一种用于耦合腔加速结构的边耦合腔测量装置及边耦合腔测量方法

文档序号:613574 发布日期:2021-05-07 浏览:4次 >En<

阅读说明:本技术 一种用于耦合腔加速结构的边耦合腔测量装置及边耦合腔测量方法 (Side coupling cavity measuring device and side coupling cavity measuring method for coupling cavity accelerating structure ) 是由 杨誉 杨京鹤 于 2020-12-30 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种用于耦合腔加速结构的边耦合腔测量装置,包括:网络分析仪、测量部和电缆。其中,所述测量部包括主体和同轴线;所述主体为形成有凹槽的铜管;所述同轴线的一端设有磁耦合环;所述同轴线位于所述主体中,且所述磁耦合环位于所述凹槽中;所述同轴线的另一端设有同轴射频接头;所述同轴射频接头通过所述电缆与所述网络分析仪连接。本发明的技术方案通过主体上的凹槽以及位于凹槽中的磁耦合环,既可以实现将待测边耦合腔两侧的加速腔完全短路,又可以为微波信号的激励和接收装置留出了空间,从而可以准确地获取边耦合腔的测试结果。(The invention discloses a side coupling cavity measuring device for a coupling cavity accelerating structure, which comprises: a network analyzer, a measuring part and a cable. Wherein the measuring part includes a main body and a coaxial line; the main body is a copper pipe with a groove; one end of the coaxial line is provided with a magnetic coupling ring; the coaxial line is located in the main body, and the magnetic coupling ring is located in the groove; the other end of the coaxial line is provided with a coaxial radio frequency connector; the coaxial radio frequency connector is connected with the network analyzer through the cable. According to the technical scheme, the accelerating cavities on the two sides of the side coupling cavity to be tested can be completely short-circuited through the groove in the main body and the magnetic coupling ring in the groove, and a space can be reserved for a microwave signal exciting and receiving device, so that the test result of the side coupling cavity can be accurately obtained.)

一种用于耦合腔加速结构的边耦合腔测量装置及边耦合腔测 量方法

技术领域

本发明涉及加速器技术领域,具体涉及一种用于耦合腔加速结构的边耦合腔测量装置及边耦合腔测量方法。

背景技术

耦合腔加速结构是一种质子直线加速器,用于将质子束从几十MeV加速到几百MeV的能量。耦合腔加速结构一般包括多个加速腔、边耦合腔、桥式耦合器和端耦合腔。在耦合腔加速结构中,相邻两个加速腔之间通过一个边耦合腔连通。为了使得微波能够通过边耦合腔的传递进入到每个加速腔中并在各加速腔中建立设计的加速电场,加速腔和边耦合腔的腔体频率等参数需要符合设计要求,因此,在耦合腔加速结构使用前,需要对耦合腔加速结构中各腔体的频率等参数进行准确测试,并依据测试结果对腔体进行调谐,从而使各腔体满足设计要求。

相关技术中针对耦合腔加速结构中腔体的测试和调谐,主要是通过活塞探针法。然而,活塞探针法主要适用于各个腔体处在同一轴线上情况。对于耦合腔加速结构中的边耦合腔,由于边耦合腔和加速腔未处于同一轴线,因此,相关技术中的活塞探针法难以得到边耦合腔的准确测试结果。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于耦合腔加速结构的边耦合腔测量装置及边耦合腔测量方法,以准确地获取边耦合腔的测试结果。

为实现上述目的,本发明提供了一种用于耦合腔加速结构的边耦合腔测量装置,包括:网络分析仪、测量部和电缆。其中,所述测量部包括主体和同轴线;所述主体为形成有凹槽的铜管;所述同轴线的一端设有磁耦合环;所述同轴线位于所述主体中,且所述磁耦合环位于所述凹槽中;所述同轴线的另一端设有同轴射频接头;所述同轴射频接头通过所述电缆与所述网络分析仪连接。

进一步地,所述测量部还包括介质;所述介质位于所述主体中;所述同轴线固定于所述介质中。

进一步地,所述介质采用聚四氟乙烯。

进一步地,所述主体包括第一延伸部、第二延伸部和第三延伸部;所述第三延伸部位于所述第一延伸部和所述第二延伸部之间并将所述第一延伸部和所述第二延伸部连接;所述凹槽位于所述第一延伸部和所述第二延伸部之间对应于所述第三延伸部。

进一步地,所述第一延伸部包括与所述第二延伸部相邻的第一轴向端面;所述第二延伸部包括与所述第一延伸部相邻的第二轴向端面;所述凹槽位于所述第一轴向端面和所述第二轴向端面之间。

进一步地,所述第三延伸部包括弧面和与所述弧面连接的顶平面;所述弧面与所述第一延伸部的外表面和所述第二延伸部的外表面位于相同的圆周面上;所述顶平面位于所述第一轴向端面和所述第二轴向端面之间,并分别与所述第一轴向端面和所述第二轴向端面连接;所述凹槽由所述顶平面、所述第一轴向端面和所述第二轴向端面所围成。

