CN106535456B - 功率控制组件以及控制磁控管到设定功率的方法 - Google Patents

Abstract

一种控制磁控管到设定功率的方法，其中，磁控管与高压调制器和电磁铁线圈耦合，方法包括：接收磁控管的被设定的需求功率；产生与被设定的需求功率对应的检波信号；根据预存储的磁控管的输出功率与高压调制器的高压以及电磁铁线圈的电流的对应关系设定高压调制器的高压和电磁铁线圈的电流；将磁控管的实际输出功率对应的采样信号与被设定的需求功率对应的检波信号进行比较；若比较结果不一致，则调节高压调制器的高压以及电磁铁线圈的电流以使磁控管的实际输出功率达到被设定的需求功率。

Description

功率控制组件以及控制磁控管到设定功率的方法

技术领域

本发明涉及磁控管领域，具体涉及磁控管的频率和/或功率控制。

背景技术

图1示出了一种现有技术中的控制组件10，该控制组件10与加速管20耦合。具体地，该控制组件10包括磁控管11、与磁控管11耦合的高压调制器12、电磁铁线圈13以及传输波导14、与传输波导14耦合的耦合器15以及与耦合器15耦合的隔离器16。具体地，磁控管11通过传输波导14、耦合器15和隔离器16耦合到加速管20上。其中，前述高压调制器12可以提供高压；电磁铁线圈13在由单独的电磁铁电源17或者高压调制器12分出的电路通入电流时可以提供磁场；磁控管11在高压和磁场激励下可以产生一定功率以及一定频率的微波，该微波通过磁控管11和加速管20之间的元件馈入到加速管20内。另外，该磁控管11还耦合有频率调谐单元18，用于调节该磁控管11的频率，在一种图1所示的实施例中，该频率调谐单元18可以为自动频率控制系统(AFC，Automatic Frequency Controller)。

对于图1所示的控制组件10而言，控制组件10有几个输出指标，例如输出功率、输出频率及稳定性。其中，控制组件10的输出功率大小由高压调制器12输出高压和电磁铁线圈13产生的磁场决定的，控制组件10的输出频率主要由与磁控管11耦合的频率调谐装置18调节，稳定性主要取决于高压调制器12产生的高压与电磁铁线圈13产生磁场的匹配状态。

为得到适应于已被限定特定输出能量(如10MeV或者6MeV)的加速管20对功率和频率的特定化的需要，通常有必要对图1的控制组件10进行手动调试。目前的手动调试过程一般包括根据功率大小适当调节高压调制器高压、根据微波波形适当调节电磁铁磁场大小以及根据检测到的微波频率通过频率调谐单元调节频率。然而，根据功率要求调节高压及磁场时会影响频率，根据频率要求调节频率时也会影响功率，因此这三个调节过程相互影响，难以实现对功率和频率的精准调节。

发明内容

根据本发明的第一实施例的一个方面，本发明提供了一种功率控制组件，包括：磁控管；高压调制器，与所述磁控管耦合，以产生高压；电磁铁线圈，与所述磁控管耦合，以产生磁场；信号采集单元，与所述磁控管耦合，以采集所述磁控管的实际输出功率对应的采样信号；存储器，预存储所述磁控管的输出功率与所述高压调制器的高压以及所述电磁铁线圈的电流的对应关系以及所述磁控管的输出功率和对应的检波信号的关系；检波信号产生单元，根据所述被设定的需求功率以及所述磁控管的输出功率和其对应的检波信号的关系产生与所述被设定的需求功率对应的检波信号；信号比较单元，与所述信号采集单元和所述检波信号产生单元分别耦合，以将所述信号采集单元采集的采样信号与所述检波信号产生单元产生的检波信号进行比较；控制单元，与所述高压调制器、所述电磁铁线圈、存储器和所述信号比较单元分别耦合，当其收到所述磁控管的被设定的需求功率时，根据所述存储器存储的对应关系设定所述高压调制器的高压和所述电磁铁线圈的电流，并且根据所述信号比较单元的结果对所述高压调制器的高压和所述电磁铁线圈的电流进行调节以使所述磁控管的实际输出功率达到被设定的需求功率。

根据本发明的第一实施例的另一个方面，提供了一种直线加速器组件，包括加速管以及功率控制组件，所述控制组件如前所述，其中，所述功率控制组件的磁控管与所述加速管耦合。

根据本发明的第一实施例的再一个方面，提供了一种控制磁控管到设定功率的方法，其中，所述磁控管与高压调制器和电磁铁线圈耦合，所述方法包括：接收所述磁控管的被设定的需求功率；产生与被设定的需求功率对应的检波信号；根据预存储的所述磁控管的输出功率与所述高压调制器的高压以及所述电磁铁线圈的电流的对应关系设定所述高压调制器的高压和所述电磁铁线圈的电流；将所述磁控管的实际输出功率对应的采样信号与被设定的需求功率对应的检波信号进行比较；若比较结果不一致，则调节所述高压调制器的高压和所述电磁铁线圈的电流以使所述磁控管的实际输出功率达到被设定的需求功率。

