CN105514541B - 铁氧体型移相器和加速器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁氧体型移相器及加速器，该移相器包括波导、铁氧体条、第一线圈、第二线圈、第一功率源和第二功率源，其中铁氧体条设置于波导内，第一功率源用于向第一线圈提供直流电压以产生恒定磁场，第二功率源用于向第二线圈提供脉冲电压以产生脉冲磁场，恒定磁场与脉冲磁场相互叠加形成复合磁场，复合磁场被施加于铁氧体条，以使经过波导的微波发生相位变化。本发明通过设置两个线圈，对应两个功率源，并且两个功率源分别提供直流电压和脉冲电压，使得铁氧体能够接收两种电压的叠加，从而产生稳定的复合磁场，避免微波传输的损失，该移相器通过控制电压能够实现180°的相位变化。

Description

铁氧体型移相器和加速器

技术领域

本发明涉及微波和加速器领域，尤其涉及一种铁氧体型移相器和具有该移相器的加速器。

背景技术

移相器作为微波系统中重要的器件之一，一直发挥着重要的作用。传统移相器多为机械结构，采用手动或者电机驱动，在加速器相位控制中运用极为不便。随着微波铁氧体技术的发展，铁氧体良好的旋磁特性使其得到广泛应用，铁氧体器件也迅速发展，根据铁氧体特性研制的铁氧体型移相器，实现了移相器从机械式到电控式的进步，其基本原理是，采用外加的磁场来改变铁氧体的导磁率，并利用铁氧体的旋磁特性，使得在矩形波导中传播的微波发生相位改变。当前在国内，铁氧体型移相器一直作为相控阵雷达的支撑性器件在研究，也取得了一定的成绩。

但随着加速器技术领域的发展，对于移相器功率和移相器相位变化速度的要求越来越高，传统的铁氧体型移相器已经很难满足新的需求。美国费米实验室在研究超导直线加速器时发现，利用更快速的移相器可以大大减少速调管的数目。在加速器中，给一个多腔的加速器提供微波需要多个速调管，但如果配置能快速移相的移相器，仅使用一个速调管，就能实现对多个腔室射频功率的相位和量级的正交控制，从而大大减少速调管的数目。随着电子加速领域工程上的需要，可调能量加速器、双能电子加速器等设备都需要在毫秒量级能够实现更大角度移相的移相器。

目前，根据已有的实验表明，现有移相器的散射参数S21测量结果普遍不好，很难保证微波有好的传输效果，现有的快速移相器的相位的变化范围都很小，相位变化角度较小，费米实验室提出的移相器也只能实现80°的相位变化，无法实现更大角度的相位快速变化。

发明内容

本发明目的在于提供一种铁氧体型移相器和加速器，以解决现有技术中移相器的相位角度变化较小的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种移相器，包括波导、铁氧体条、第一线圈、第二线圈、第一功率源和第二功率源，其中所述铁氧体条设置于所述波导内，所述第一功率源用于向所述第一线圈提供直流电压以产生恒定磁场，所述第二功率源用于向所述第二线圈提供脉冲电压以产生脉冲磁场，所述恒定磁场与所述脉冲磁场相互叠加形成复合磁场，所述复合磁场被施加于所述铁氧体条，以使经过所述波导的微波发生相位变化。

进一步地，所述铁氧体条设在所述波导的内壁上。

进一步地，两个所述铁氧体条被相对地设在所述波导的内壁上。

进一步地，所述铁氧体条的端部具有微波引导部，用于引导所述微波进入所述波导。

进一步地，所述微波引导部为楔形面。

进一步地，所述铁氧体条是细长的，所述铁氧体条的纵向方向与所述微波的传播方向一致。

进一步地，所述铁氧体条由钇铁石榴石铁氧体制成。

进一步地，所述脉冲电压为方波电压。

为实现上述目的，本发明还提供了一种加速器，包括上述的移相器。

另外，所述加速器包括第一加速管和第二加速管，所述第一加速管位于所述第二加速管的前端，用于加速加速器中的电子，所述移相器设置在所述第二加速管中，用于改变进入所述第二加速管中的微波的相位。