进一步地,所述顶平面垂直于所述第一轴向端面和所述第二轴向端面。

进一步地,所述第三延伸部还包括自所述顶平面向所述第三延伸部的内部凹陷的沟槽;所述磁耦合环位于所述凹槽中并位于所述沟槽的上方或内部。

进一步地,所述介质填充在所述第一延伸部和所述第二延伸部内;所述同轴线穿设在位于所述第一延伸部中的所述介质内。

进一步地,位于所述第一延伸部中的所述介质内形成由通孔。

进一步地,所述主体在第一方向上的长度至少要大于耦合腔加速结构中沿着所述第一方向连接的三个加速腔在所述第一方向上的长度。

进一步地,所述凹槽在所述第一方向上的宽度小于耦合腔加速结构中加速腔的加速间隙在所述第一方向上的宽度。

进一步地,所述网络分析仪为具备反射参数测量功能的仪器。

进一步地,所述网络分析仪为微波矢量网络分析仪。

本发明还提供了一种采用上述边耦合腔测量装置对耦合腔加速结构中的边耦合腔进行测试的边耦合腔测量方法,包括:将所述同轴线和所述网络分析仪连接;将所述测量部插入耦合腔加速结构的束流孔中,并令所述测量部中的所述凹槽置于待测边耦合腔相邻的一个加速腔中间,且所述凹槽的开口朝向所述待测边耦合腔一侧;调节所述网络分析仪的参数以测量反射系数,并根据测量的反射系数波形得到所述待测边耦合腔的谐振频率。

进一步地,所述将所述测量部插入耦合腔加速结构的束流孔中的步骤包括:将所述测量部整体沿着第一方向插入所述耦合腔加速结构的所述束流孔中;其中,所述束流孔沿着所述第一方向贯穿所述耦合腔加速结构的多个加速腔。

进一步地,在调节所述网络分析仪的参数以测量反射系数,并根据测量的反射系数波形得到所述待测边耦合腔的谐振频率的步骤之后,所述方法还包括:沿着所述第一方向移动所述测量部,直至所述测量部中的所述凹槽置于下一个待测边耦合腔相邻的一个加速腔中间,且所述凹槽的开口朝向所述下一个待测边耦合腔一侧;调节所述网络分析仪的参数以测量反射系数S11,并根据测量的反射系数波形得到所述下一个待测边耦合腔的谐振频率。

应用本发明的技术方案,通过主体上的凹槽以及位于凹槽中的磁耦合环,既可以实现将待测边耦合腔两侧的加速腔完全短路,又可以为微波信号的激励和接收装置留出了空间,从而可以准确地获取边耦合腔的测试结果。

附图说明

通过下文中参照附图对本发明所作的描述,本发明的其它目的和优点将显而易见,并可帮助对本发明有全面的理解。

图1是根据本发明的一些实施例的边耦合腔测量装置应用于耦合腔加速结构时的示意图;

图2是图1中的边耦合腔测量装置的放大示意图;

图3是图2中的边耦合腔测量装置的剖面示意图;

图4是根据本发明的一些实施例的用于耦合腔加速结构的边耦合腔测量方法的流程图。

需要说明的是,附图并不一定按比例来绘制,而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。

附图标记说明:

100、耦合腔加速结构;110a、110b、加速腔;112、加速间隙;130、边耦合腔;150、束流孔;210、网络分析仪;230、测量部;232、主体;2320、第一延伸部;23201、第一轴向端面;2322、第二延伸部;23220、第二轴向端面;2324、第三延伸部;23240、弧面;23242、顶平面;23246、沟槽;234、介质;236、同轴线;237、磁耦合环;238、凹槽;239、通孔;250、电缆。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例的附图,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一个实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

需要说明的是,除非另外定义,本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述,则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象,而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量,应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”,其含义为包括三个并列方案,以“A和/或B”为例,包括A方案,或B方案,或A和B同时满足的方案。此外,为了便于描述,在这里可以使用空间相对术语,如“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等,仅用来描述如图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系,应当理解为也包含除了图中所示的方位之外的在使用或操作中的不同方位。

图1是根据本发明的一些实施例的边耦合腔测量装置应用于耦合腔加速结构时的示意图。如图1所示,耦合腔加速结构100包括多个加速腔110a、110b和多个边耦合腔130。多个加速腔110a、110b沿着第一方向D1依次连接。多个边耦合腔130在与第一方向D1大致垂直的第二方向D2上设置在多个加速腔110的两侧。每个边耦合腔130与相邻的加速腔110a、110b耦接,用于电磁耦合相邻的加速腔110a、110b。耦合腔加速结构100还包括沿着第一方向D1贯穿多个加速腔110a、110b的束流孔150。每个加速腔110a、110b通过加速间隙112与束流孔150连通。

本发明实施例提供一种可用于对上述耦合腔加速结构100中边耦合腔130进行测试的边耦合腔测量装置和边耦合腔测量方法,以准确地获取边耦合腔130的测试结果。

如图1所示,边耦合腔测量装置包括网络分析仪210、测量部230和电缆250。其中,测量部230可穿设在束流孔150中,并通过电缆250与网络分析仪210连接。

具体地,网络分析仪210可以采用具备反射参数测量功能的仪器。例如,网络分析仪210可以采用微波矢量网络分析仪。微波矢量网络分析仪为一种微波网络参数测量装置,可以测量反射参数和传输参数等。

