[发明专利]一种直线加速管波导耦合器

说明书

一种直线加速管波导耦合器，包括圆柱耦合腔(101)和环绕圆柱耦合腔(101)的一个弯曲矩形波导(102)，所述弯曲矩形波导(102)通过N个矩形耦合孔(103)与圆柱耦合腔(101)耦合，弯曲矩形波导(102)通过输入矩形波导(104)馈入，输入矩形波导(104)处放置一个用于匹配调节的电感金属圆柱(105)；圆柱耦合腔(101)的一个底面通过一个圆孔(106)与加速管的加速腔耦合，另一个底面中心开一圆孔作为束流孔(107)。本发明采用直接激励圆波导耦合腔中TM₀₁模式的方法，实现了波形转换，其具有宽带宽的同时，也能够减小耦合腔中场不对称性，减小对束流的副作用，且具有高的功率容量。

技术领域

本发明属于加速器技术领域，涉及一种直线加速管波导耦合器。

背景技术

耦合器是电子直线加速管的重要组成部分，耦合器是矩形波导和圆形加速管之间的连接部件，主要起两个作用，第一个是实现标准矩形波导与加速腔间的阻抗匹配，使微波功率能以尽可能小的反射馈入加速管，或将加速管的剩余功率耦合到与输出波导相连接的干负载中；第二个作用是使矩形波导中的TE₁₀型波转换为盘荷波导(加速管)中的TM₀₁波形。对于耦合器应该满足如下几点要求：第一，与加速管有很好的匹配，以利于耦合进最大的功率，来达到最大的加速梯度。第二，工作频率与加速管的工作频率一致。第三，对束流要有小的副作用。第四，耦合器的表面场应该尽可能不高于加速管内部场。

目前，比较常用的是单边耦合器，其结构如图1(a)(b)所示。这种单边耦合器一般由标准的矩形波导、楔形波导和耦合腔组成。微波能量是由楔形波导与耦合腔之间的耦合孔馈入的。因为加速管相当于圆形波导，所以加速电场和相位在加速管中是旋转对称的，而耦合腔的开孔破坏了耦合腔的旋转对称性，使得电场和相位在耦合腔内的旋转对称性受到削弱。单边耦合器结构不对称性引起的场振幅梯度和相位梯度对束流品质会产生很大的影响。所以单边耦合器采用了偏心法的设计，即将耦合腔的中心与加速腔的中心不在一条直线上。

另一种是采用在圆耦合腔侧壁开两个对称耦合孔的馈电方式，主要是为了改善结构不对称性，见图2。

无论是单边馈电方式还是双边对称馈电方式，在工作频率下，除TM₀₁能够被激励起来外，其它耦合腔圆波导中不被截止的模式，例如TE₁₁模也能够被激励起来。为了消除掉TM₀₁模外的其它模式，需要耦合腔满足TM₀₁模谐振，通过谐振的方法抑制掉其它非工作模式。依靠耦合腔的谐振方法进行模式转换，此种方法工作带宽窄，调谐困难，加工精度要求高。

文献(Fowkers W R,Callin R S,Jongewaard E N,et al.Large diameterreduced field TE₀₁ traveling wave window for X-band[C].Proceedings of the1999Particle Accelerator Conference.1999:783-785.)采用6臂环绕耦合形式实现矩形TE₁₀模至圆波导TE₀₁模的模式转换，其具体结构如图3所示。其抑制除TE₀₁模之外的其它模式，无法实现矩形TE₁₀模至圆波导TM₀₁模的转换。而圆波导TM₀₁模是加速管的工作模式，因此图3中的结构无法用作加速管耦合器。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种加速管波导耦合器器件，具有带宽宽的优点，同时耦合腔中场不对称性小，也具有更高的功率容量。