验收测试,第一台环流器的安装和高功率验收测试,第一套高频功率源的高功率传输系统在不同反射相位下的满功率老炼.第二、三套发射机的现场验收测试正在进行中,预计10月份全·部完成.迄今为止所有的验收项目均达到技术指标.本文简要地叙述了SSRF高频功率源的选型、技术指标、设计方案、总体布局,重点介绍了现场验收测试的结果.     

上海光源储存环高频功率源

上海光源(SSRF)是一台能量为3.5GeV的中能第三代光源. 储存环的设计束流是300mA, 总的束流功率约625kW, 借鉴国际先进经验, 从THALES等公司引进500MHz 300kW (CW)高频发射机(包括速调管和相应的PSM型电源)及350kW (CW)环流器等作为三套高频功率源的主体, 一一供给三套超导高频腔, 加速电子以补偿其同步辐射以及其他功率损耗. 近一年来我们完成了储存环高频厅和其水冷、风冷、配电系统的建设, 4台速调管的制造厂验收测试, 三套发射机的就位安装和调试, 第一套发射机的现场验收测试, 第一台环流器的安装和高功率验收测试, 第一套高频功率源的高功率传输系统在不同反射相位下的满功率老炼. 第二、三套发射机的现场验收测试正在进行中, 预计10月份全部完成. 迄今为止所有的验收项目均达到技术指标. 本文简要地叙述了SSRF高频功率源的选型、技术指标、设计方案、总体布局, 重点介绍了现场验收测试的结果.     

高频加热磁镜装置等离子体离子能量分布的测量

利用圆柱形低能离子静电分析器,对穿过高频加热磁镜装置逸出锥的逃逸离子和电荷交换生成的中性粒子的能量进行了测量,得到了等离子体离子的能量分布、离子回旋共振条件、以及发生离子回族共振时等离子体离子平均温度与加热净功率之间的线性关系。当加热净功率为100kW时,等离子体离子平均温度约为45eV。每1kW加热净功率大约提高离子温度0.4eV。     

Q波段回旋行波管宽带高平均功率输出窗设计与热分析

利用场匹配理论建立传输级联矩阵的方法对多层窗片结构输出窗进行研究,通过大量的数值计算给出Q波段回旋行波管一种新型中间风冷结构输出窗的参数,然后通过数值计算和HFSS仿真验证,该新型输出窗在46~50GHz范围内,S11反射系数小于-20dB。在此基础上进一步对该输出窗进行热分析,热分析表明:新型输出窗窗片中心与边缘温差与传统输出窗相比大幅下降,热应力大大减小,提高了输出窗的功率容量。回旋行波管工作在TE01模式时,新型输出窗获得的最大饱和功率容量达到90kW,与传统输出窗相比,功率容量提高了21.8kW。     

采用直接数字频率合成器混频信号的高频功率源设计

 提取直接数字频率合成器芯片AD9850输出的混频信号作为系统的频率源,介绍了高频功率源的结构和原理。系统的工作频率范围为(96±1) MHz,最大输出功率为10 kW。驱动级采用MOSFET晶体管功率放大模块,末级采用高频真空四极管4CW10000B。四极管采用阴地电路,工作在甲乙类。高频功率源采用压控可变衰减器进行幅度调制,为满足系统的频率和幅值稳定度要求,功率源采用带温度补偿的晶体振荡器,并让四极管工作在过压状态。在应用Ziegler-Nichols法整定控制器的PID参数时,为实现控制系统的在线自整定,系统采用了继电反馈法,由极限周期和增益得出PID参数。     

HIRFL注入器高频腔体与高频机的匹配

 叙述了兰州重离子加速器注入器(SFC)高频系统的200 kW高频机与高频腔体的功率匹配，匹配测量系统的工作原理，以及对匹配系统的改进和完善，并对高频腔体的输入阻抗和耦合电容进行了计算。为提高高频系统的稳定性和可靠性，对影响高频功率传输和D电压提高的问题进行了深入的研究和改进。采用矢量阻抗仪冷态测量腔体匹配阻抗的方法和一些相应的技术和措施，用矢量电压表动态测量功率输出级的相位差，判断D电路是否工作在匹配状态，从而使SFC的D电压由原来的50~65 kV（不稳定）提高到稳定工作的105 kV，改善了SFC的工作状态和保证了SFC的高效运行。     

BEPCⅡ高频功率源技术要求和设计

北京正负电子对撞机升级改造工程(BEPCⅡ)将采用频率为500MHz的高频系统取代现有的200MHz高频系统,其对撞模式的束流流强设计指标为0.91A, 这对高频功率源提出了很高的要求. 本文根据BEPCⅡ总体指标和高频系统的相关技术参数, 提出了其高频功率源的总体布局、技术指标和设计要求以及配套设施的设计方案,在此基础上我们已完成了第一套高频功率源的安装和调试, 并通过了专项和整机的测试验收.     