根据本发明的第二实施例的一个方面，提供了一种功率和频率控制组件，包括：磁控管；高压调制器，与所述磁控管耦合，以产生高压；电磁铁线圈，与所述磁控管耦合，以产生磁场；频率调谐单元，与所述磁控管耦合，以调节所述磁控管的实际输出频率；频率产生单元，产生与所述磁控管的被设定的需求频率对应的信号；信号采集单元，与所述磁控管耦合，以采集所述磁控管的实际输出频率以及实际输出功率对应的采样信号；存储器，预存储所述磁控管的输出功率与所述高压调制器的高压以及所述电磁铁线圈的电流的对应关系、所述磁控管的输出功率和其对应的检波信号的关系；检波信号产生单元，根据所述磁控管的被设定的需求功率以及所述磁控管的输出功率和检波信号的对应关系产生与所述被设定的需求功率对应的检波信号；信号比较单元，与所述频率产生单元、所述信号采集单元和所述存储器分别耦合，以将来自所述频率产生单元的信号与所述信号采集单元采集的输出频率对应的信号进行比较，并且将来自所述信号采集单元的输出功率对应的采样信号与所述检波信号产生单元产生的检波信号进行比较；控制单元，与所述高压调制器、所述电磁铁线圈、存储器、所述信号比较单元和频率调谐单元分别耦合，当其收到所述磁控管的被设定的需求功率时，根据所述存储器预存储的对应关系设定所述高压调制器的高压和所述电磁铁线圈的电流，并且根据所述信号比较单元的结果对所述高压调制器的高压和所述电磁铁线圈的电流进行调节以使所述磁控管的输出功率达到被设定的需求功率；并且当其收到所述磁控管的被设定的需求频率时，根据所述信号比较单元的结果对所述频率调谐单元进行调节以使所述磁控管的输出频率达到被设定的需求频率。。

根据本发明的第二实施例的另一个方面，提供了一种直线加速器组件，包括加速管以及功率和频率控制组件，所述功率和频率控制组件如前所述，其中，所述功率和频率控制组件的磁控管与所述加速管耦合，其中，所述加速管为固定频率的加速管。

根据本发明的第二实施例的再一个方面，提供了一种控制磁控管到设定功率和设定频率的方法，包括：接收所述磁控管的被设定的需求功率和需求频率；产生与被设定的需求功率对应的检波信号；根据预存储的所述磁控管的输出功率与所述高压调制器的高压以及所述电磁铁线圈的电流的对应关系设定所述高压调制器的高压和所述电磁铁线圈的电流；将所述磁控管的实际输出功率对应的采样信号与所述被设定的需求功率对应的检波信号进行比较，并且将所述设定的需求频率对应的信号与所述磁控管的实际输出频率对应的信号进行比较；若功率信号比较结果是不一致的，则对所述高压调制器的高压和所述电磁铁线圈的电流调节以使所述磁控管的实际输出功率达到所述被设定的需求功率；同时若频率信号比较结果是不一致的，则通过耦合到所述磁控管的频率调谐单元调节所述磁控管的实际输出频率直到与所述被设定的需求频率一致。

本发明界面简单、操作方便、响应迅速，大大缩短调试时间。例如，对于本发明第一实施例的直线加速器组件而言，对于多种功率需求的负载，如医用直线加速器的多种电子能量需求(如第一能级为6MeV，第二能级为10MeV)，仅在配置界面中对磁控管设置不同功率即可实现。同时，对于应用本发明第二实施例的直线加速器组件而言，可以实现功率以及频率的恒定输出的。

附图说明

图1是现有技术中的一种控制组件；

图2是根据本发明的第一实施例的控制组件的结构示意图，尤其用于控制功率；

图3是根据图2的控制方法；

图4(a)是根据图2的配置数据(1)；

图4(b)是根据图2的配置数据(2)；

图4(c)是根据图2的配置数据(3)；

图4(d)是根据图2的配置数据(4)；

图5是根据本发明的第二实施例的控制组件的结构示意图，尤其用于控制功率和频率；

图6是根据图5的控制方法；以及

图7是磁控管的输出功率和输出频率的可能关系图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例作详细地说明。文中的“耦合”一般用来指连接或者信号可传输的关系，其可以表示直接耦合也可以是间接耦合关系，在此不做限定。例如，在一种例子中，一个功能单元可以直接与另一个功能单元耦合，也可以通过中央控制功能单元(例如，控制器或者控制单元或者控制模块)与其他功能单元耦合。

