CN110493947A - 一种用于加速器射频谐振腔高功率输入耦合器的偏压结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于加速器射频谐振腔高功率输入耦合器的偏压结构，其包括直流高压电源、第一滤波电阻和第二滤波电阻；直流高压电源通过直流高压线经短路板端与耦合器内导体连接，用于给耦合器内导体提供直流高压，使耦合器内外导体之间形成电压差，产生恒定电场，从而破坏耦合器内外导体之间二次电子倍增现象的形成条件；位于直流高压线上设置有第一滤波电阻和第二滤波电阻，两个滤波电阻串联，用于扼制直流高压线上的电磁场传播；第一滤波电阻靠近短路板端用于一级滤波，第二滤波电阻远离短路板端用于二级滤波。本发明简化了传统结构的复杂度，解决了泄漏自耦合器内的电磁场沿直流高压线传播的问题。

Description

一种用于加速器射频谐振腔高功率输入耦合器的偏压结构

技术领域

本发明涉及一种偏压结构，特别是关于一种用于加速器射频谐振腔高功率输入耦合器的偏压结构。

背景技术

为了扼制加速器射频谐振腔高功率同轴输入耦合器中的二次电子倍增现象，通常采用偏压结构给输入耦合器内导体施加直流高压。在现有的偏压结构中，泄漏自耦合器内的电磁场沿直流高压线传播的现象无法得到有效扼制。沿直流高压线传播的电磁场影响着耦合器的能量传输效率，也会对直流高压电源造成干扰，影响该结构的稳定运行，针对上述问题的传统方案是在直流高压线上串接扼流线圈或者电感但效果不可靠，因此业界至今没有解决上述问题的有效而可靠的方案。另外，在传统偏压结构中，需要在两处引入绝缘片且需要在射频功率源传输线上引入直流偏置器，结构相对复杂。

发明内容

针对现有耦合器偏压结构构造复杂，且在现有结构中，泄漏自耦合器内的电磁场沿直流高压线传播的现象无法得到有效扼制的问题，本发明的目的是提供一种用于加速器射频谐振腔高功率输入耦合器的偏压结构，其简化了传统结构的复杂度，省去了直流偏置器，解决了泄漏自耦合器内的电磁场沿直流高压线传播的问题。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种用于加速器射频谐振腔高功率输入耦合器的偏压结构，其包括直流高压电源、第一滤波电阻和第二滤波电阻；所述直流高压电源通过直流高压线经短路板端与耦合器内导体连接，用于给耦合器内导体提供直流高压，使耦合器内外导体之间形成电压差，产生恒定电场，从而破坏耦合器内外导体之间二次电子倍增现象的形成条件；位于所述直流高压线上设置有所述第一滤波电阻和第二滤波电阻，两个滤波电阻串联，用于扼制所述直流高压线上的电磁场传播；所述第一滤波电阻靠近短路板端用于一级滤波，所述第二滤波电阻远离所述短路板端用于二级滤波，所述第一滤波电阻左侧导线上电磁场强度经一级滤波后远小于所述第一滤波电阻右侧导线电磁场强度，所述第二滤波电阻左侧导线上电磁场强度经二级滤波后远小于所述第二滤波电阻右侧导线上电磁场强度。

优选的，所述耦合器内导体与内方盒连接处设置有绝缘片，用于隔绝耦合器内外导体，同时隔绝耦合器内导体与射频功率源端内导体，使耦合器外导体接地，直流高压能单独施加于耦合器内导体，而不施加于射频功率源端内导体以免击毁功率源。

优选的，串联的所述第一滤波电阻和第二滤波电阻的滤波原理为：串联电阻切断了电磁波传播的金属导线，阻止了电磁波沿直流高压线的正常传播，从而迫使电磁波传到串联的滤波电阻处被迫反射，所以串联电阻右侧的直流高压线在电阻反射作用下成为一根直线天线向全空间辐射电磁波而不是纯粹向左侧传播电磁波，串联电阻左侧的直流高压线只能接收右侧直流高压线上辐射过来的极少部分电磁波，达到了制电磁波传播的作用。

