CN107976567A - 应用等效并联阻抗实现回旋加速器加速电压冷腔测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种应用等效并联阻抗实现回旋加速器加速电压冷腔测试方法，该方法包括：加速器谐振腔没有馈入射频功率，测试探针为并联50欧阻抗探针，由同轴射频电缆并联50欧电阻构成，50欧电阻为谐振频段无感电阻；测试仪器为矢量网络分析仪，其一端口连接加速器谐振腔耦合匹配端口，另一端口连接测试探针；通过观察阻抗圆图调节加速器谐振腔耦合端口至耦合匹配状态；加速缝隙每隔一定距离取一个测量点，测试探针依次测量各点的传输系数S21；根据谐振腔测试等效电路图推导得出得到测量点的并联阻抗，根据计算公式得到测量点的加速电压。本发明实现了加速缝隙处任意位置加速电压的测量，为高频谐振腔的束流提供可靠的加速电压及束流轨迹分析。

Description

应用等效并联阻抗实现回旋加速器加速电压冷腔测试方法

技术领域

本发明属于回旋加速器技术领域，涉及一种应用等效并联阻抗用于实现回旋加速器加速电压的冷腔测试方法。

背景技术

回旋加速器广泛的应用于物理、军事工程、生物学、放射性药物制药等领域，其中，在肿瘤治疗领域也有所涉及。质子回旋加速器高频谐振腔体由高频发射机激励，它的作用是在腔体电极与地之间的缝隙中形成高频电场。每当离子束团通过缝隙时，便受到电场力的谐波加速，加速后获得的能量增益与谐振腔的加速电压成正比。因此，谐振腔加速电压的高低和稳定性与调束及束流品质、强度有着密切的关系。加速电压测试主要是在谐振腔没有馈入射频功率的条件下，测试换算得到缝隙处加速电压，目的是验证谐振腔物理分析的加速电压的误差值，为高频谐振腔的束流提供可靠的加速电压及束流轨迹分析。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用等效并联阻抗实现回旋加速器加速电压冷腔测试方法，用于实现加速缝隙处任意位置加速电压的测量，解决目前轫致辐射能谱法仅能等效测试最大加速电压的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

应用等效并联阻抗实现回旋加速器加速电压冷腔测试方法，该冷测方法包括如下步骤：

1)将测试仪器一端口连接加速器谐振腔耦合端口，另一端口连接测试探针；

2)将加速器谐振腔耦合端口调节至耦合匹配状态；

3)在加速缝隙上每隔一定距离取一个测量点，通过测试探针依次测量各点的传输系数S21；

4)根据谐振腔测试等效电路图推导得出得到测量点的并联阻抗，再根据计算公式得到测量点的加速电压，其中P指实际馈入腔体功率。

所述的冷测是加速器谐振腔没有馈入射频功率。

所述测试探针由同轴射频电缆并联50欧电阻构成，50欧电阻为谐振频段无感电阻。

所述测试探针包括同轴射频电缆内导体、50欧谐振频段无感电阻与同轴射频电缆外导体；同轴射频电缆内导体伸出外导体长度为5cm，内导体与外导体端面齐平处，通过50欧谐振频段无感电阻与同轴射频电缆外导体连接，测试探针底部连接有N型射频接头。

所述测试仪器为矢量网络分析仪；矢量网络分析仪一端口连接加速器谐振腔耦合端口，另一端口连接测试探针的N型射频接头。

所述步骤2)具体操作为：通过观察阻抗圆图调节耦合匹配状态，若匹配原点在阻抗圆图外部，调节耦合端口扩大耦合量；若匹配原点在阻抗圆图内部，调节耦合端口缩小耦合量，使阻抗圆图过匹配原点,反射系数S11<-25dB。

所述步骤3)中一定距离为10mm。

本发明的有益效果：本发明在谐振腔没有馈入功率的条件下,测试换算得到缝隙处加速电压，验证谐振腔物理分析的加速电压的误差值，为高频谐振腔的束流提供可靠的加速电压及束流轨迹分析。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明谐振腔测试示意图；

图2为本发明测试探针示意图；

图3为本发明加速器谐振腔测试等效电路图；

图中：1-加速缝隙；2-加速电压测量点；3-耦合端口；4-加速器谐振腔；5-同轴射频电缆内导体；6-50欧谐振频段无感电阻；7-同轴射频电缆外导体；8-N型射频接头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

应用等效并联阻抗实现回旋加速器加速电压冷腔测试方法，参见图1、图2，该冷测方法包括：在加速器谐振腔4的加速缝隙1上，每隔10mm取一测量点2；耦合端口3与矢量网络分析仪连接，并转接N型射频接头8；

该冷测方法包括一测试探针，测试探针为并联50欧阻抗探针，由同轴射频电缆并联50欧电阻构成，50欧电阻为谐振频段无感电阻；

具体地，同轴射频电缆内导体伸出外导体长度为5cm，内导体与外导体端面齐平处，通过50欧谐振频段无感电阻6与同轴射频电缆外导体7连接，测试探针底部连接有N型射频接头8。