图2示出了根据本发明的第一实施例的控制组件100的结构示意图。具体地，该控制组件100包括磁控管102、高压调制器104、电磁铁线圈106、电磁铁线圈电源108，还包括配置界面110、信号采集单元112、存储器114、检波信号产生单元115、信号比较单元116和控制单元118。其中，该高压调制器104与磁控管102耦合，用于产生高压。该电磁铁线圈106一端与电磁铁线圈电源108电连接，另一端与磁控管102耦合，用于产生磁场。磁控管102在高压和磁场的激励下会产生微波，该微波具有一定的功率和频率。在第一实施例中，目的在于将磁控管102的实际输出功率调节到被设定的需求功率上。

配置界面110用于输入配置参数，其中，配置参数包括该磁控管102的的输出功率。此外，该配置界面110可以为与磁控管102关联的各种人机界面。例如，该配置界面可以为至少与磁控管102关联的计算机软件输入界面，该界面上具有输出功率配置选项，在该选项下，可以包括多个输出功率，使用者可以直接从多个输出功率中选定其中之一，也可以任意设定某一数值，作为被设定的需求功率。此外，被设定的需求功率的输入方式可以由与计算机有线或者无线连接的键盘输入也可以直接在触摸屏上输入。

信号采集单元112与磁控管102耦合，用于采集磁控管102的实际输出功率对应的信号。该信号采集单元112通常包括定向耦合器和检波器，其中，定向耦合器用于采集并衰减磁控管102的输出功率信号；检波器用于检出衰减后的输出功率信号的幅值信号。

存储器114预存储磁控管102的输出功率与高压调制器104的高压以及电磁铁线圈106的电流的对应关系以及磁控管102的被设定的需求功率与对应的检波信号的关系。

检波信号产生单元115可以根据磁控管102的被设定的需求功率以及存储器114预存储的磁控管102的输出功率和其对应的检波信号的关系产生与前述被设定的需求功率对应的检波信号。被设定的需求功率对应的检波信号用于表征磁控管102的被设定的需求功率的量度信息，在此，可以采用与需求功率对应的检波电压信号，而且应当可以理解，这并不是限制性的。

具体地，参见图4(a)、图4(b)、图4(c)以及图4(d)，其中，图4(a)示出了磁控管102的输出功率和高压调制器104的高压之间的关系，图4(b)示出了高压调制器104的高压和电磁铁线圈106产生的磁场之间的关系，图4(c)示出了电磁铁线圈106通入的电流和其产生的磁场之间的关系，图4(d)示出了磁控管102的输出功率和检波电压之间的关系。在此，图4(a)-(c)的曲线均是通过测量多个数据并拟合而成的，这种数据关系是大致的而不是重复性对应的(即，根据输出功率和高压值和电流值的关系在输入该高压值和电流值之后并不必然得到原输入功率值，一般均有偏差)；图4(d)的数据也是测量得到的，但图4(d)的数据对应关系是精确的且重复性对应的，即，对于被设定的特定需求功率，必然对应特定的检波电压。

可以理解，存储器114可以为诸如随机存取存储器、只读存储器、磁盘、光盘、U盘或云空间等，在此不做任何限定。另外，前述的图4(a)-图4(d)所示的曲线图只是示例性的，它们也可以由数据表取代，在此对数据的表现形式也不做限定，本领域普通技术人员可以通过多种方式来实现多种关联数据之间所存在的映射关系。而且，从图4(a)-图4(d)可以看到，磁控管102的输出功率和高压调制器104的高压的关系是直接对应的，而磁控管102的输出功率和电磁铁线圈106产生的磁场的关系是间接对应的。如果更换了电磁铁线圈106，那么需要更新图4(c)的数据并存储到存储器内，以便重新建立磁控管102的输出功率和电磁铁线圈106的电流的关系。

信号比较单元116与信号采集单元112和检波信号产生单元115分别耦合，以将信号采集单元112采集的实际输出功率对应的采样信号与检波信号产生单元产生的检波信号产生单元115产生的与被设定的需求功率对应的检波信号进行比较。其中，在一种例子中，信号比较单元116可以包括放大器、幅值比较器和模数转换器，其中，放大器用于将采样信号和检波信号放大；幅值比较器用于比较放大后的采样信号和检波信号；模数转换器用于将比较后的模拟信号转换成数字信号。