基于上述技术方案，本发明通过设置两个线圈，对应两个功率源，并且两个功率源分别提供直流电压和脉冲电压，使得铁氧体条能够接收两种电压的叠加，从而产生稳定的复合磁场，避免由于磁场产生尖锐的波动点而造成微波传输的损失。这种结构的移相器，通过调整电压能够实现180°的相位变化。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明铁氧体型移相器一个实施例的横截面剖视图。

图2为本发明铁氧体型移相器一个实施例的结构示意图。

图中：1-波导，11-入口，12-出口，2-铁氧体条，21-楔形面，3-第一线圈，4-第二线圈。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

对于可调能量加速器、双能电子加速器等设备对移相器提出的更大角度相位变化的需求，发明人认为，要设计满足这种需求的移相器，主要从材料特性、几何结构和外电路匹配三个方面入手：第一，材料特性，主要指铁氧体模块在特定工程环境中的最佳参数配置，这一点需要根据实际情况进行探索和计算；第二，从几何结构上来讲，当前的移相器设有波导，需要考虑铁氧体模块的尺寸、放置方式以及在磁场中的放置方向等因素；第三，外电路匹配，这很大程度是对电感和功率源的需求，移相要求越大，对于功率源的要求也就越大。

综合考虑以上三种因素，发明人提出一种铁氧体型移相器，如图1示出了该移相器的横截面视图，该移相器包括波导1、铁氧体条2、第一线圈3、第二线圈4、第一功率源和第二功率源，其中所述铁氧体条2设置于所述波导1的空腔中，所述第一功率源用于向所述第一线圈3提供直流电压以产生恒定磁场，所述第二功率源用于向所述第二线圈4提供脉冲电压以产生脉冲磁场，所述恒定磁场与所述脉冲磁场相互叠加形成复合磁场，所述复合磁场被施加于铁氧体条2，以使经过所述波导1内的微波发生相位变化。

通过设置两个线圈，对应两个功率源，并且两个功率源分别提供直流电压和脉冲电压，使得铁氧体能够接收两种电压的叠加，从而产生稳定的复合磁场，避免由于磁场产生尖锐的波动点而造成微波传输的损失。这种结构的移相器，通过调整电压能够实现180°的相位变化。

另外，波导1的具体类型可以根据实际需要进行选择，比如可以选用BJ84波导。波导的高度和宽度在一定范围内可以选择，还可以增大一些高次模的截止频率，有效防止共振。

第一线圈3和第二线圈4应尽可能地选择低电感、能承受高功率的线圈，以保证移相变化稳定性。

为了达到较好的散热效果，铁氧体条2设在所述波导1腔体的内壁上。

优选地，铁氧体条2可以为两个，两个铁氧体条2被相对地设在所述波导1的内壁上。这样使得所述微波的传播方向与所述复合磁场的方向垂直，可以减小射频损耗。

为了减少微波的反射，并对微波进入波导1的过程进行引导，所述铁氧体条2的端部可以设置微波引导部，用于引导微波进入波导1。

如图2所示，铁氧体条2靠近所述波导1的入口11一端设为楔形面21，楔形面形成上述的微波引导部。楔形面21也可以理解为斜面，在逐渐靠近波导1的入口11时，铁氧体1的厚度逐渐变薄，当波导1两侧均设有铁氧体条2时，两个铁氧体条2的楔形面21可以形成类似喇叭口的结构，从而能够吸收更多地微波，减少微波的反射。