基于Simulink大功率电子管放大器仿真

选用4616V4型四极电子管,单管输出350kW,采用两路并行放大链路,设计了一套输出功率350kW×2的大功率电子管功率源系统。基于四极电子管的恒流特性曲线及实验数据,拟合输出功率与阳极电压、输入功率的关系曲线,利用Origin软件拟合函数,建立数学模型,并利用闭环比例-积分(PI)反馈控制,稳定输出电压,通过Simulink仿真探寻最佳工作点,较低的阳极电压以及近饱和的输入功率既能有效增大工作频率,又能满足高功率输出的要求,仿真结果与实际联机调试数据对比,误差低于5%,根据仿真数据得到的结论与13点分析法一致,可以有效指导探寻最佳工作点。     

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介绍了RF离子源驱动源的结构设计及RF线圈的热流固耦合分析。RF离子源采用外置天线的感应耦合方式,采用双射频驱动源设计,每个射频驱动源功率约60kW,总体功率为120kW,可产生均匀高密度的等离子体,以满足稳定的长脉冲运行的要求。在完成上述工作的基础上完成了RF离子源样机组装和初步实验测试。     

强流RF 离子源研制及初步实验

介绍了RF离子源驱动源的结构设计及RF线圈的热流固耦合分析。RF离子源采用外置天线的感应耦合方式,采用双射频驱动源设计,每个射频驱动源功率约60kW,总体功率为120kW,可产生均匀高密度的等离子体,以满足稳定的长脉冲运行的要求。在完成上述工作的基础上完成了RF离子源样机组装和初步实验测试。     

Development of a 500 MHz high power RF test stand

A flexible high power RF test stand has been designed and constructed at IHEP to test a variety of 500 MHz superconducting RF components for the upgrade project of the Beijing Electron Positron Collider (BEPCⅡ), such as the input coupler, the higher order modes (HOMs) absorber and so on. A high power input coupler has been conditioned and tested with the RF power up to 250 kW in continuous wave (CW), traveling wave (TW) mode and 150 kW CW in standing wave (SW) mode. A prototype of the HOMs absorber has been tested to absorb power of 4.4 kW. An introduction of the test stand design, construction and high power tests is presented in this paper.     

High power conditioning of the input coupler for BEPCⅡ superconducting cavity

High power conditioning of the input coupler for BEPCⅡ supercOnducting cavity has been performed.After room temperature conditioning,the RF power of 150 kW with continuous wave at standing wave mode passed through the coupler without any problem.Meanwhile,a series of methods have also been studied to improve the performance of the coupler during the beam operation.Up to now,the input coupler can feed a RF power up to 100 kW stably with high current of 250 mA at 2.5 GeV.     

低反射低吸收高平均功率输出窗的设计

 对高平均功率微波、毫米波输出窗的反射和吸收功率进行了理论分析，以蓝宝石输出窗为例，给出了低反射、低吸收的高平均功率回旋速调管放大器输出窗的设计方案。该放大器输出窗厚度为1.35mm，半径为9mm，工作频率为34GHz，在加工误差小于2%的情况下，输出窗反射率小于1%，当平均输出功率为10kW时窗片的吸收功率为2.5W。     

2 MHz/80 kW离子源射频功率耦合系统的设计

介绍了一种用于大科学工程装置中国散裂中子源(CSNS) 功率升级的RF负氢离子源大功率射频功率耦合系统的研制。主要内容包括射频功率耦合系统的构造, 指标计算分配以及具体实现, 重点阐述了射频功率放大器、隔离变压器、阻抗变压调谐器以及配套的电源、控制和冷却系统的设计, 并对整个系统的结构和热设计提出了工程解决方法。针对离子源功率耦合系统的特点作了细致的分析, 并以此为基础, 研制出了一款输出功率达80kW的射频功率耦合系统产品。     

Fabrication of the high power input coupler for BEPCⅡ superconducting cavities

The BEPCII storage ring adopts two 500 MHz superconducting cavities (SCC). Each one is equipped with a 500 MHz input power coupler. The coupler is to feed 150 kW power in continuous wave (CW) mode with both standing and traveling wave modes. Due to high power feeding and high frequency of the coupler, its fabrication is a big challenge. The fabrication started with two key components,the window and the antenna. Up to now, two sets including windows and antennas have been made by IHEP. And a 270 kW RF power in CW has passed through the coupler during the high power test. The fabrication details are presented in this paper.     

X-band dielectric Cerenkov maser amplifier experiment

An X-band dielectric Cerenkov maser amplifier experiment is reported. The amplifier system consisted of a solid, thermionically generated electron beam propagating through a cylindrical waveguide partially filled with an annular, dielectric liner. The input signal was provided by a tunable (9-10.3 GHz) magnetron with power up to 10 kW. Electron beam voltages and currents of up to 250 kV and 100 A could be generated for 1 μs pulse durations. The system was configured to operate in the TM₀₁ mode of the dielectric-lined waveguide. In this experiment the gain of the system with respect to the length of the dielectric liner was studied at a fixed input frequency of 10.3 GHz. At electron beam parameters of 160 kV and 60 A, a power gain of 24 dB over 56 cm of interaction length was measured for an input power of 4.5 kW, corresponding to a maximum RF amplified power of 1.15 MW and 12% efficiency