控制单元118与高压调制器104、电磁铁线圈106和信号比较单元116分别耦合。控制单元118被配置为当其收到磁控管102的被设定的需求功率时，根据存储器114存储的对应关系设定高压调制器104的高压和电磁铁线圈106的电流，并且根据信号比较单元116的结果对高压调制器104的高压和电磁铁线圈的电流进行调节以使磁控管102的实际输出功率达到被设定的需求功率。

选择性地，该控制单元118还包括稳波子单元120，其与信号采集单元112和电磁铁线圈106耦合，用于当信号采集单元112采集的磁控管102的实际输出功率对应的信号的幅值斜率超过阈值时调节电磁铁线圈106的电流以使实际输出功率对应的信号的幅值斜率处于阈值范围内。具体地，稳波子单元120主要用于处理高压调制器104的高压和电磁铁线圈106的电流不匹配的情况。例如，当高压调制器104的高压一定时，电磁铁线圈106的电流与之不匹配且略低时，则磁控管102的实际输出功率对应的信号的幅值斜率会大于零，此时，稳波子单元120可以升高电磁铁线圈106的电流值；反之，当高压调制器104的高压一定时，电磁铁线圈106的电流与之不匹配且略高时，则磁控管102的实际输出功率对应的信号的幅值斜率会小于零，此时，稳波子单元120可以降低电磁铁线圈106的电流值。

在此，幅值斜率指的是取脉冲顶部对称的两点并计算这两点之间的斜率。选择性地，该幅值斜率可以由脉冲平坦度来替代。

示例性地，该稳波子单元120例如包括延迟线、幅值比较器和模数转换器。其中，延迟线用于采集脉冲顶部对称两点的幅值信号；幅值比较器用于对选取的幅值信号做比较并计算幅值斜率；模数转换器用于将计算得出的幅值斜率信号转换成数字信号并输出到控制单元。

根据本发明的该第一实施例，其方法至少包括S101-S107的步骤，下面分别对各步骤予以详述：

S101：接收磁控管102的被设定的需求功率。

具体地，该步骤通常在配置界面110上完成。

S103：检波信号产生单元115会产生与被设定的需求功率对应的检波信号，并传递给信号比较单元116。

S105：根据被设定的需求功率、预存储的磁控管102的输出功率与高压调制器104的高压以及电磁铁线圈106的电流的对应关系设定所述高压调制器104的高压和电磁铁线圈106的电流。

具体地，在步骤S105中，当控制单元118收到磁控管102的被设定的需求功率时，在存储器114存储的图4(a)所示的磁控管102的输出功率与高压调制器104的高压的关系中找到与被设定的需求功率对应的高压值，并将高压调制器104的高压设定到对应值。同时，根据存储器114存储的图4(a)、图4(b)和图4(c)得出与磁控管102的被设定的需求功率对应的电磁铁线圈106的电流值，并将电磁铁线圈106的电流设定到对应值。

S107：将磁控管102的实际输出功率对应的采样信号与被设定的需求功率对应的检波信号进行比较。

具体地，在步骤S107中，当高压调制器104的高压以及电磁铁线圈106的电流被设定后，信号采集单元112采集磁控管102的实际输出功率对应的采样信号，并且通过信号比较单元116将该实际输出功率对应的采样信号与S103步骤中的检波信号进行比较。

S109：若比较结果是不一致的，则对高压调制器104的高压和电磁铁线圈106的电流调节以使磁控管102的实际输出功率达到被设定的需求功率。

具体地，在步骤S109中，控制单元118还根据信号比较单元116的比较结果对高压调制器104的高压进行适应性调节以使磁控管102的实际输出功率达到被设定的需求功率。例如，当比较结果显示磁控管102的实际输出功率比被设定的需求功率小时，则应当增加高压调制器104的高压值并根据图4(b)和图4(c)确定电磁铁线圈106的电流值；反之，则应当减小高压调制器104的高压值并根据图4(b)和图4(c)确定电磁铁线圈106的电流值。

另外，因为在步骤S105中采用的输出功率与高压和电流之间的对应关系通常会确保磁控管102的实际输出功率与被设定的需求功率偏差不会太大，故，在步骤S109中，对高压的调节可以采用步进式，例如每次仅调节0.01KV。然而，可以理解，这种步进式调节只是示意性的而非限制性的，本领域普通工作人员可以采用步进间隔为0.05KV，也可以采用先粗调节再精调节的方式，例如，先采用步进间隔为0.05KV，再采用步进间隔为0.01KV。可以理解，调节步长影响精度和速度，例如，步长越大，精度越差，但速度越快。

此外，根据本实施例的方法，在不同的例子中，还可以包括S111-1或者S111-2，分别叙述如下：

在本实施例的一个例子中：

S111-1：当磁控管102的实际输出功率对应的信号的幅值斜率超过阈值时，调节电磁铁线圈106的电流以使磁控管102的实际输出功率对应的信号的幅值斜率处于阈值范围内。

