CN116053745B - Sled脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构 - Google Patents
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Abstract
本发明关于一种SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构，包括谐振腔和调谐装置，所述谐振腔左侧端面设有供能量注入的耦合孔；调谐装置包括通过谐振腔右侧端面与谐振腔同轴连通的调谐活塞和用于防止该调谐活塞与外界空气接触的真空密封部；所述调谐活塞包括内径小于谐振腔最小内径的活塞套筒、滑动设置在该活塞套筒内的活塞以及用于驱动活塞运动的活塞杆，该活塞杆末端与真空密封部右侧固定；所述真空密封部能够进行左右伸缩并带动活塞杆运动，从而调整活塞在活塞套筒内的位置实现调谐目的。本发明调谐范围大、不会损坏储能谐振腔端面，使用寿命长、操作简单，并且可作失谐器使用。
Description
技术领域
本发明属微波脉冲压缩技术领域，涉及一种SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构。
背景技术
SLED脉冲压缩技术是一种获得高功率微波脉冲输出的有效方法，因其具有结构紧凑、工作稳定、效率较高的优势而广泛应用于粒子加速器领域，其主要技术途径是先将长脉冲低功率微波脉冲输入到高品质因数谐振腔中储能，然后再从谐振腔中快速提取能量，从而实现微波功率放大。
储能谐振腔是SLED脉冲压缩系统的核心部件，其谐振频率需与微波源输出微波脉冲的频率高度一致才能实现高效的储能。由于储能谐振腔的品质因子较大，储能谐振腔能容许的频率偏差非常小，但由于SLED脉冲压缩系统存在加工误差，这会导致储能谐振腔的谐振频率与设计频率产生偏差；另一方面，环境温度的变化也会导致储能谐振腔的谐振频率产生变化。因此，SLED脉冲压缩系统的储能谐振腔通常需要设计调谐结构，通过把储能谐振腔的谐振频率调谐到与微波源频率一致来提高储能效率。文献(熊正锋.基于大功率速调管产生高功率微波技术研究[D].北京：清华大学博士学位论文，2016.)中提出了利用储能谐振腔端板强迫变形的调谐方法，但强迫形变有限，仅可以对储能谐振腔进行约±1MHz的频率微调，且储能谐振腔端板在强迫变形后完全靠自身弹性恢复，其恢复能力较差，多次使用后其调谐效果变差且会损坏储能谐振腔端面，因此该方法使用寿命短。
另外，为了确保高功率容量，SLED脉冲压缩系统要求工作在高真空状态(10-5Pa)，因此需对储能谐振腔、调谐结构等进行真空密封设计。
发明内容
针对传统SLED脉冲压缩系统中储能谐振腔调谐范围小、使用寿命短的问题，本发明提出了一种SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构，通过在储能谐振腔端面增加一段小半径的圆柱波导，设计一个调谐活塞，并通过真空密封部实现真空密封，可方便实现较大范围的频率调谐。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构，包括谐振腔和调谐装置，所述谐振腔左侧端面设有供能量注入的耦合孔；调谐装置包括通过谐振腔右侧端面与谐振腔同轴连通的调谐活塞和用于防止该调谐活塞与外界空气接触的真空密封部；所述调谐活塞包括内径小于谐振腔做小内径的活塞套筒、滑动设置在该活塞套筒内的活塞以及用于驱动活塞运动的活塞杆，该活塞杆末端与真空密封部右侧固定；所述真空密封部能够进行左右伸缩并带动活塞杆运动，从而调整活塞在活塞套筒内的位置实现调谐目的。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构，所述活塞套筒的内径大于谐振腔最小内径的1/3且小于谐振腔最小内径的2/3。
前述的SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构，活塞在活塞套筒内的最大行程大于等于活塞套筒。
前述的SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构，所述活塞和活塞杆一体成型。
前述的SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构，所述真空密封部包括能够左右伸缩的波纹管，该波纹管左端与谐振腔密封固定，右侧与密封端板密封固定，所述活塞杆末端固定在该密封端板上。
前述的SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构，所述调谐装置还包括防止波纹管受到外力的保护罩和穿过该保护罩为密封端板提供左右移动动力的调谐螺杆，所述保护罩固定在谐振腔上。
前述的SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构，所述保护罩上还固定有用于支撑调谐螺杆并与螺母配合实现调谐螺杆轴向限位的支撑结构。
