[发明专利]常温高频腔进腔功率测量装置及方法

权利要求书

1.常温高频腔进腔功率测量装置，其特征在于，包括依次连接的功率源、环形器、定向耦合器、功率耦合器和高频腔，其中，功率源与环形器之间、环形器与定向耦合器之间以及定向耦合器与功率耦合器之间均通过波导传输线进行连接；环形器上还设有吸收负载，高频腔还设有耦合环，定向耦合器上还设有测反射功率计和测前向功率计。

2.根据权利要求1所述的常温高频腔进腔功率测量装置，其特征在于，所述功率源为324MHz的束调管，工作频率带宽为±1MHz。

3.根据权利要求1所述的常温高频腔进腔功率测量装置，其特征在于，所述环形器为324MHz的高频环形器，工作频率带宽为±3.24MHz。

4.根据权利要求1所述的常温高频腔进腔功率测量装置，其特征在于，所述定向耦合器为324MHz的定向耦合器，工作频率带宽大于±1MHz。

5.根据权利要求1所述的常温高频腔进腔功率测量装置，其特征在于，所述功率耦合器为设计工作于324MHz的功率耦合器，工作频率带宽为±10MHz。

6.根据权利要求1所述的常温高频腔进腔功率测量装置，其特征在于，所述高频腔为谐振频率324MHz漂移管直线加速腔。

7.根据权利要求1所述的常温高频腔进腔功率测量装置，其特征在于，所述功率传输线为WR2300型号的方波导传输线。

8.根据权利要求1所述装置实现的常温高频腔进腔功率测量方法，其特征在于，先通过测量高频腔的场幅信号和相位角信号，计算出高频腔的入口反射系数；然后测量定向耦合器的反射功率和前向功率，并利用入口反射系数的幅度值计算出从定向耦合器至高频腔入口的功率衰减系数；最后利用功衰减系数计算高频腔入口处的前向功率、反射功率以及实际进腔功率。

9.根据权利要求8所述的常温高频腔进腔功率测量方法，其特征在于，所述测量方法的具体过程包括以下步骤：

S1：通过耦合环采集高频腔的场幅衰减曲线和相位角衰减曲线，从而得到高频腔的场幅信号和相位角信号，在时间点t1采集到的场幅信号为A1、相位角信号为θ1，在时间点t2采集到的场幅信号为A2、相位角信号为θ2；

S2：利用两个时间点之间的场幅信号，通过公式(1)计算高频腔的有载品质因子Q_L；利用两个时间点之间的相位角信号，通过公式(2)计算高频腔的实际谐振频率与理想谐振频率之差δf，

公式(1)中，f₀为高频腔的理想谐振频率；

S3：通过公式(3)计算δ(ω)，δ(ω)表示两倍的高频腔实际谐振频率与理想谐振频率差值δf与理想频率f₀的比值，

公式(3)中，ω为高频腔实际谐振频率对应的角频率，ω₀为高频腔理想谐振频率对应的；

S4：采用低功率测量的方式获得高频腔的耦合度β，然后通过公式(4)计算高频腔的入口反射系数Γ(ω)，

公式(4)中，i为虚数单位；

S5：通过测前向功率计测量定向耦合器的前向功率P_f，通过测反射功率计测量定向耦合器的反射功率P_r，假设定向耦合器到高频腔入口的功率衰减系数为α，则通过公式(5)计算高频腔入口处的前向功率P_f’，通过公式(6)计算高频腔入口处的反射功率P_r’，通过公式(7)计算高频腔的实际进腔功率P_in，

P_f’＝P_f(1-α) (5)

P_r’＝P_r(1+α) (6)

P_in＝P’_f-P_r’ (7)

同时，高频腔的入口反射系数Γ(ω)与高频腔入口处的前向功率、反射功率存在公式(8)所示的关系，

公式(8)中，|Γ(ω)|表示高频腔入口反射系数的幅度值；

S6：联立公式(3)、公式(4)和公式(8)，得到公式(9)，

通过公式(9)求解得出高频腔入口的功率衰减系数为α，然后再通过公式(5)、公式(6)和公式(7)分别计算出高频腔入口处的前向功率P_f’、高频腔入口处的反射功率P_r’和高频腔的实际进腔功率P_in。