步骤111-1的稳波步骤可以在高压调节的一次或者多次往复调节过程后进行。

在本实施例的另一个例子中：

S111-2：当磁控管102的实际输出功率达到被设定的需求功率，并且当磁控管102的实际输出功率对应的信号的幅值斜率超过阈值时，在调节电磁铁线圈106的电流以使磁控管102的实际输出功率对应的信号的幅值斜率处于阈值范围内后，磁控管102的实际输出功率和被设定的需求功率比较结果是不一致的，则继续对高压调制器104的高压和电磁铁线圈106的电流调节以使磁控管102的实际输出功率达到被设定的需求功率0接着再判断磁控管102的实际输出功率对应的信号的幅值斜率情形，依次迭代。

步骤S111-2可以在磁控管102的实际输出功率已经达到被设定的需求功率后，再判断信号的幅值斜率情况。因为在根据信号的幅值斜率情况对电流进行调节后输出功率会进一步轻微变化，所以在此迭代地进行判断直至实际输出功率以及其信号的幅值斜率均符合条件。

下面，结合该磁控管的负载对上述方法的实际应用做简要叙述。

众所周知，在直线加速器领域，磁控管作为加速管的功率源，因此，有必要对用作加速管的功率源的磁控管控制进行简要叙述。

如图2所示，该磁控管102通过耦合器122和隔离器124耦合到加速管126上。

根据本发明的前述实施例，可以测量磁控管102的输出功率和高压调制器104的高压之间的关系，高压调制器104的高压和电磁铁线圈106产生的磁场之间的关系，电磁铁线圈106通入的电流和其产生的磁场之间的关系，以及实测的磁控管102的输出功率和检波电压之间的关系。即，获得图4(a)-图4(d)的数据。在测得这些数据后，将这些数据存储到存储器114内。

前述加速管126例如可以为驻波加速管，该直线加速器输出的能量是被特定化的，诸如P1，故，对磁控管102的输出功率的要求就是特定化的，例如P2。直线加速器的输出能量P1和磁控管102的输出功率P2之间的关系可以经由模拟计算得到，这对于直线加速器领域的普通技术人员是公知的。可以将P2作为磁控管102的被设定的需求功率，例如手动输入到配置界面。

控制单元118根据该被设定的需求功率P2，在预存储的磁控管102的输出功率与高压调制器104的高压以及电磁铁线圈106的电流的对应关系中得到高压值V1和电流值I1，并设定所述高压调制器104的高压和电磁铁线圈106的电流分别为V1和I1。

通过信号采集单元112，采集得到磁控管102的实际输出的微波包络图，即，实际输出功率P3对应的采样信号。

检波信号产生单元115根据该被设定的需求功率P2以及存储器114内存储的输出功率与检波信号的关系(如图4(d))产生与被设定的需求功率P2对应的检波信号。在此，该检波信号为检波电压信号。

通过信号比较单元116，将磁控管102的实际输出功率P3对应的信号与被设定的需求功率P2对应的检波信号进行比较。假定，信号比较的结果显示实际输出功率P3比P2略低。

调节高压调制器104的高压，例如增加到V1+0.01KV，同时，根据预存储的高压调制器104的高压和电磁铁线圈106的电流之间的关系(即，图4(b)和图4(c))，得到电磁铁线圈106的电流为I2。设定所述高压调制器104的高压和电磁铁线圈106的电流分别为V1+0.01KV和I2。

重复实际输出功率对应信号的采集以及实际输出功率与被设定的需求功率对应的信号的比较的步骤，根据比较结果再进行微调，如此反复直至实际输出功率对应的信号与被设定的需求功率P2对应的信号一致。

在磁控管102的实际输出功率达到被设定的需求功率，检测磁控管102的实际输出功率对应的信号的幅值斜率是否超过阈值。如果超出阈值，则采用前文中的S111-2的步骤。可以理解，在这种应用中，S111-2可以由S111-1替换。

上述应用，通过功率自动调节以实现功率恒定输出，可以解决由于微波部件的老化和/或工作环境的改变和/或工作点的改变和/或其他因素而导致微波功率的变化。

可以理解，在第一实施例的应用中，可以包括自动频率控制器(AFC，AutomaticFrequency Controller)，其耦合到加速管126和磁控管102之间，以使磁控管102的频率跟随加速管126的频率变化。这种加设有AFC的应用，相对于现有技术，可以解决由于受频率影响而导致功率改变的稳定性问题。当这种直线加速器特别地用作医用直线加速器时，这种应用可以增强剂量稳定性，以实现精准治疗。