如图2和图3所示,测量部230包括主体232、介质234和同轴线236。

其中,主体232可以采用铜等制成,并大致呈中空管状。具体地,主体232可以为铜管,其外径小于束流孔150的内径。

在图2和图3所示的实施例中,主体232包括第一延伸部2320、第二延伸部2322和第三延伸部2324。第一延伸部2320为中空管状结构。第二延伸部2322为中空管状结构。第三延伸部2324位于第一延伸部2320和第二延伸部2322之间并将第一延伸部2320和第二延伸部2322连接。

具体地,第一延伸部2320包括与第二延伸部2322相邻的第一轴向端面23201。第二延伸部2322包括与第一延伸部2320相邻的第二轴向端面23220。

第三延伸部2324包括弧面23240、与弧面23240连接的顶平面23242和自顶平面23242向第三延伸部2324的内部凹陷的沟槽23246。弧面23240与第一延伸部2320的外表面和第二延伸部2322的外表面位于相同的圆周面上。顶平面23242位于第一轴向端面23201和第二轴向端面23220之间,并大致垂直于第一轴向端面23201和第二轴向端面23220。顶平面23242分别与第一轴向端面23201和第二轴向端面23220的底部连接,从而形成位于第一延伸部2320和第二延伸部2322之间且位于第三延伸部2324上方的凹槽238。

凹槽238在主体232的轴向也即第一方向D1上的宽度小于加速间隙112在第一方向D1上的宽度。

在一实施例中,主体232在其轴向也即第一方向D1上的长度至少要大于三个加速腔110的长度。在图1所示的实施例中,主体232在其轴向也即第一方向D1上的长度大于束流孔150在第一方向D1上的长度,换言之,主体232可以贯穿束流孔150。

介质234填充在主体232中。具体地,介质234填充在第一延伸部2320和第二延伸部2322内。在一实施例中,介质234可以采用聚四氟乙烯。

在一实施例中,介质234内部形成有通孔239。位于第一延伸部2320内的介质234中的通孔239可以用于容纳同轴线236,如此,位于第一延伸部2320内的介质234可以对同轴线236起到支撑和固定作用。位于第二延伸部2322内的介质234中的通孔239可以减轻重量。

同轴线236穿设在位于第一延伸部2320内的介质234中的通孔239中。同轴线236的一端设有磁耦合环237。磁耦合环237位于凹槽238中并位于沟槽23246的上方或内部。磁耦合环237用于发射和接收射频信号。同轴线236的另一端设有同轴射频接头,用于通过电缆250与网络分析仪210连接。

上述为本发明一实施例中的边耦合腔测量装置的具体结构,下面简述采用边耦合腔测量装置对上述耦合腔加速结构100中的边耦合腔130进行测试的边耦合腔测量方法。

图4是根据本发明的一些实施例的用于耦合腔加速结构的边耦合腔测量方法的流程图。如图4所示,边耦合腔测量方法包括:

步骤401:将同轴线236的同轴射频接头和网络分析仪210连接;

步骤402:将测量部230插入耦合腔加速结构100的束流孔150中,并令测量部230中的凹槽238置于待测边耦合腔130相邻的一个加速腔110a中间,且凹槽238的开口朝向待测边耦合腔130一侧;

步骤403:调节网络分析仪210的参数以测量反射系数S11,并根据测量的反射系数波形得到边耦合腔130的谐振频率。

在步骤401中,可将测量部230整体沿着第一方向D1插入耦合腔加速结构100的束流孔150中。

在步骤402中,由于测量部230的主体232穿过待测边耦合腔130两侧的加速腔110a、110b,且主体232可以采用铜等制成,因此可以使得待测边耦合腔130两侧的加速腔110a、110b均短路。如此,位于主体232的凹槽238中的磁耦合环237只能对待测边耦合腔130进行激励。这样,在步骤403,可以利用网络分析仪210的反射参数测量功能,根据测量的反射系数波形得到边耦合腔130的谐振频率。

此外,在得到一个边耦合腔130的谐振频率之后,边耦合腔测量方法可以进一步包括

沿着第一方向D1移动测量部230,直至测量部230中的凹槽238置于下一个待测边耦合腔130相邻的一个加速腔110a中间,且凹槽238的开口朝向下一个待测边耦合腔130一侧;

调节网络分析仪210的参数以测量反射系数S11,并根据测量的反射系数波形得到下一个待测边耦合腔130的谐振频率。

上述为本发明实施例提供的一种可用于对上述耦合腔加速结构100中的边耦合腔130进行测试的边耦合腔测量装置和边耦合腔测量方法,主体232在其轴向也即第一方向D1上的长度至少要大于三个加速腔110的长度,通过主体232上的凹槽238以及位于凹槽38中的磁耦合环237,既可以实现将待测边耦合腔两侧的加速腔完全短路,又可以为微波信号的激励和接收装置留出了空间,从而可以准确地获取边耦合腔130的测试结果。

对于本发明的实施例,还需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。

以上,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

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