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《X波段盘荷波导加速结构的模拟计算与实验测试》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第34卷第6期原子能科学技术Vol.34,No.62000年11月AtomicEnergyScienceandTechnologyNov.2000X波段盘荷波导加速结构的模拟计算与实验测试尹厚东,裴元吉,黄贵荣,贾大春(中国科学技术大学国家同步辐射实验室,安徽合肥 230029)摘要:介绍了X波段盘荷波导行波加速结构研究的部分计算结果。给出了RF频率为9137GHz的X波段盘荷波导行波加速结构物理设计参数,研究了X波段盘荷波导的特征尺寸的微小变化与加速结构基本物理参数的关系。加工出一些模型腔,利用网络分析仪对其微波参数和测试条件的影响进行了测量分析。关键词:
2、X波段盘荷波导;特征尺寸;实验测量中图分类号:TL53文献标识码:A文章编号:100026931(2000)0620507207随着高能物理的发展,建造TeV量级的正负电子直线对撞机(LC)已成为不少实验室多年来追求的目标。利用S波段建造的电子直线加速器,由于电场击穿的限制,纵向加速电场梯度很难达到50MV/m以上。理论与实验表明,加速结构中的击穿场强Eb随频率的提高而提[1]高。为此,不少实验室在设计正负电子对撞机时,选X波段加速结构为主选频段,并为研制大功率X波段功率源投入了大量的人力和物力。近几年来,数十兆瓦的X波段的速调管已在[2～4]SLAC、KE
3、K、VLEPP等实验室研制成功,这为设计X波段直线加速器奠定了可靠的技术基础。与此同时,上述各实验室对X波段的加速结构开展了研究,取得了不少研究成果,并提出了建造TeV正负电子对撞机方案。同时,由于X波段的加速结构尺寸小,场强很高,使在相[5]同能量下的尺寸体积造价都将下降,这也将在低能电子直线加速器的应用中呈现很强的竞争性。为此,本工作对RF为9137GHz的X波段盘荷波导加速结构进行研究,给出理论计算和实验测量结果。1X波段盘荷波导的基本设计参数根据慢波结构理论,利用变分法编制了盘荷波导计算程序VAMCAD。应用该程序计算的X波段加速结构的基本参数列于表
4、1。2X波段盘荷波导特征尺寸与基本物理参数的关系盘荷波导的特征尺寸示于图1,包括周期D,束流孔径2a,盘荷厚度t,波导半径b,盘片收稿日期:1999207206;修回日期:1999209218作者简介:尹厚东(1974—),男,湖北安陆人,硕士,加速器物理及应用专业508原子能科学技术 第34卷表1X波段盘荷波导行波加速结构的基本参数Table1MainparametersofacceleratingstructureofX2banddisk2loadedwaveguide频率f/GHz波长λ/mm工作模式束流孔径2a/mm波导半径2b/mm9137311
5、9952π/36241895加速结构类型盘片厚度t/mm品质因数Q衰减系数α/m-1分路阻抗R/MΩ·m-1M行波常阻抗1157743114951191153-2群速度v/cR-1-1串联阻抗RS/MΩ·mgM·Q/kΩ·m356130100848151388间隔d,盘孔平头δ,盘孔边缘半径ρ。它们的微小变化对加速结构基本参数的影响对于机加工实用的盘荷波导加速结构很重要,它们决定特征尺寸的加工公差的大小。为此,研究了X波段盘荷波导特征尺寸的微小变化对物理参数的影响。利用自编的VAMCAD程序得到了各种尺寸的微小变化对性能参数影响的数值计算结果。RF频率是加速
6、结构中最重要的参数之一,几乎所有其它参数的确定都与它有关,它直接决定加工公差的大小。图2(a)反映了X波段盘荷波导RF频率随特征尺寸的微小变化量的变化规律。由图可见,RF频率随特征尺寸的微小变化量呈线性变化,变化率如下:5f/5(2b)=-0138765MHz/μm;5f/5(2a)=0107015MHz/μm;5f/5t=01035766MHz/μm;5f/5d=-01016MHz/μm;5f/5δ=-01038MHz/μm;5f/5ρ=-0103MHz/μm。图2(b)～(f)反映了特征尺寸的微小变化量对加速结构的其它参数,诸如分路阻抗RM、群速度vg/
7、c、衰减系数α、RM/Q等的影响。3 腔体的频率测量311 实验设备和测试方法利用网络分析仪进行扫频测量,信号的耦合方式采用探针插在两端短路板中间的电耦合激励方式。测量原理方框图示于图3,图4为测量腔组成图。用GPIB卡和电缆把计算机和网络分析仪连接起来,由计算机控制实现自动测量。图1 盘荷波导特征尺寸图Fig.1Schematicdiagramofcavitydimension第6期 尹厚东等:X波段盘荷波导加速结构的模拟计算与实验测试509图2 特征尺寸的微小变化与频率(a)、分路阻抗(b)、串联阻抗(c)、群速度(d)、衰减系数(e)、RM/Q(f)
8、的关系Fig.2Changeofdimensions
