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《30GHz RF脉冲压缩器设计》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15卷 第7期强激光与粒子束Vol.15,No.72003年7月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSJul.,2003文章编号:100124322(2003)0720677203X30GHzRF脉冲压缩器设计顾鹏达(中国科学院高能物理研究所,北京100039) 摘 要:为得到脉宽150ns,功率超过100MW的30GHz微波脉冲,采用MSLED2II原理设计了30GHzRF脉口o冲压缩器。H2Hybrid,TE10TE01模式转换器等器件都采用了新型设计,所有微波器件的
2、设计充分考虑了高功率下的适用性,没有容易引起打火的调谐杆、容性膜片等部件。在微波器件的设计中用HFSS软件进行了详尽的模拟。加工并测试了H2Hybrid,且用在CERN的RF脉冲展宽器上。 关键词:RF脉冲压缩器微波模式转换器;MSLED2II;高功率微波 中图分类号:TN811文献标识码:A[1]RF脉冲压缩器是把低功率长微波脉冲转换为高功率短微波脉冲的装置,可以得到远高于现有功率源技术水平的高功率微波脉冲。CERN(EuropeanOrganizationforNuclearResearch
3、)为了研究高功率下加速结构的打火问题,需要150ns,超过100MW的30GHz微波脉冲,而现有的功率源只能提供最高30MW的微波脉冲。为此进行了多种RF脉冲压缩器方案的研究,如BOC、腔链型、MSLED2II等,其中MSLED2IIRF脉冲压缩器具有平顶输出脉冲、结构简单、调谐方便,成为最终方案。1MSLED2II系统[2～4]1.1SLED2II工作原理SLED2IIRF脉冲压缩器的原理可以用单根带反射膜片的短路延迟线加以说明。如图1所示,取膜片所在位置为z=0,入射波向右传播,在反射膜片处的反
4、射系数R,膜片的透射系数T,反射相角θ可表示为iθ2i(θ-π/2)πR=se,T=1-se,θ=+arcsins(1)2相对于左参考面R′=-s,T′=i1-s(2) 在右侧距右参考面L=Nλg/2处放置一短路面,则透射波反射回右参考面时,相对于左参考面的入射波相位相差为3π/2,通过膜片到达左参考面时,与入射波同相,与反射波反相。透射波被膜片再次反射回右参考面时,则与后续入射波同相叠加。如果入射波强度不变,则每间隔t=2L/νg,延迟线内和从延迟线向外辐射的波改变一次,在此期间强度不变。入射波
5、长度为延迟线总延迟时间的整数倍NT,在最后输出时,入射波相位反转π,反射波和从延迟线向外辐射的波同相叠加,幅度大大提高,传向负载。为提高RF脉冲压缩器的效率,延迟o口o线采用工作在TE01模式的过模圆波导。SLED2II由两根相同的延迟线、反射膜片、TE10TE01模式转换器、3dBHybrid和调谐机构组成。3dBHybrid把输入微波平均分配到两根延迟线并把反射波和延迟线的辐射波传向负载。[5]1.2MSLED2II系统oo 如图2所示。MSLED2II即Multi2modeSLED2II,
6、延迟线工作在TE01和TE02模式。输入微波经3dBHybrid分口oo配到两个端口,部分被反射,部分经TE10TE01模式转换器转换为TE01模式,经过渡段进入延迟线,到达右端被oooo反射式TE10TE02模式转换器转换为TE02模式,返回到左端时,过渡段对TE02模截止,全部被反射,到达右端被ooo反射式TE01TE02模式转换器转换回TE01模式,这次返回到左端时可以通过过渡段。这样微波两次通过延迟线,大大缩短了延迟线的长度,使结构更加紧凑。延迟线的长度为toutputvg,TE01·
7、vg,TE02L=(3)2vg,TE+vg,TE0102延迟线的衰减常数为X收稿日期:2002212224;修订日期:2003203210作者简介:顾鹏达(19702),男,博士,副研究员,主要研究方向包括微波技术及在加速器中的应用、加速器物理及技术等。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.678强激光与粒子束 第15卷Fig.1DelaylinewithareflectingirisF
8、ig.2MSLED2II图1 带反射膜片的短路延迟线图2MSLED2IIRsλ2αTE=()(4)0m2λcRZ01-(λ/λc)延迟线中的微波往返两次总的功率衰减为-2(α+α)2LPout=Pine12(5)2 参数选择 设输入微波长度为Nt,则0～(N-1)t期间,输出微波场幅度为Eout=sEin,n=1(1-s2)e-(α1+α2)2L(6)-(α+α)2Ln-1Eout=-(α+α)2L[1-(se12)]Ein+sEin,n=1,2,⋯⋯,N-11-s
