Physical design study of the CEPC booster

A physical design study of the Circular Electron-Positron Collider(CEPC) booster is reported. The booster provides 120 GeV electron and positron beams for the CEPC collider with top-up injection. The booster is mounted above the collider in the same tunnel. To save cost, the energy of the linac injector for the booster is chosen as 6 GeV, corresponding to a magnetic field of 30.7 Gs. In this paper, the booster lattice is described and optimization of the cell length is discussed. A novel scheme of bypass near the detector of the collider is designed.The extremely low magnetic field caused by low injection energy is studied, and a new ideal of wiggling bands is proposed to mitigate the low-field problem. Beam transfer and injection from the linac to the booster are considered.     

平行共轴线圈的磁场特征研究与实验设计

通过计算机及相关的传感器和数据采集接口辅助,研究了平行共轴双线圈间距分别为0.5R,R,1.5R时,轴线方向磁场强度的分布规律及特征.从平行共轴双线圈间距为R的亥姆霍兹线圈所形成的均匀磁场出发,结合理论推导,自己设计并组装了三线圈实验装置,实现了平行共轴三线圈均匀磁场区域扩大、强度增强的实验设计,在一定程度上弥补了传统亥姆霍兹线圈磁场测量的不足并有助于对其深入的理解和研究.     

复合结构偏心对同轴波导电磁特性的影响

采用三维电磁仿真软件CST Microwave Studio,数值模拟了内外导体轴线复合结构偏心对同轴波导电磁特性的影响。结果表明:当内外导体的轴线同时存在平行偏心和倾斜偏心时,改变了波导的边界条件,从而导致同轴波导的S21参数和电场幅值实质性下降。随着复合结构偏心程度的加剧,同轴波导的S21参数和电场幅值减小越大。同时,复合结构偏心比平行偏心或倾斜偏心单独存在时对同轴波导电磁性能的影响更大。因此,在同轴波导的实际制作过程中,应尽力避免发生复合结构偏心。     

同轴交错圆盘加载波导慢波结构高频特性的研究

采用多导体传输线分析方法, 对同轴交错圆盘加载波导慢波结构进行了理论分析, 得到了这种慢波结构的色散方程; 利用该色散方程, 得到的色散特性与HFSS仿真软件模拟结果符合良好. 分析了结构参数的变化对同轴交错圆盘加载波导慢波结构的色散特性影响. 结果表明: 增加内径和减小慢波结构的单位周期长度可以拓展慢波结构的带宽. 对同轴圆盘加载波导和同轴交错圆盘加载波导两种慢波结构的色散特性进行了比较, 结果表明: 采用圆盘交错加载方式可以减弱色散, 拓展带宽. 研究结果对同轴交错圆盘加载波导在毫米波行波管中的应用具有指导意义. 关键词： 行波管 同轴交错圆盘加载波导 慢波结构 色散特性     

灵敏度系数可调同轴脉冲电压探头

针对采用TEM小室或GTEM室校准测试时从输入端获取信号的需求,设计了一种同轴型脉冲电压探头;该探头为微分型输出,采用数值积分可获得脉冲电压波形;其灵敏度系数可调。仿真分析了不同结构探针对探头内部电场峰值分布及对端口特性阻抗的影响,对采用尖针形探针的同轴脉冲探头进行了实验验证,得到了其频域响应曲线和灵敏度系数,分析了灵敏度系数随探针到内导体中心距离变化的规律。仿真和实验结果表明,同轴脉冲探头内嵌的探针采用尖针形时,对端口特性阻抗的影响及内部电磁场的扰动都很小,可满足ns级瞬变脉冲测试校准需要。     

脊加载同轴交错圆盘波导的高频特性

提出脊加载同轴交错圆盘波导慢波结构,并用电磁场仿真软件HFSS对其色散特性和耦合阻抗进行了计算,分析了不同结构参数对其高频特性的影响。研究表明:脊加载同轴交错圆盘波导有较好的色散特性,它比非同轴结构的带宽有明显增加,同时可以降低慢波结构的相速,用作行波管慢波结构时可以降低工作电压。脊加载同轴交错圆盘波导是一种全金属结构,散热性能好,损耗低,在毫米波及亚毫米波段的行波管中有较好的应用前景。     

Ku波段同轴渡越辐射振荡器的数值模拟

当传统高功率微波器件向高频段拓展时,器件尺寸的缩小将造成空间极限电流及功率容量的减小。基于此提出一种Ku波段同轴结构的渡越辐射振荡器。通过引入同轴结构,器件内部的空间极限电流及功率容量得到了有效提升。调制腔采用三谐振腔结构,与两腔结构相比,调制电子束的能力明显增强。采用高频场软件对调制腔和输出腔进行了冷腔分析。利用2.5维粒子模拟软件对Ku波段同轴渡越辐射振荡器进行了数值模拟,在导引磁场0.6 T、二极管电压392 kV、电流15.2 kA的条件下,在中心频率为14.184 GHz处获得1.2 GW的高功率微波输出,功率转换效率达20%。     

X波段长脉冲同轴多注相对论速调管放大器的分析与设计

为了提高相对论速调管放大器的工作频率、输出功率以及转换效率, 结合三重轴相对论速调管和多注速调管的特点, 采用三维电磁粒子模拟软件分析与设计了工作在X波段的长脉冲同轴多注相对论速调管放大器, 通过优化设计有效地抑制了X波段长脉冲相对论速调管放大器的自激振荡, 避免了脉冲缩短现象的产生, 使X波段相对论速调管放大器在长脉冲状态下能够稳定工作, 在注入微波功率为70 kW、束压为600 kV、束流为5 kA、轴向引导磁感应强度为0.8 T的条件下, 输出微波功率达到了1.23 GW, 效率为41%, 增益为42 dB.     

L波段小型化同轴扩张型天线设计

为了减小常规L波段高功率微波测量接收天线的结构尺寸及增益,设计了一种基于轴向缝隙馈电的小型化同轴扩张型天线。通过理论分析和数值模拟,选择了较优的结构尺寸,得到天线的增益及方向图特性:在1.3~1.6 GHz范围内,增益从-2.0 dBi变化至0.8 dBi;天线最大辐射方向在物理结构轴向。基于矢量网络分析仪E8362B的天线特性测量结果与数值计算结果基本一致:工作频率从1.3~1.6 GHz变化时,增益从-2.3 dBi变化至1.2 dBi;E面方向图主瓣宽度大于60,轴向轴比大于35 dB,结果表明设计的天线能够满足L波段高功率微波测量天线低增益小型化要求。     

An emittance measurement device for a space-charge dominated electron beam

Beam emittance is one of the most important parameters for electron sources. To investigate the beam emittance of the 3.5-cell DC-SC photocathode injector developed at Peking University, a multi-slit emittance measurement device has been designed and manufactured. The designed slit width, mask thickness and beamlet drift length are 100 μ m, 3 mm and 430 mm respectively. It is suitable for the electron beam with energy of about 5 MeV and the average current less than 0.1 mA. The preliminary measurement result of the rms emittance of the electron beam produced by the DC-SC injector is about 5-7 mm·mrad.