利用场分布计算单腔微波参量

介绍了利用加速管的场分布计算单腔微波参量的一种方法. 在已知耦合腔链各本征模式的谐振频率和电场分布的条件下，可以通过回路方程组求出耦合腔链的单腔频率和腔间耦合系数. 这种方法给加速管设计和调谐带来了很大帮助，在加速腔数目较多或者结构非均匀的条件下尤为有效.     

双周期加速结构腔间耦合系数的模拟计算

在直线加速器加速管的设计中, 腔间耦合系数是一个关键参量, 它的误差是影响场分布误差的主要因素. 准确计算耦合系数，对于腔间耦合孔几何参数的设计十分重要. 目前, 采用电磁场计算软件进行数值模拟是计算耦合系数的主要 方法. 文献调研发现, 使用MAFIA程序计算耦合系数, 对于单周期的盘荷波导结构, 根据MAFIA程序内部电(磁)边界条件和周期性边界条件, 对应两者有行波模拟、驻波模拟两种方法计算色散曲线. 本文结合这两种方法, 对计算双周期加速结构耦合系数的方法进行了探索, 它们可得到相近的结果, 与实验测量值的差别小于15%.     

非均匀加速结构腔间耦合系数模拟计算

电子直线加速器的聚束段对于会聚入射电子相位,提高电子直线加速器出射束流性能起着至为关键的作用. 而准确计算聚束段腔间耦合系数又是设计聚束段耦合孔几何结构的关键. 本文利用电磁场计算软件MAFIA的特征值计算模块E模块, 分别计算出单腔频率, 双腔腔链的两个本征频率,从而得到聚束段腔间耦合系数. 采用该方法,可以设计聚束段腔间耦合孔的几何参数. 与实验结果的对照表明, 这是一种非常有效的非均匀加速结构腔间耦合孔设计方法.     

微波电子枪外回路耦合度计算与实验研究

在热阴极微波电子枪的研制中, 为设计微波腔链与波导的耦合孔, 应用Derun Li等提出的``能量方法'进行模拟计算. 使用MAFIA计算微波电子枪第3腔与外回路馈电波导之间的耦合度, 从而设计连接波导与腔链的耦合孔, 使两者之间的耦合度满足需要. 该方法的计算结果与实验测量值的差别在10%—30%之间,满足 实际加工要求. 说明其对于驻波加速腔链与外回路耦合的设计计算是相当有效的.     

基于3维实体重建的直线加速器加速管热稳定性的优化设计

 行波电子直线加速器运行时加速管腔体因铜损会产生不均匀的热变形和腔频率偏移。因无法获知腔频率的准确偏移值,设计加速管冷却系统的一种经验设计方法是控制管体温度离散度在3 ℃之内。提出并实现了一种以直接控制加速管腔体频率离散度为设计目标的方法。采用插值蒙皮曲面造型理论,依据温度场和热变形的有限元仿真结果,高精度重建出变形后的腔体3维实体模型。将其导入到电磁场分析软件微波工作室,解算出不均匀温度分布造成的热变形引起的各腔频率偏移,实现了热-结构-电磁场的耦合分析。以加速管腔体频率离散度最小为设计目标,获得冷却系统优化参数。相对于经验设计方法,可大大减小冷却水流量和水压差,节约运行成本。     

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.     

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1OMeV,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.     

腔耦合漂移管结构等长化腔列设计

质子直线加速器中使用的脏耦合漂移管加速结构,如采用等长化腔列,可以简化加速腔的制造和调试,降低成本.文中引入粒子动力学系数的新定义,探讨了等长化腔耦合漂移管结构设计方法,并给出部分计算结果.     

S波段2MeV轴耦合驻波加速管参数冷测调试

介绍了用于工业CT的S波段2MeV驻波电子直线加速管的微波冷测及调整,并详细描述了加速管频率的测量与调谐,加速管与矩形波导匹配,加速管品质因数及加速管整管场分布的测量,给出了加速管微波调试及调整的结果.结果如下:加速管的频率一致性达到±0.3MHz以内,过饱和状态下的耦合度为1.14,加速管单腔的品质因数约为120004-200,场分布的比值1:2.2:2.结果表明微波调试满足物理设计的要求.     

S波段2MeV轴耦合驻波加速管参数冷测调试

介绍了用于工业CT的S波段2MeV驻波电子直线加速管的微波冷测及调整, 并详细描述了加速管频率的测量与调谐, 加速管与矩形波导匹配, 加速管品质因数及加速管整管场分布的测量, 给出了加速管微波调试及调整的结果. 结果如下: 加速管的频率一致性达到±0.3MHz以内, 过饱和状态下的耦合度为1.14, 加速管单腔的品质因数约为12000±200, 场分布的比值1:2.2:2. 结果表明微波调试满足物理设计的要求.     

