CSNS铁氧体环性能初步测试

用于中国散裂中子源CSNS的环射频铁氧体同轴谐振腔, 工作频率在1.02MHz至2.42MHz. 论文对决定腔性能的铁氧体环材料进行了性能测试研究. 通过改变铁氧体环的偏置磁场来改变铁氧体的磁导率, 使腔的等效电感发生变化, 从而使得LC并联谐振回路的谐振频率改变, 进而获得铁氧体环在不同频率, 不同高频磁场强度下的μ_rQf、品质因数和功率密度值. 本文比较了几种不同铁氧体环的测量结果, 选择适合于CSNS的环射频铁氧体谐振腔的材料为4M2.     

CSNS/RCS环射频腔用铁氧体环测试系统研制

为测试环射频铁氧体加载同轴谐振腔中铁氧体环的性能和批量筛选铁氧体环,研制了铁氧体双环测量系统。与国内外同类设备相比,该系统采用了扫频测量的闭环控制,可以模拟射频腔的运行工况、实现对铁氧体环性能的动态测量。扫频范围测量结果表明:该测试系统满足在0~3 000 A偏流调谐范围内的1.02~2.44 MHz频率覆盖要求,固定频率点的高功率测量结果和材料性能参数与日本J-PARC测量数据吻合。     

基于铁氧体基板的开口谐振环的可调微波左手特性研究

利用铁氧体的外场调制特性,提出采用铁氧体作为金属环线结构的介质基板,实现频率可调左手材料. 首先采用时域差分有限元方法数值模拟了基板材料参数变化的条件下,开口谐振环的频率可调性规律. 随基板材料的介电常数或磁导率升高,与开口谐振环负磁导率对应的透射谷频率将显著降低. 实验制备了一系列超高频软磁六角铁氧体,利用外加磁场有效调制了其磁导率. 并通过实验表明,通过调控外加磁场可以有效地调控开口谐振环负磁导率对应的透射谷频率. 关键词： 左手材料 开口谐振环 铁氧体 可调     

铁氧体环的导磁率及其品质因数的测量

 初级绕有线圈的铁氧体环形成电感，如果同时在其次级绕有偏磁线圈并加一直流电流，当此电流改变时，铁氧体导磁率会随之改变，绕有线圈的铁氧体环的电感量也就相应改变。加载了铁氧体环谐振腔的谐振阻抗与铁氧体导磁率、品质因数及腔体谐振频率的乘积成正比，而腔体谐振阻抗直接决定其所需功率的大小。讨论了铁氧体环导磁率和品质因数的测量原理，给出了测试装置的具体电路和测量结果。     

中国散裂中子源铁氧体加载腔的性能研究

利用同轴线理论分析了扫频工作的中国散裂中子源（CSNS）铁氧体加载同轴谐振腔的主要性能参数。给出了铁氧体加载腔在三维电磁场仿真计算中的建模过程,在场分析的基础上提出了陶瓷介质等效谐振电容的方法。将模拟计算得到的腔体的谐振特性与同轴线理论计算和实际腔体测量结果相比较,三者吻合得非常好。通过对腔体样机母排引入的寄生模的实验和模拟研究,提出了解决寄生模问题的方法;通过对腔体内铁氧体环的填充系数的研究,给出了短尺寸腔的扫频工作方案。     

左手介质对谐振腔谐振频率的影响

在谐振腔设计过程中, 谐振腔的品质因数以及谐振频率都是需要考虑的关键因素. 传统的方法是通过减小谐振腔的尺寸或者利用高次模来提高谐振腔的谐振频率, 但是由于两种方法都有其局限性, 导致设计结果并不理想. 通过理论计算与模拟仿真相结合的方法, 对影响谐振腔谐振频率的因素进行分析, 得出了填充介质的材料属性与谐振腔谐振频率的关系. 理论计算显示: 当用“左手介质”作为谐振腔的填充物质时, 可以在不改变谐振腔尺寸的基础上提高谐振频率. 高频结构仿真器(high frequency structure simulator)的仿真数据也证明了以上结果, 从而得出谐振腔的谐振频率可以不受谐振腔尺寸的限制. 相较于传统理论而言, 研究结论有进一步的发展, 为探索和设计新颖的谐振腔提供了理论依据.     

电子注对谐振腔中TM模式谐振频率和电磁场分布的影响

将电子注视为等离子体柱,从填充等离子体柱的谐振腔的物理模型出发,推导了圆柱腔填充中心电子注时TM0m0模式的特征方程,并重点分析了填充电子注的圆柱腔中TM010模式和TM020模式的谐振频率和电磁场分布随等离子频率的变化情况。研究结果表明,随着电子注的等离子体频率不断增大,谐振频率也不断增大,谐振腔内电场和磁场的分布也随之发生改变。当电子注的等离子体频率超过谐振腔的谐振频率时,谐振腔内的电磁场分布将发生很大的变化,出现了电子注内外电场方向相反和趋肤效应等现象。     

谐振腔形式爆震管的冷态特性研究

为研究谐振腔形式爆震管的冷态特性,基于模块化设计的谐振腔,开展了相关实验。采用模块化设计,可方便地实现谐振腔长度、供给位置和供给方向的调整。结果表明,供给频率改变时,谐振腔内的压力振荡亦随之变化,压力振幅在谐振频率附近达到最大。改变供给位置和进气方向不会对谐振频率造成实质性影响,但会使其轻微浮动;谐振频率随谐振腔长度线性变化。冷态实验为预估热态谐振频率奠定了基础,并为热声耦合的实现指明了方向。     

高Q光纤环谐振腔陀螺角速度传感研究

模拟仿真了谐振式光纤环腔的透射谱线以及鉴频曲线,得透射谱线最低谷值对应为调制谐振点,鉴频曲线的线性区为陀螺的工作范围区,线性区中点对应谐振点,可作为标度因数最大值.为了实现谐振点的高精度锁频和稳频,设计了谐振式光纤陀螺角速率测定方案,使用比例积分反馈电路实施锁频,利用正弦波扫描窄线宽激光器(线宽小于1kHz)的压电转化模块,使激光器谐振腔长发生变化,从而改变其输出频率,对谐振光纤环腔随外界环境变化同时进行跟踪和锁定.利用线宽法测试并计算出光纤环形谐振腔的品质因数值为107,对比分析了光纤环腔在谐振点和非谐振点锁定情况下的光电探测实时输出,并通过转动测试,得到两种情况下锁定后陀螺的连续转动效果.计算了光纤陀螺系统理论检测灵敏度,结果表明:谐振点锁定后转动效果对应的陀螺输出电平值为锁定非谐振点转速电平值的3倍,验证了谐振式光学陀螺谐振点锁频的重要性.     

分离作用射频四极场加速器频率调谐和高功率试验

在分离作用射频四极场(SFRFQ)加速腔中加入频率调谐装置,用步进电机驱动调谐杆运动,改变调谐板在腔中的位置来改变调谐板与支撑环之间的分布电容,从而改变SFRFQ腔的工作频率,使其谐振频率为26.07 MHz,实现了RFQ和SFRFQ组合加速系统频率的匹配。在完成两腔频率调谐的基础上进行了SFRFQ腔体1/6占空比高功率试验,轫致辐射谱的测量表明,SFRFQ极间电压在入射峰值功率为28.8 kW时已达到86.2 kV,超过了设计指标的70.0 kV。