另外，铁氧体条2靠近所述波导1的出口12一端也可以设为楔形面。

如图2所示，铁氧体条2是细长的，铁氧体条2的纵向方向可以与所述微波的传播方向一致。

对于铁氧体条2的材料选择，应尽可能地满足插入损耗低、合适的饱和磁化强度和共振线宽低，例如铁氧体条2可以由钇铁石榴石铁氧体制成。

另外，优选地，向第二线圈4提供的脉冲电压可以为方波电压，以使经过波导1的微波随方波电压的周期性变化而发生相位的改变。

本发明还提出一种加速器，该加速器包括上述移相器。

另外，所述加速器可以包括第一加速管和第二加速管，其中第一加速管位于第二加速管的前端，第一加速管用来加速所述加速器中的电子，所述移相器设置在所述第二加速管中，用于改变进入所述第二加速管的微波的相位，以对电子进行加速或减速，由此可以实现同时加速两种电子能量。

本发明提供的铁氧体型移相器，可以应用于各类需要产生相位变化的设备上，例如，能量可调电子加速器、双能电子加速器等，以实现更大角度的相位变化。

下面对本发明的铁氧体型移相器及加速器的一个实施例的具体结构进行说明：

如图1和图2所示，在波导1内壁上相对地设置两个铁氧体条2，并采用两个功率源：一个提供直流电压，让第一线圈3工作产生稳定的磁场；另一个提供脉冲电压例如方波脉冲电压，让第二线圈4产生脉冲磁场，脉冲电压有无电压加载周期性地出现，使得相移随着电压是否加载而周期性改变。通过控制铁氧体条2的材料特性、放置方式以及外加磁场的控制，可以实现在180度相位变化。

通过对本发明移相器及加速器的多个实施例的说明，可以看到本发明的移相器，通过在铁氧体上施加复合磁场，并将铁氧体端部设为楔形面，有效地消除了铁氧体的共振吸收，增强了微波的传输效果，是一种能够实现180度相位变化的可电控的移相器，并且通过调整功率源可以实现任意角度的相位变化范围。

本发明还提供一种加速器，包括第一加速管、第二加速管和上述移相器，其中第一加速管位于第二加速管的前端，第一加速管用来加速所述加速器中的电子，所述移相器设置在所述第二加速管中，用于改变进入所述第二加速管的微波的相位，以对电子进行加速或减速。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种铁氧体型移相器，其特征在于，包括波导(1)、铁氧体条(2)、第一线圈(3)、第二线圈(4)、第一功率源和第二功率源，其中所述铁氧体条(2)设置于所述波导(1)内，所述第一功率源用于向所述第一线圈(3)提供直流电压以产生恒定磁场，所述第二功率源用于向所述第二线圈(4)提供脉冲电压以产生脉冲磁场，所述恒定磁场与所述脉冲磁场相互叠加形成复合磁场，所述复合磁场被施加于所述铁氧体条(2)，以使经过所述波导(1)的微波发生相位变化。

2.根据权利要求1所述的铁氧体型移相器，其特征在于，所述铁氧体条(2)设在所述波导(1)的内壁上。

3.根据权利要求2所述的铁氧体型移相器，其特征在于，两个所述铁氧体条(2)被相对地设在所述波导(1)的内壁上。

4.根据权利要求1所述的铁氧体型移相器，其特征在于，所述铁氧体条(2)的端部具有微波引导部，用于引导所述微波进入所述波导(1)。

5.根据权利要求4所述的铁氧体型移相器，其特征在于，所述微波引导部为楔形面(21)。

6.根据权利要求1所述的铁氧体型移相器，其特征在于，所述铁氧体条(2)是细长的，所述铁氧体条(2)的纵向方向与所述微波的传播方向一致。

7.根据权利要求1所述的铁氧体型移相器，其特征在于，所述铁氧体条(2)由钇铁石榴石铁氧体制成。

8.根据权利要求1所述的铁氧体型移相器，其特征在于，所述脉冲电压为方波电压。

9.一种加速器，其特征在于，包括如权利要求1所述的铁氧体型移相器。

10.根据权利要求9所述的加速器，其特征在于，包括第一加速管和第二加速管，所述第一加速管位于第二加速管的前端，第一加速管用于加速所述加速器中的电子，所述铁氧体型移相器设置在所述第二加速管中，用于改变进入所述第二加速管的微波的相位，以对电子进行加速或减速。