BEPCⅡ大功率波导真空阀门的研制

大功率波导真空阀门是BEPCⅡ直线加速器微波系统的重点改进项目,作为微波大功率传输和真空密封双重功能的超高真空微波器件,机械结构比较复杂,制造工艺难度大。经过各方努力,已经研究完成16台大功率波导真空阀门,并在2004年全部安装在加速器上使用。目前进入到波导真空阀门的脉冲功率为30~50 MW,高功率运行工作状态良好。对阀门从设计原理、机械结构、微波测试及高功率运行等方面作了较详细的阐述。     

BEPCⅡ直线加速器微波系统

BEPCⅡ直线加速器微波系统要求的技术指标比旧系统有了大幅度的提高, 为此老系统的许多部件需要重新研制和改造. 本文首先介绍了关键部件的改造研制情况, 它包括能量倍增器、加速管、大功率波导阀门、大功率干负载及其中功率和高功率波导衰减/移相器; 其次简要介绍了微波系统高功率运行情况.     

真空二极管大功率微波检波器设计

基于真空二极管设计了一种X波段大功率微波检波器,该检波器主要由真空二极管、BJ-100波导、调谐螺栓、低通滤波器和直流电源组成,其工作频率可根据需要在8.6~9.8GHz范围内调谐。重点阐述该型大功率微波检波器的结构设计、实验室标定及辐射场测量实验结果,研究了不同脉宽和不同灯丝电压与检波特性的依赖关系。实验结果表明:该型检波器具有承受微波脉冲功率高(大于7kW)、响应快(响应时间小于2.0ns)、动态范围大、输出信号幅度高(可达数十V)、不需要同步信号等特点,适用于在高功率微波干扰环境下的单次和高重复频率脉冲功率测量。     

真空二极管大功率微波检波器设计

基于真空二极管设计了一种X波段大功率微波检波器,该检波器主要由真空二极管、BJ-100波导、调谐螺栓、低通滤波器和直流电源组成,其工作频率可根据需要在8.6~9.8 GHz范围内调谐。重点阐述该型大功率微波检波器的结构设计、实验室标定及辐射场测量实验结果,研究了不同脉宽和不同灯丝电压与检波特性的依赖关系。实验结果表明：该型检波器具有承受微波脉冲功率高（大于7 kW）、响应快（响应时间小于2.0 ns）、动态范围大、输出信号幅度高（可达数十V）、不需要同步信号等特点,适用于在高功率微波干扰环境下的单次和高重复频率脉冲功率测量。     

用束波导与真空椭圆软波导传输的高功率微波发射系统研究

对两种高功率微波传输与发射系统进行了研究、比较,其中,束波导传输偏置抛物面系统适用于过模波导输入。真空椭圆软波导传输抛物面系统适用于单模波导输入的情况,对以上两种发射系统进行了物理光学数值分析（PO/PO）。在S波段,在未优化设计前,前者截获效率86.6%,增益40dB,后者截获效率96.7%,增益42.5dB。     

强微波脉冲在波导中传输的数值模拟

应用电子流体方程与麦克斯韦方程对强而短的电磁脉冲传输的物理过程进行了数值模拟。给出了不同压强条件下的击穿等离子体峰值电子密度、峰值电子流体能量、击穿的位置、电磁能的潜行（ｓｎｅａｋ－ｔｈｒｏｕｇｈ）时间及电磁能的透过量等特征参数。不但可以看到初始电子均匀分布情况下高功率微波（ＨＰＭ）脉冲的“尾蚀”（ｔａｉｌ－ｅｒｏｓｉｏｎ）现象，而且还发现初始电子高斯分布情况下ＨＰＭ脉冲的“分裂”（ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ）过程。分析了各种结果的物理原因。     

S/X波段低损耗波导真空窗技术研究

低损耗波导真空窗具有优异的微波特性和真空密封性能,是高灵敏度致冷接收机的关键部件.文中介绍了波导真空窗的工作原理和应用场合,给出了详细的设计模型和性能指标.     

HL-2A装置低杂波系统真空性能分析

低杂波电流驱动系统在2004年经过改造完成了重建工作，并在HL-2A装置上用单只速调管输出300～400kW的微波功率系统进行了工程调试。针对大功率微波的传输和发射，微波的局部打火和拉弧，低杂波传输线和天线作了相应的技术改造，设计了相对独立的真空系统，具备了抽气和充气的能力。     

BEPCⅡ低温控制系统研制

北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)首次应用低温超导技术建造低温系统. 低温控制系统通过控制前端低温系统的压力、液位、流量和功率等过程变量, 分别产生饱和液氦、两相氦和过冷的单相液氦, 使用这三种不同形式的氦流来冷却超导设备. 低温控制系统采用EPICS+PLC双层架构体系, 实现对前端低温超导设备的全自动控制. EPICS主要完成低温系统的过程控制、逻辑控制和PID闭环控制; PLC负责前端关键设备的联锁控制, 用于保护低温超导设备的安全.     