优选的，滤波电阻的滤波效果与滤波电阻阻值呈现正相关关系，滤波电阻发热损耗量随阻值增加呈现先增后减关系。

优选的，所述第一滤波电阻阻值为兆欧级，用于对来自其右侧的电磁场进行一级滤波；所述第二滤波电阻阻值为100千欧级，用于对所述直流高压线上的电磁场进行二级滤波。

优选的，所述第一滤波电阻与所述第二滤波电阻之间具有一预先设定的距离。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明可以有效且可靠地解决泄漏自耦合器内的电磁场沿直流高压线传播的问题，从而提高输入耦合器的能量传输效率以及偏压结构的运行稳定性，并且具有效果显著，结构简单可靠等特点。2、传统偏压结构需要分别在射频功率源端内导体处与短路板端外导体处引入绝缘片，且需要在射频功率源传输线上引入直流偏置器，而本发明的偏压结构，只需在耦合器内导体与内方盒连接处引入绝缘片，无需直流偏置器，便可同时达到隔绝耦合器内导体与耦合器外导体及射频功率源端内导体的连接，由此偏压结构可以被显著简化。

附图说明

图1为本发明的偏压结构示意图；

图2为本发明的实施例应用对象--耦合器的结构示意图；

图3为滤波电阻的滤波效果与滤波电阻阻值呈现正相关关系效果图；

图4为串联滤波电阻的发热损耗量随阻值增大呈现先增后减的效果图；

图5为本发明滤波电阻的滤波效果图。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”“左”、“右”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的限制。下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1、图2所示，本发明提供一种用于加速器射频谐振腔高功率输入耦合器的偏压结构，其包括直流高压电源1、绝缘片2、第一滤波电阻3和第二滤波电阻4。在现有结构中耦合器内导体5与内方盒6连接处设置有绝缘片2，用于隔绝耦合器内外导体，同时隔绝耦合器内导体5与射频功率源端7内导体，使耦合器外导体接地，直流高压可以单独施加于耦合器内导体5，而不施加于射频功率源端7内导体以免击毁功率源。直流高压电源1通过直流高压线8经短路板端与耦合器内导体5连接，用于给耦合器内导体5提供直流高压，使耦合器内外导体之间形成电压差，产生恒定电场，从而破坏耦合器内外导体之间二次电子倍增现象的形成条件。在实际工作过程中，耦合器内外方盒之间的电磁场会穿透绝缘片2，沿着直流高压线8传播；故在本实施例中，位于直流高压线8上设置有高阻值的第一滤波电阻3和第二滤波电阻4，两个滤波电阻串联，这样可以有效扼制直流高压线8上的电磁场传播；并且第一滤波电阻3靠近短路板端用于一级滤波，第二滤波电阻4远离短路板端用于二级滤波，即第一滤波电阻3将右侧传来的电磁波进行一次滤波后第一滤波电阻3左侧(即第二滤波电阻4右侧)的电磁场已大大减小，故第一滤波电阻3右侧的电磁场强度远大于第二滤波电阻4右侧的电磁强度(如图1所示)，即第一滤波电阻3位于高强度电磁位。

上述实施例中，第一滤波电阻3和第二滤波电阻4串联后的滤波原理为：串联的第一滤波电阻和第二滤波电阻切断了电磁波传播的金属导线(即直流高压线8)，阻止了电磁波沿金属导线的正常传播，从而迫使电磁波传到串联的滤波电阻处被迫反射，所以串联电阻右侧的导线在电阻反射作用下成为一根直线天线向全空间辐射电磁波而不是纯粹向左侧传播电磁波，串联电阻左侧的导线只能接收右侧导线(直线天线)上辐射过来的极少部分电磁波，这样串联电阻便达到了扼制电磁波传播的作用。之所以串联两个电阻是为了进行两次扼制电磁波传播，经过第一滤波电阻3一次滤波后第一滤波电阻3左侧导线接收了第一滤波电阻3右侧导线上一小部分辐射电磁波，这一部分电磁波在经过第二滤波电阻4二次滤波后，辐射到第二滤波电阻4左侧导线上的电磁波便是二阶小量(只要第一滤波电阻3与第二滤波电阻之间距离足够长便可以忽略第一滤波电阻3右侧导线上的电磁波对第二滤波电阻4左侧导线的辐射，只考虑第二滤波电阻4右侧导线对第二滤波电阻4左侧导线的辐射)。而串联的滤波电阻不影响直流电压传播到绝缘片2处，仅会分去绝缘片2上少部分直流电压，此分压可以通过提高直流高压电源1输出电压弥补。滤波电阻的滤波效果与滤波电阻阻值呈现正相关关系(如图3所示)。而在直流高压线8上同等的电磁功率下，串联滤波电阻的发热损耗量随阻值增大呈现先增后减的趋势(如图4所示)，百欧级电阻具有最大发热损耗量，其中图4和图5数据为电磁场频率为162.5MHz工况下，电阻置于电磁屏蔽设施内测得。