下面叙述本发明的另一实施例。图5示出了根据本发明的另一种实施例的第二控制组件200的结构示意图。

具体地，该第二控制组件200包括：磁控管202、高压调制器204、电磁铁线圈206、电磁铁线圈电源207、频率调谐单元208、频率产生单元210、信号采集单元212、存储器214、检波信号产生单元215、信号比较单元216和控制单元218。

高压调制器204与磁控管202耦合，以产生高压。

电磁铁线圈206由电磁铁线圈电源207供电，其与磁控管202耦合，以产生磁场。其中电磁铁线圈电源207可以为单独的独立电源也可以为高压调制器204分出的一路电源。在此，如图所示，该电磁铁线圈电源207为独立电源。

频率调谐单元208与磁控管202耦合，以调节磁控管202的实际输出频率。

频率产生单元210用于产生与磁控管202的设定频率对应的信号。

信号采集单元212，包括频率信号采集子单元和功率信号采集子单元，均与磁控管202耦合，其中，频率信号采集子单元采集磁控管202的实际输出频率对应的信号，功率信号采集子单元采集磁控管202的实际输出功率对应的采样信号。

存储器214，预存储磁控管202的输出功率与高压调制器204的高压以及电磁铁线圈206的电流的对应关系、实测的磁控管202的输出功率与其检波信号的精确对应关系。

检波信号产生单元215，用于根据被设定的需求功率以及磁控管的输出功率与检波信号的关系产生与被设定的需求功率对应的检波信号，在此，检波信号为检波电压信号。

信号比较单元216，包括频率信号比较子单元和功率信号比较子单元，其中，频率信号比较子单元与频率产生单元210和信号采集单元212的频率信号采集子单元耦合以将来自频率产生单元210的信号与频率信号采集子单元采集的信号进行比较；功率信号比较子单元与信号采集单元212的功率信号采集子单元和检波信号产生单元215分别耦合以将来自功率信号采集子单元的采样信号与检波信号产生单元215产生的检波信号进行比较。

控制单元218，包括功率控制子单元和频率控制子单元。其中，功率控制子单元与高压调制器204、电磁铁线圈206、存储器214和信号比较单元216的功率信号比较子单元分别耦合，当其收到磁控管202的被设定的需求功率时，根据存储器214预存储的对应关系设定高压调制器204的高压和电磁铁线圈206的电流，并且根据信号比较单元216的功率信号比较子单元的结果对高压调制器204的高压和电磁铁线圈206的电流进行调节以使磁控管202的输出功率与被设定的需求功率一致。控制单元218的频率控制子单元与信号比较单元216的频率信号比较子单元以及频率调谐单元208分别耦合，当其收到磁控管202的被设定的工作频率时，通过所述信号比较单元216的频率信号比较子单元的比较结果对所述频率调谐单元208进行调节以使所述磁控管202的输出频率与设定频率一致。

该第二控制组件200还包括配置界面219，以输入配置参数，其中，该配置参数包括频率和功率参数。

简言之，本实施例中的该第二控制组件200除了包括前文所述的第一个实施例中的所有元件之外还包括频率控制部分。应当理解，在该实施例中，与功率控制部分的相关元件(虽然附图标记不同)起到的作用与第一个实施例是相同的，例如，信号采集单元212的功率信号采集子单元、信号比较单元216的功率信号比较子单元以及控制单元218的功率控制子单元等。下文主要对涉及频率控制部分重点叙述，而对功率控制部分，可以结合第一个实施例对本实施例进行理解。

具体地，频率调谐单元208可以包括电机和被电机驱动的调谐杆，其中，调谐杆的一端与磁控管202的腔体耦合。这样，通过电机驱动调谐杆的往复运动，可以调节磁控管202的频率。本领域普通技术人员可以理解，频率调谐单元208可以有其他多种形式，在此，不做任何限制。

频率产生单元210可以为本振晶体或者现场可编程门阵列(FPGA)。

根据该第二实施例，其方法至少包括S201-S207的步骤，下面分别对各步骤予以详述。

S201：接收磁控管202的被设定的需求功率和需求频率。

与第一实施例略有不同的是，配置界面上应具有输出频率的选项。

S203：检波信号产生单元根据被设定的需求功率以及存储器存储的输出功率和检波信号之间的关系产生检波信号。

S205：根据预存储的磁控管202的输出功率与高压调制器204的高压以及电磁铁线圈206的电流的对应关系设定高压调制器204的高压和电磁铁线圈206的电流。

S207：将磁控管202的实际输出功率对应的信号与被设定的需求功率对应的检波信号进行比较，并且与设定频率相应的信号与磁控管202的实际输出频率对应的信号进行比较。

