[发明专利]一种高功率输入耦合器

说明书

技术领域

本发明涉及一种高功率输入耦合器，属于微波领域。

背景技术

高功率输入耦合器本质上是一种微波传输元件，它是粒子加速器射频超导系统的关键部件之一，在射频超导系统中位于功率源和超导腔之间，其主要功能是将微波功率馈送到超导腔内(见附图1)，同时还利用陶瓷窗将大气与超高真空环境隔离开来、承担从室温到超导低温的低漏热过渡连接作用等多重功能。

根据运行经验，高功率输入耦合器是射频超导系统中极为脆弱的关键部件之一，一旦损坏，将导致整个加速器无法运行，需花费很大的财力和较长的时间去修复它，成本较高、损失较大，因此它一直是加速器射频超导领域的热点和难点。

目前国际上同类型的超导腔功率输入耦合器通常采用同轴型和波导型结构。但是无论哪种结构类型的功率输入耦合器，都需要将功率源与耦合器主传输线进行连接，该连接件的结构设计，或采用门钮转换结构[文献1，Mircea Stirbet,Fundamental Power Couplers for the SNS Project,review of the SPL RF coupler CERN16-17March2010]，或采用直连结构[文献2，Q.S.Shu,J.Susta,G.F.Chen et all.“INNOVATIVE MODULAR,MULTIPLE POWER LEVELS,325MHz SPOKES CAVITIES POWER COUPLERS”,Proceedings of PAC07,New Mexico,USA],即将功率尽可能无反射的传输到耦合器件中，但两者均未能实现传输性能的在线调节，即在馈入功率的情况下，通过对耦合器的短路调谐器进行调节，实现功率匹配传输，进一步提高功率传输效率。

为了实现功率源与同轴线的顺利过渡，兼顾为耦合器内导体提供水冷管道，法国CEA研究机构为其中子源加速器IFMIF-EVEDA项目研制了RFQ腔功率输入耦合器，并利用一个同轴平板型窗体隔离真空[文献4,S.Maebara,Tokai-JAEA,et all.“DESIGN OF AN INPUT COUPLER FOR THE IFMIF/EVEDA RFQ LINAC”,Proceedings of IPAC’10,Kyoto,Japan]，与本发明的专利内容完全不同。

发明内容

本发明的目的在于提出一种高功率输入耦合器的结构设计，该耦合器可以克服传统耦合器不可在线调节传输的缺点，实现驻波比在线可调及匹配传输。

本发明的技术方案为：

一种高功率输入耦合器，其特征在于包括一调谐装置，其包括输入端、短路端和输出端；输出端经一高频窗体与一同轴线缆连接；其中，所述调谐装置为一双导体结构，包括彼此绝缘的内层导体盒和外层导体盒，该内层导体盒的输入端口与输入端同轴线缆的内导体密封电连接、该内层导体盒的短路端口与短路端同轴线缆的内导体密封电连接、该内层导体盒的输出端口与输出端同轴线缆的内导体密封电连接；该外层导体盒的输入端口与输入端同轴线缆的外导体密封电连接、该外层导体盒的短路端口与短路端同轴线缆的外导体密封电连接、该外层导体盒的输出端口与输出端同轴线缆的外导体密封电连接；所述短路端同轴线缆的内外导体之间设有一短路活塞。

进一步的，所述输出端经一含有Choke结构的高频窗体与一同轴线缆连接；其中，所述Choke结构包括内导体Choke结构、外导体Choke结构和同轴平板陶瓷片；内导体Choke结构和外导体Choke结构分别包括位于该同轴平板陶瓷片两侧的上端和下端；内导体Choke结构的上端、下端分别与输出端同轴线缆的内导体密封电连接且通过一同轴金属框与该同轴平板陶瓷片密封连接，外导体Choke结构的上端、下端分别与输出端同轴线缆的外导体密封电连接且通过一同轴金属框与该同轴平板陶瓷片密封连接。

进一步的，连接所述外导体Choke结构的上端、下端的同轴金属框外侧设有一第二同轴圆柱筒，其与所述外导体Choke结构的上端、下端密封连接且设有冷却水进水口和出水口。

进一步的，所述同轴平板陶瓷片为氧化铝陶瓷片，其真空面镀TiN膜，膜厚为5-10nm。

进一步的，所述调谐装置为T型调谐装置，其输入端与短路端位于同一轴线上，输出端的轴线与输入端的轴线垂直。

进一步的，所述内导体Choke结构、外导体Choke结构分别为与输出端的轴线同轴的圆柱形结构。

进一步的，所述短路端同轴线缆的内导体内通有两根水冷管道为输出端内导体提供冷却水回路。