能量倍增器工作原理分析研究.pdf

第三届全国信息与电子工程学术会议、四川省电子学会曙光分会第十四届学术年会暨院青年科协第八届学术年会论文集 89 能量倍增器工作原理分析 张鹏‘和天慧沈旭明程云 (中国工程物理研究院应用电子学研究所 四川 绵阳621900) 摘要对能量倍增器的各工作部件—储能腔、反相开关等进行简单的介绍，对其进行了理论 分析，并对其工作的基本微分方程进行了推导，-深入地了解了能量倍增器的工作原理。并通过系统 冷测对理论推导做出了相应的验证，得到了理想的目标参数。 关键词RF脉冲压缩器能量倍增器高功率微波 功率增益 1 引言 RF脉冲压缩器是将长而功率低的RF脉冲变换为短但峰值功率大大提高的RF脉冲的一种微波 网络，通过压缩可以获得高功率的微波输出脉冲，其重要性在于：可以提供现有功率源技术不能得 到的高幅度RF脉冲，同时降低了初级波源系统的运行要求以及减少了其维护工作。而能量倍增器 作为最早成功应用于加速器的l讧脉冲压缩器，是各种RF脉冲压缩技术的基础，对能量倍增器的等 效分析，可以看出RF脉冲压缩技术的改进以及发展方向，同时也为实验研究工作提供了理论指导。 2能量倍增器简介 能量倍增器是SLAC Energy 子直线加速器上应用了能量倍增器技术，使加速器电子能量提高了1．4倍【2】o能量倍增器由储能腔、 微波网路及倒相开关组成，其结构如图1所示。 图I 能量倍增器结构框图 其中储能腔采用工作于TEol5模的高导无氧铜腔，其Qo值可达105，且较易加工制造，并且干 扰模式少。腔与波导通过端板上的圆孔耦合。另在腔体的圆柱壁上开有小孔，使一个钨制解谐探针‘31 可探进腔体，从而使腔解谐十余兆赫，当探针拉出后能量倍增器恢复正常工作。利用此解谐装置可 控制能量倍增器的工作状态，有利于测量和调试。而微波网络实际上是一个3dB的定向耦合器，对 ‘作者简介：张鹏(1981一)，男，学士，主要从事微波技术以及高功率微波脉冲压缩的研究工作． 能量倍增器工作原理分析 其要求是能承受高功率微波以及良好的对称性。所谓的倒相开关则是由PIN管构成的电控180。移相 器，其开关速度50ns。倒相器放置于微波激励系统中的低电平段，倒相触发脉冲为TTL电平，可 变延时且宽度可调。工作于S波段的能量倍增器的主要参数如表1所示。 表1 S波段能量倍增器主要参数 参数名 参数值 工作频率 2856MHz 腔体尺寸：长度 346．2Irffn 内直径 205．03mm 耦合孔尺寸：直径 27．74咖l 厚度 4．0nⅢI 固有品质因数 105 耦合系数8 4．8 峰值功率增益 7dB 3 SLED工作原理 SLED的工作原型1】简述如下：两谐振腔参数完全相同，速调管的入射波平均地分配到两个腔， 两腔内的场开始建立起来并从耦合孔处向外辐射功率越来越大的脉冲。这两个辐射波在输出端口合 成，而在输入端口处则互相抵消。在两腔过耦合的状态下，合成波的幅值是大于直接入射波的。输 入脉冲k波形如图2中所示，在0ttI阶段，谐振腔储能逐渐建立，输出端口Eo吐可视为两部分 的叠加：谐振腔的辐射波E和入射波在耦合孔处的反射波砌‰。在tl时刻利用移相器使输入脉冲反 相，入射波与合成波同相叠加，可以得到远高于输入脉冲幅度的高功率微波脉冲。 为了对SLED的工作原