THE COUPLED RESONATOR MODEL AND THE DISTRIBUTION OF THE ELECTRIC FIELD ON THE AXIS IN THE PERIODIC CAVITY CHAIN

The Coupled resonator model and the distribution of the electric Field on the axisin the singly periodic cavity chain and biperiodic chain with full-cavity terminationsare analysed by Helmholtz Equation using the symmetry properties of the structure.It is another method to check coupled circuit theory. The results given in this paper forthe singly periodic cavity chain with full- cavity terminations was verified by a 600MHZ linac model of IHEP.     

平面波照射下开孔矩形腔体的电磁耦合与屏蔽效能研究

基于Bethe小孔耦合理论和腔内电磁场的本征模展开, 建立了平面波照射下开孔矩形腔体电磁场分布的近似解析模型. 该模型物理意义清晰, 可以考虑开孔的形状、 尺寸、 个数及位置和入射波的传播与极化方向等参数的影响. 该模型的计算结果优于传统的等效电路方法, 与实验结果的一致性更好. 计算分析了相关因素对电磁屏蔽效能的影响规律, 所得结果对电磁屏蔽腔体的设计有指导意义.     

Theoretical Study of Millimeter Wave Harmonic Oscillator Stabilized with a Transmission Cavity

An equivalent circuit model of millimeter wave second harmonic oscillator stabilized with a transmission cavity has been proposed for constructing analytical formulations between performance parameters of the oscillator and parameters of the circuit. The model consists of an equivalent circuit of fundamental wave and that of second harmonic wave. Each of the circuits comprises circuit models of main cavity, transmission waveguide, and transmission cavity. Absorbing material placed between the transmission waveguide and the transmission cavity can suppress additional resonances originated from transmission cavity. The behavior of the second harmonic oscillator can be effectively described by the circuit model. Furthermore, based on this model, mechanical tuning characteristics have been studied at first, and then analytical formulas for quality factor and efficiency depending on circuit parameters have been derived. The circuit parameters can be conveniently extracted by electromagnetic field simulation. Hence the formulas exhibit both compact form and enough accuracy. Thereafter, general rules of performance parameters varying with circuit parameters have been deduced for the harmonic oscillators. Then some design considerations have been derived according to the corresponding analysis. The equivalent circuit model is useful for designing and adjusting millimeter wave second harmonic stabilizing oscillator with a transmission cavity.     

Reciprocity principle-based model for shielding effectiveness prediction of a rectangular cavity with a covered aperture

According to the reciprocity principle, we propose an efficient model to compute the shielding effectiveness of a rectangular cavity with apertures covered by conductive sheet against an external incident electromagnetic wave. This problem is converted into another problem of solving the electromagnetic field leakage from the cavity when the cavity is excited by an electric dipole placed within it. By the combination of the unperturbed cavity field and the transfer impedance of the sheet, the tangential electric field distribution on the outer surface of the sheet is obtained. Then, the field distribution is regarded as an equivalent surface magnetic current source responsible for the leakage field. The validation of this model is verified by a comparison with the circuital model and the full-wave simulations. This time-saving model can deal with arbitrary aperture shape, various wave propagation and polarization directions, and the near-field effect.     

Tuning for the first 9-cell TESLA cavity of PKU

A method based on circuit model is used to tune the first home-made 9-cell TESLA type superconducting niobium cavity at Peking University.After tuning,a flat field profile with a final π-mode frequency within 3 kHz of target frequency is achieved.The field flatness is measured by a bead-pull method,and the relative electric field is calculated from the frequency shift perturbed by the bead stepping along the axis of the cavity.     

0.3 THz TM10, 1, 0模同轴耦合腔链

通过本征方程研究了工作在太赫兹(THz)频段的高次模同轴谐振腔,讨论了TM_{m, 1, 0}模,TM_{m, 2.0}模与TM_{m, 1, 1}模的谐振频率与腔体的几何参数之间的关系,并给出了工作模式的选择依据。在此基础上,提出了一种新型的0.3 THz TM_{10, 1, 0}模同轴耦合腔链,使用等效电路模型和CST-MWS软件对耦合腔链的色散特性、特征阻抗和电场分布等冷腔特性进行了分析和仿真,并着重分析和总结了耦合腔链的几何参数对色散特性和特征阻抗的影响。研究结果表明:对于工作在THz频段的高次模同轴耦合腔链,采用TM_{10, 1, 0}模为工作模式是合理的选择; 工作于2π腔模的0.3 THz TM_{10, 1, 0}模同轴耦合腔链具有较大的特征阻抗,但模式间隔较小,因此可将其应用于窄带太赫兹扩展互作用器件; 增大高次模耦合腔链的耦合槽张角是增大模式间隔的最佳途径。     

三模重叠双间隙耦合腔型输出回路的仿真设计

 为扩展速调管输出回路的带宽,进一步分析了双间隙耦合腔的模式重叠理论,说明了实现三模重叠的可能性,采用等效电路法计算了三模重叠双间隙耦合腔型输出回路的阻抗频率特性。以中心频率3 GHz的输出回路为例,建立了3维计算模型,给出了设计这种输出回路的步骤和结构参数。用场分析法计算了间隙阻抗频率特性,结果表明：此输出回路2 dB相对带宽接近15%,加载滤波器后1.5 dB相对带宽可达19.3%。