本发明中，所述的冷测是加速器谐振腔没有馈入射频功率。

本发明中，使用的测试仪器为矢量网络分析仪。

本发明的实施方法和步骤主要如下：

1)校准矢量网络分析仪的两端口射频线缆，抵消射频电缆引起的相位移动；

2)矢量网络分析仪一端口连接加速器谐振腔耦合端口3，另一端口连接测试探针的N型射频接头8，通过观察阻抗圆图调节谐振腔至耦合匹配状态，若匹配原点在阻抗圆图外部，调节耦合端口扩大耦合量；若匹配原点在阻抗圆图内部，调节耦合端口缩小耦合量，使阻抗圆图过匹配原点,反射系数S11<-25dB；

3)将测试探针放在测试点，同轴射频电缆内导体5接触谐振腔4内的DEE板，同轴射频电缆外导体7接触谐振腔4的外腔体，记录下矢量网络分析仪上显示的传输系数S21，依次测试各点的传输系数S21；

4)根据谐振腔测试等效电路图推导得出得到测量点的并联阻抗，进而根据计算公式得到测量点的加速电压，其中P指实际馈入腔体功率。

对于谐振腔加速电压的冷测方法，其等效电路如图3所示。图中Z₀为50欧谐振频段无感电阻6。

传输矩阵ABCD(在端口PORT2A与2B之间)，可以表示为：

端口1与2B之间传输矩阵级联，为腔体传输矩阵与平面2A与2B间的传输矩阵的积，

式(2)中由散射S矩阵和传输A矩阵转换关系可得：

S₁₁＝(A+B/Z₀-CZ₀-D)/E (3)

S₂₁＝2/E (4)

S₂₁＝S₁₂ (5)

S₂₂＝(-A+B/Z₀-CZ₀+D)/E (6)

其中

E＝A+B/Z₀+CZ₀+D (7)

将新的ABCD系数(2)式带入式(3)，(4)，(5)，(6)中，最终可以得到并联阻抗Z₀的散射矩阵S：

在Z₀＜＜R，ξ＜＜1的近似条件下，可知，反射系数S11接近于1，全反射，而反射系数S22接近于0，处在匹配下，端口1和端口2没有都处于全反射。

通过测量传输系数S21，根据公式(9)，可以求出并行阻抗R：

根据公式得到测量点的加速电压。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.应用等效并联阻抗实现回旋加速器加速电压冷腔测试方法，其特征在于，该冷测方法包括如下步骤：

1)将测试仪器一端口连接加速器谐振腔耦合端口，另一端口连接测试探针；

2)将加速器谐振腔耦合端口调节至耦合匹配状态；

3)在加速缝隙上每隔一定距离取一个测量点，通过测试探针依次测量各点的传输系数S21；

4)根据谐振腔测试等效电路图推导得出得到测量点的并联阻抗，再根据计算公式得到测量点的加速电压，其中P指实际馈入腔体功率。

2.根据权利要求1所述的应用等效并联阻抗实现回旋加速器加速电压冷腔测试方法，其特征在于，所述的冷测是加速器谐振腔没有馈入射频功率。

3.根据权利要求1所述的应用等效并联阻抗实现回旋加速器加速电压冷腔测试方法，其特征在于，所述测试探针由同轴射频电缆并联50欧电阻构成，50欧电阻为谐振频段无感电阻。

4.根据权利要求3所述的应用等效并联阻抗实现回旋加速器加速电压冷腔测试方法，其特征在于，所述测试探针包括同轴射频电缆内导体、50欧谐振频段无感电阻与同轴射频电缆外导体；同轴射频电缆内导体伸出外导体长度为5cm，内导体与外导体端面齐平处，通过50欧谐振频段无感电阻与同轴射频电缆外导体连接，测试探针底部连接有N型射频接头。

5.根据权利要求1所述的应用等效并联阻抗实现回旋加速器加速电压冷腔测试方法，其特征在于，所述测试仪器为矢量网络分析仪；矢量网络分析仪一端口连接加速器谐振腔耦合端口，另一端口连接测试探针的N型射频接头。

6.根据权利要求1所述的应用等效并联阻抗实现回旋加速器加速电压冷腔测试方法，其特征在于，所述步骤2)具体操作为：通过观察阻抗圆图调节耦合匹配状态，若匹配原点在阻抗圆图外部，调节耦合端口扩大耦合量；若匹配原点在阻抗圆图内部，调节耦合端口缩小耦合量，使阻抗圆图过匹配原点,反射系数S11<-25dB。

7.根据权利要求1所述的应用等效并联阻抗实现回旋加速器加速电压冷腔测试方法，其特征在于，所述步骤3)中一定距离为10mm。