S209：若功率信号比较结果是不一致的，则对高压调制器204的高压和电磁铁线圈206的电流调节以使磁控管202的实际输出功率达到被设定的需求功率；并且若频率信号比较结果是不一致的，则通过耦合到磁控管202的频率调谐单元调节磁控管202的实际输出频率直到与设定的需求频率一致。

在步骤S209中，在输出功率调节的过程中，实际上，输出频率也会随之发生变化，同时，在输出频率调节过程中，输出功率也会随之发生变化，可以结合附图7进行理解。即，这两个调节过程是相互影响的。这个调节过程与第一个实施例是不同的，因为在第一个实施例中，只要磁控管的输出功率符合要求即可。

在本实施例中，可以包括第一个实施例中详细描述的稳波步骤。

下面，结合该磁控管202的负载对第二实施例的方法的实际应用做简要叙述。

众所周知，在直线加速器领域，磁控管作为加速管的功率源，因此，有必要对用作加速管的功率源的磁控管的控制进行简要叙述。

如图5所示，该磁控管202通过耦合器220和隔离器222耦合到加速管224上，其中，该加速管224是在固定频率f1工作的加速管。

根据本发明的第二实施例，可以测量磁控管202的输出功率和高压调制器204的高压之间的关系，高压调制器204的高压和电磁铁线圈206产生的磁场之间的关系，电磁铁线圈206通入的电流和其产生的磁场之间的关系，以及磁控管202的输出功率和检波电压之间的关系。即，获得图4(a)-图4(d)的数据。在测得这些数据后，将这些数据存储到存储器214内。

前述加速管224例如可以为固定频率f1的驻波加速管，而且该直线加速器输出的能量也是被特定化的，诸如P1，故，对磁控管202的输出功率的要求就是特定化的，例如P2。直线加速器的输出能量P1和磁控管202的输出功率P2之间的关系可以经由模拟计算得到，这对于直线加速器领域的普通技术人员是公知的。可以将f1和P2分别作为磁控管202的被设定的需求频率和需求功率，例如手动输入到配置界面。

频率产生单元210根据磁控管202的被设定的需求频率f1产生与之对应的信号；

控制单元218根据该被设定的需求功率P2，在预存储的磁控管202的输出功率与高压调制器204的高压以及电磁铁线圈206的电流的对应关系中得到对应的高压值V1和电流值I1，并设定所述高压调制器204的高压和电磁铁线圈206的电流分别为V1和I1。

检波信号产生单元215根据被设定的需求功率P2以及预存储的磁控管202的输出功率与检波电压的关系产生对应的检波电压信号。

通过信号采集单元212，采集得到磁控管202的实际输出的微波包络图，即，实际输出功率P3对应的采样信号。

通过信号比较单元216，将磁控管202的实际输出功率P3对应的信号与被设定的需求功率P2对应的检波信号进行比较。假定信号比较的结果显示实际输出功率P3比P2略低。

调节高压调制器204的高压，假定到V1+0.01KV，同时，根据预存储的高压调制器204的高压和电磁铁线圈206的电流之间的关系，得到电磁铁线圈206的电流为I2。设定所述高压调制器204的高压和电磁铁线圈206的电流分别为V1+0.01KV和I2。

重复实际输出功率对应信号的采集以及实际输出功率对应的采样信号与被设定的需求功率P2对应的信号比较的步骤，根据比较结果再进行微调，如此反复直至实际输出功率对应的信号与被设定的需求功率P2对应的信号一致。

在上述过程中，始终进行如下过程：通过信号采集单元212采集磁控管202的实际输出的高频信号得到实际输出频率；再通过信号比较单元216，将磁控管202的实际输出频率对应的信号与频率产生单元产生的与被设定的需求频率对应的信号进行比较；接着，根据比较结果，频率调谐单元208调节磁控管202的输出频率与被设定的需求频率一致。

在磁控管202的实际输出功率达到被设定的需求功率，检测磁控管202的实际输出功率对应的信号的幅值斜率是否超过阈值。如果超出阈值，则采用前文中的S111-2的步骤。

可以理解的是：从每一具体的调节步骤看，输出功率的调节可能带来输出频率的细微变化，反之亦然。例如，当将高压调制器204的高压和电磁铁线圈206的电流分别设定为V1+0.01KV和I2时，在输出功率略有提高的同时，输出频率可能也略微提高了，参见图7，而通过频率调节部分将输出频率调节到设定频率的同时，输出功率可能也略有提高。

可以理解，前述作为负载的加速管是可以替换的。而且，控制组件200可以实现功率以及频率的恒定输出。尤其当加速管具备精准的温控系统时，该控制组件200不仅可以充当其稳定的功率源而且可以方便地检测加速管和温控系统的品质。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种功率控制组件，包括：