优选的，第一滤波电阻3阻值为兆欧级，可以对来自第一滤波电阻3右侧的电磁场进行一级滤波；第二滤波电阻4阻值为100千欧级，可以对直流高压线8上的电磁场进行二级滤波。之所以第一滤波电阻3采用兆欧级阻值而第二滤波电阻4阻值为百千欧，是因为第一滤波电阻3右侧的电磁场强度远大于第二滤波电阻4右侧的电磁强度，而兆欧级电阻在同等电磁功率下发热比百千欧级更小，故在高强度电磁位置采用高阻值电阻以降低电阻发热，低电磁强度位置采用低阻值电阻以降低电阻对绝缘片2上的直流分压。

上述各实施例中，第一滤波电阻3与第二滤波电阻4之间具有一预先设定的距离，以使第一滤波电阻3右侧直流高压线8上的电磁波对第二滤波电阻4左侧直流高压线8的辐射可以忽略。其中，预先设定的距离为1.2米以上。

在实际工作过程中，内外方盒间的电磁场会穿过绝缘片2沿着直流高压线8传播，如果得不到有效扼制，该电磁场不仅会影响耦合器的能量传输效率，而且会传播到直流高压电源1，从而对直流高压电源1造成严重干扰，影响系统运行稳定性。为解决此问题，传统偏压结构中在直流高压线8上串联扼流线圈或电感，但效果不可靠。而本发明采用的滤波电阻能有效扼制沿着直流高压线8传播的电磁场。

两滤波电阻的滤波效果如图5所示，直流高压电源1的电压回读值随电磁干扰的增大而远离设定电压(无干扰情况下直流高压电源1的回读值应等于设定电压)，由此可知，采用串联的两滤波电阻滤波后，电磁干扰显著降低。

综上所述，本发明的偏压结构降低了原有结构的复杂度，同时有效解决了扼制电磁场沿直流高压线8传播的问题，结构简单，滤波效果显著，在相关领域可以开展实际应用。

上述各实施例仅用于说明本发明，各部件的结构、尺寸、设置位置及形状都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种用于加速器射频谐振腔高功率输入耦合器的偏压结构，其特征在于：包括直流高压电源、第一滤波电阻和第二滤波电阻；所述直流高压电源通过直流高压线经短路板端与耦合器内导体连接，用于给耦合器内导体提供直流高压，使耦合器内外导体之间形成电压差，产生恒定电场，从而破坏耦合器内外导体之间二次电子倍增现象的形成条件；位于所述直流高压线上设置有所述第一滤波电阻和第二滤波电阻，两个滤波电阻串联，用于扼制所述直流高压线上的电磁场传播；所述第一滤波电阻靠近短路板端用于一级滤波，所述第二滤波电阻远离所述短路板端用于二级滤波，所述第一滤波电阻左侧导线上电磁场强度经一级滤波后远小于所述第一滤波电阻右侧导线电磁场强度，所述第二滤波电阻左侧导线上电磁场强度经二级滤波后远小于所述第二滤波电阻右侧导线上电磁场强度。

2.如权利要求1所述偏压结构，其特征在于：所述耦合器内导体与内方盒连接处设置有绝缘片，用于隔绝耦合器内外导体，同时隔绝耦合器内导体与射频功率源端内导体，使耦合器外导体接地，直流高压能单独施加于耦合器内导体，而不施加于射频功率源端内导体以免击毁功率源。

3.如权利要求2所述偏压结构，其特征在于：串联的所述第一滤波电阻和第二滤波电阻的滤波原理为：串联电阻切断了电磁波传播的金属导线，阻止了电磁波沿直流高压线的正常传播，从而迫使电磁波传到串联的滤波电阻处被迫反射，所以串联电阻右侧的直流高压线在电阻反射作用下成为一根直线天线向全空间辐射电磁波而不是纯粹向左侧传播电磁波，串联电阻左侧的直流高压线只能接收右侧直流高压线上辐射过来的极少部分电磁波，达到了制电磁波传播的作用。

4.如权利要求3所述偏压结构，其特征在于：滤波电阻的滤波效果与滤波电阻阻值呈现正相关关系，滤波电阻发热损耗量随阻值增加呈现先增后减关系。

5.如权利要求1至4任一项所述偏压结构，其特征在于：所述第一滤波电阻阻值为兆欧级，用于对来自其右侧的电磁场进行一级滤波；所述第二滤波电阻阻值为100千欧级，用于对所述直流高压线上的电磁场进行二级滤波。

6.如权利要求1至4任一项所述偏压结构，其特征在于：所述第一滤波电阻与所述第二滤波电阻之间具有一预先设定的距离。