L波段大功率全带宽波导盒型窗

 由于鬼模振荡的存在,普通波导盒型窗很难获得宽频带输出,其相对带宽一般只有20%～30%。提出一种新的适用于大功率螺旋线行波管非对称全带宽波导盒型窗设计思路,通过３维电磁仿真设计与优化,获得了L波段相对带宽达41.4%盒型窗结构设计参数,且频带内无鬼模振荡,考虑匹配过渡段后整个盒型窗驻波系数模拟计算小于1.1。采用此功率输出结构研制的S波段大功率行波管连续波输出功率达3 kW以上,整管实测驻波系数小于1.6。     

BEPCⅡ低温控制系统研制

北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCⅡ)首次应用低温超导技术建造低温系统.低温控制系统通过控制前端低温系统的压力、液位、流量和功率等过程变量,分别产生饱和液氦、两相氦和过冷的单相液氦,使用这三种不同形式的氦流来冷却超导设备.低温控制系统采用EPICS+PLC双层架构体系,实现对前端低温超导设备的全自动控制.EPICS主要完成低温系统的过程控制、逻辑控制和PID闭环控制;PLC负责前端关键设备的联锁控制,用于保护低温超导设备的安全.     

大功率限幅器的研制

介绍了一种L波段大功率限幅器的研制情况,该限幅器具有体积小、插入损耗小、输入承受功率高及限幅输出电平低等特点。文中给出了限幅二极管在高/低输入信号电平时的等效电路以及同轴滤波器的设计分析过程。实验测试结果表明,限幅器完全达到技术指标要求。     

金属包层渐变折射率介质光波导的传输特性与损耗

用金属包层介质光波导损耗的微扰理论及藉助多层近似法用递推公式分析渐变折射率波导传播常数的方法,对几种类型的金属包层渐变折射率介质光波导的传输特性与损耗进行分析和讨论,得到了与精确数值计算结果相吻合的结果.     

同轴转弯波导的设计与实验研究

提出了一种同轴转弯波导。介绍了该同轴转弯波导的基本原理,设计并数值模拟了中心频率为4.0 GHz的同轴转弯波导,并对此同轴转弯波导进行了实验研究。实验结果表明：同轴转弯波导在中心频率4.0 GHz 下,传输损耗约为0.17 dB,驻波系数为1.2;在3.8～4.2 GHz的频率范围内传输损耗小于0.2 dB,驻波系数小于1.25。同轴转弯波导内部无介质支撑,且体积小,结构简单,易于实现,适用于高功率微波馈线系统中的同轴波导的转弯和连接。     

同轴转弯波导的设计与实验研究

提出了一种同轴转弯波导。介绍了该同轴转弯波导的基本原理,设计并数值模拟了中心频率为4.0 GHz的同轴转弯波导,并对此同轴转弯波导进行了实验研究。实验结果表明:同轴转弯波导在中心频率4.0 GHz下,传输损耗约为0.17 dB,驻波系数为1.2;在3.8~4.2 GHz的频率范围内传输损耗小于0.2 dB,驻波系数小于1.25。同轴转弯波导内部无介质支撑,且体积小,结构简单,易于实现,适用于高功率微波馈线系统中的同轴波导的转弯和连接。     

用束波导与真空椭圆软波导传输的高功率微波发射系统研究

对两种高功率微波传输与发射系统进行了研究、比较，其中，束波导传输偏置抛物面系统适用于过模波导用入．真空椭圆软波导传输抛物面系统适用于单模波导输入的情况，对以上两种发射系统进行了物理光学数值分析（ＰＯ／ＰＯ）．在Ｓ波段，在未优化设计前，前者截获效率８６．６％，增益４０ｄＢ，后者截获效率９６．７％，增益４２．５ｄＢ．     

BESOI光波导的研制

本文通过大量实验,采用键合及背腐蚀方法研制成功 SOI 光波导,传输损耗仅0.85dB/cm.     

任意截面波导中截止波长测试的一种新方法

提出了一种测试任意复杂截面波导截止波长的新方法。该方法利用波导及谐振腔的有关理论,把任意复杂截面波导的截止频率测试问题转化为对波导谐振腔的测试,因而不但在测试中回避了匹配和过渡等难题,而且达到较高精度,非常适合于微波工程设计使用。还提出了对波导衰减以及模式场分布的测试方法。     

任意截面波导中截止波长测试的一种新方法

 提出了一种测试任意复杂截面波导截止波长的新方法。该方法利用波导及谐振腔的有关理论,把任意复杂截面波导的截止频率测试问题转化为对波导谐振腔的测试,因而不但在测试中回避了匹配和过渡等难题,而且达到较高精度,非常适合于微波工程设计使用。还提出了对波导衰减以及模式场分布的测试方法。     

大功率辐照加速器的研制

介绍了10MeV/20kW大功率辐照加速器的设计. 该加速器采用返波型行波加速结构加速管, 综合了常规行波加速结构微波反射小、频率稳定性好和驻波加速结构分流阻抗高的优点. 加速器工作于S波段, 中心频率为~2856MHz. 利用自编的模拟程序AccDesign进行物理设计, 设计输出电子束能量为10MeV, 脉冲流强300mA, 加速管总长1.5m, 模拟计算结果显示微波至电子束的转换效率为66%. 同时利用计算机仿真程序对加速腔的温度和应力分布进行了计算, 得到了微波功率损耗对加速腔频率的影响.