磁控管；

高压调制器，与所述磁控管耦合，以产生高压；

电磁铁线圈，与所述磁控管耦合，以产生磁场；

信号采集单元，与所述磁控管耦合，以采集所述磁控管的实际输出功率对应的采样信号；

存储器，预存储所述磁控管的输出功率与所述高压调制器的高压以及所述电磁铁线圈的电流的对应关系以及所述磁控管的输出功率和对应的检波信号的关系；

检波信号产生单元，根据被设定的需求功率以及所述磁控管的输出功率和其对应的检波信号的关系产生与所述被设定的需求功率对应的检波信号；

信号比较单元，与所述信号采集单元和所述检波信号产生单元分别耦合，以将所述信号采集单元采集的采样信号与所述检波信号产生单元产生的检波信号进行比较；

控制单元，与所述高压调制器、所述电磁铁线圈、存储器和所述信号比较单元分别耦合，当其收到所述磁控管的被设定的需求功率时，根据所述存储器存储的对应关系设定所述高压调制器的高压和所述电磁铁线圈的电流，并且根据所述信号比较单元的结果调节高压调制器的高压以使所述磁控管的实际输出功率达到被设定的需求功率，所述调节高压调制器的高压时还包括调节电磁铁线圈的电流，使高压调制器的高压和电磁铁线圈的电流产生的磁场匹配；

所述匹配指实际输出功率对应的信号的幅值斜率处于阈值范围内。

2.根据权利要求1所述的功率控制组件，其中，所述控制单元还包括稳波子单元，其与所述信号采集单元和所述电磁铁线圈耦合，用于当所述信号采集单元采集的信号的幅值斜率超过阈值时调节所述电磁铁线圈的电流以使所述信号采集单元采集的信号的幅值斜率处于阈值范围内。

3.根据权利要求1所述的功率控制组件，其中，所述功率控制组件还包括配置界面，所述配置界面用于输入所述磁控管的被设定的需求功率。

4.根据权利要求1所述的功率控制组件，其中，所述信号采集单元包括检波器。

5.根据权利要求1所述的功率控制组件，其中，所述信号比较单元包括幅值比较器。

6.一种直线加速器组件，包括加速管以及功率控制组件，所述控制组件如权利要求1-5任一项所述，其中，所述功率控制组件的磁控管与所述加速管耦合。

7.根据权利要求6所述的直线加速器组件，其中，所述直线加速器组件还包括自动频率控制单元，其分别与所述加速管和所述磁控管耦合。

8.一种控制磁控管到设定功率的方法，其中，所述磁控管与高压调制器和电磁铁线圈耦合，所述方法包括：

接收所述磁控管的被设定的需求功率；

产生与被设定的需求功率对应的检波信号；

根据预存储的所述磁控管的输出功率与所述高压调制器的高压以及所述电磁铁线圈的电流的对应关系设定所述高压调制器的高压和所述电磁铁线圈的电流；

将所述磁控管的实际输出功率对应的采样信号与被设定的需求功率对应的检波信号进行比较；

若比较结果不一致，则调节高压调制器的高压以使所述磁控管的实际输出功率达到被设定的需求功率，所述调节高压调制器的高压时还包括调节电磁铁线圈的电流，使高压调制器的高压和电磁铁线圈的电流产生的磁场匹配；

所述匹配指实际输出功率对应的信号的幅值斜率处于阈值范围内。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，还包括：

当所述磁控管的实际输出功率对应的采样信号的幅值斜率超过阈值时，调节所述电磁铁线圈的电流以使所述实际输出功率对应的采样信号的幅值斜率处于阈值范围内。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，还包括：

当所述磁控管的实际输出功率达到被设定的需求功率时，并且当所述磁控管的实际输出功率信号的斜率超过阈值时，调节所述电磁铁线圈的电流以使所述实际输出功率信号的斜率处于阈值范围内；

进一步判断所述比较结果是否一致，若不一致，则继续对所述高压调制器的高压调节以使所述磁控管的实际输出功率达到被设定的需求功率。

11.根据权利要求8-10任一项所述的方法，其中，在对所述高压调制器的高压调节以使所述磁控管的输出功率达到被设定的需求功率的步骤中，所述调节为逐次微调的。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，当加速管用作所述磁控管的负载时，在接收所述磁控管的被设定的需求功率的步骤中，所述被设定的需求功率取决于所述加速管。

13.根据权利要求8所述的方法，其中，所述产生与被设定的需求功率对应的检波信号的步骤中，所述检波信号是根据所述被设定的需求功率以及所述磁控管的输出功率和检波信号的关系得到的。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述磁控管的输出功率和检波信号的关系是通过测量标准功率源得到的。