实验四驻波电子直线加速器基本参量测量实验报告.docx

实验四、驻波电子直线加速器基本参量测量班级：核32 姓名：杨新宇 学号：2013011806 同组成员：杨宗谕实验目的（1）了解驻波加速管基本参量测量方法（2）了解四端环流器在加速器微波传输系统中的作用实验原理驻波电子直线加速器主要由加速管、微波传输系统、微波源及各种普通和特殊电源等组成。其中加速管、微波源和微波传输系统是加速器的核心部分。本实验涉及的内容是加速管的三个基本参量测量及微波传输系统的主要技术指标的测量。加速管：其作用是负责把由电子枪送进加速管内的电子加速到所需要的能量。衡量驻波加速管性能的三个基本参量是：固有品质因数、工作频率和输入耦合度β。微波传输系统：其作用是负责把从微波源（常用的有磁控管或速调管）输出的高功率微波实现定向传输，并以尽可能小的损耗送入加速管。它的主要技术指标有：功率容量、工作频带、传输衰减等。本实验将利用驻波测量线，通过测量加速器微波传输系统中的电压驻波比，间接或直接求出：（1） 驻波加速管的三个基本参量，即加速管的固有品质因数、工作频率和输入耦合度β。关于加速管的三个基本参量与加速器的能量增益关系可表示为： (4-1)其中，为最佳耦合度；有效分流阻抗（是与固有品质因数有关的量）；从（4-1）式可知，、、是反映加速结构的重要参数。且这三个基本参量直接影响加速管输出能量和束流性能等。（2）通过对四端环流器的测量，了解微波传输系统在加速器的作用。1、微波传输系统关键部件介绍——四端环流器（见图4-1）（1）作用——定向传输a) 防止传输系统中的反射波进入微波功率源；b) 利用了各向异性的铁氧体材料，实现了传输系统正反向的隔离；c) 在外加磁场的作用下，对微波呈现方向性；d) 入射波可无衰减通过，反射波则被吸收。（2）工作原理四端环流器其结构是由一只双T接头，一只基于外加磁场作用下的铁氧体场效应非互易相移器和一只三分贝耦合器所组成的耦合器件。可用于隔离器，也可用作功率分配器。外加磁场可为永磁式或电磁式。高功率四端环流器还需有冷却水套。其工作原理是：假定振幅为的微波由端口1进入，由双T（H分支）的特性，在A-B参考面处，波导Ⅰ和Ⅱ中将有振幅相等相位相同的微波输入（功率各为1口的1/2）分别用和表示。由于非互易相移器的作用，两波导中的微波传输到C-D参考面时相差（π/2），现假定领先(π/2)，（随外加磁场的方向而变）。三分贝耦合器将每一路的功率等分输出到2口和4口，在耦合孔处附加有π/2的相差。结果在4 口合成的场相差π,无输出。在2口合成场的相位相同，有输出，且与1口输入的相等（不考虑传输损耗）。2、求加速管，和β的原理——反射法测量。（1）公式推导：式中，为系统的反射系数，是频率的函数；归一化导纳；g和b分别为归一化电导和归一化电纳；驻波系数。实验内容及步骤曲线测量（1）按照图4-3 连接测量线路（2) 信号发生器输出频率在9295MHz到9300MHz范围内变化，每改变0.5MHz频率，在测量线上读取一个驻波系数，由此可做出一条ρ与f 对应的曲线，即曲线。实验中在取数时要注意微波输出频率保持稳定。(3)利用公式求出加速管的三个特性参量：固有品质因数、工作频率和输入耦合度β（参见图4-2）。 () 2、四端环流器传输特性测量——正向传输，反向隔离。（1）按照图4-4 连接测量线路（2）信号发生器输出频率设置在9.3GHz,测量终端接匹配负载时，测量在测量线1、测量线2处的电压驻波比。（3）将终端的匹配负载换成短路板，重复上述实验。并比较两次的测量结果。实验数据及处理1、曲线测量先寻找驻波比最小的点，即点的频率值，再以这一点为中心，向上向下各测五个点，步长为0.5MHz。测量过程中发现驻波比最小值对应的频率是9298.5MHz，所以测量区间为9296MHz-9301MHz，测量结果见下表所示：频率/MH592979297.59298驻波比11.0510.587.044.643.389298.592999299.593009300.593012.773.214.105.609.339.95根据上表做出的曲线如图1所示：图1 实验测得的曲线固有品质因数、工作频率和输入耦合度β的计算过程如下：取，此时，的值需要根据9300MHz和9300.5MHz插值得到，，由此计算出。所以。，。所以。图中有一点需要说明，理论上应该是一个近似抛物线的形状，但是实验测得的曲线在两个端点的值明显偏低，在原始数据记录表中可以看出，两个端点处的最后两个值的电压最小值都是0.1mV，这说明9296MHz和9301MHz处的电压最小值出现了失真，实际值应该小于0.1mV，但是这已经超出了电表的最小刻度值，无法测量，需要更加精细的测量设备，所以实际测得的驻波比比真实值偏低，于是出现了图1所示的曲线。2、四端环