前述的SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构，该调谐装置的调谐范围能够达到10MHz，使该调谐结构能够在活塞达到最小或/和最大行程时，作为失谐器使用。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：
(1)调谐范围可达10MHz。增加调谐活塞后，当活塞套筒内径为谐振腔最小内径1/2时，通过调谐活塞的前后移动调节小半径圆柱波导的长度，储能谐振腔的调谐范围可达10MHz。
(2)不会损坏储能谐振腔端面，使用寿命长。调谐活塞不会强迫储能谐振腔端板产生形变，对储能谐振腔本身不会产生损坏，可延长储能谐振腔的使用寿命。
(3)操作简单。具体操作时，只需要旋动螺母带动螺杆，让调谐活塞进行向前或者向后运动即可。
(4)可作失谐器使用。当调谐范围达到10MHz时，调谐后谐振腔频率与输入微波信号频率的差值能够达到5MHz,可作为失谐器使用。由此使得当微波系统不需要储能谐振腔工作时，可通过调谐使得谐振腔的谐振频率远离输入微波信号频率，此时，输入微波信号会产生全反射从系统输出通道输出。附图说明
图1为本发明SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构的立体示意图；
图2为本发明SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构的平面示意图；
图3为本发明调谐装置示意图。
【主要元件符号说明】
1-谐振腔
2-波纹管与谐振腔焊接点
3-波纹管
4-波纹管与螺杆焊接点
5-保护罩
6-支撑结构
7-螺母
8-调谐螺杆
9-波纹管与活塞杆焊接点
10-活塞杆
11-活塞
12-活塞套筒
13-耦合孔
14-调谐装置
15-密封端板
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图1-3，其为本发明SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构的各部分结构示意图，该SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构包括谐振腔1和调谐装置14，所示谐振腔1左侧端面设有供能量注入的耦合孔13，右侧端面与调谐装置14连接，该调谐装置14包括活塞套筒12、活塞11、活塞杆10以及真空密封部，所述活塞套筒12内径小于谐振腔1的最小内径；其固定在谐振腔1右侧端面上并与谐振腔1连通，且该活塞套筒12与谐振腔1同轴。
在该实施例中，定义活塞套筒12内径为RO，谐振腔1最小内径为R，则1/3R<RO<2/3R，在该尺寸范围内，谐振装置能够适当扰动谐振腔末端的场分布，既能实现较大范围的频率调整，又能够控制频率调整的精度，实现精准控制，起到很好的调谐作用。可有效避免活塞套筒12因内径较大，对谐振腔的场分布产生较大干扰，使得活塞滑动时，频率变化较快、较大，无法满足精确调谐的需求，影响谐振腔正常工作；同时可防止活塞套筒内径过小，对谐振腔末端的场分布扰动太小，调谐范围有限的问题。
所述活塞11位于该活塞套筒12内与该活塞套筒12小间隙配合(活塞11半径略小于活塞套筒12的内半径)并通过其右侧固定的活塞杆10的驱动实现在活塞套筒12内的左右移动，从而改变储能谐振腔1的谐振频率。在该实施例中，所述活塞11和活塞杆10为一体加工，但并不限定由此。
所述真空密封部与所述谐振腔1右侧密封固定，所述活塞套筒12以及活塞杆10均位于该真空密封部内，且所述活塞杆10末端与该真空密封部固定，并能够在驱动活塞11运动时带动真空密封部进行轴向伸缩运动。
在该实施例中，所述真空密封部包括能够轴向伸缩的波纹管3，该波纹管3左端通过波纹管与谐振腔焊接点2直接与谐振腔1的右侧端面焊接固定，右端则与密封端板15密封固定形成封闭腔体，所述活塞杆10右端则通过波纹管与活塞杆焊接点9直接与密封端板15焊接，从而能够通过密封端板15带动活塞杆10左右运动，同时实现活塞11在活塞套筒12内的移动和波纹管3的轴向伸缩。
在该实施例中，所述调谐装置14还包括保护罩5和调谐螺杆8，所述保护罩5固定在谐振腔1上并罩在波纹管3外，对波纹管3起保护作用，防止其收到外力挤压等，所述调谐螺杆8支撑在该保护罩5上且与密封端板15固定，通过密封端板15带动活塞杆运动。
所述保护罩5为封闭结构，波纹管3位于该封闭结构的腔体内，调谐螺杆8由该保护罩5右侧的通孔伸出，且该保护罩5右侧还固定有支撑结构6，所述调谐螺杆8穿过所述支撑结构6上的通孔并被两个螺母7锁紧固定在该支撑结构6上，实现轴向限位。上述两个螺母7分别位于支撑结构6的两侧，与支撑结构6配合实现对调谐螺杆8轴向两个方向的限位，当需要调谐时，仅需拧动两个螺母7就可拉动调谐螺杆8，进而带动活塞移动，实现调谐。
在该实施例中，所述调谐螺杆8通过波纹管与螺杆焊接点4直接与波纹管3右侧的密封端板15焊接，所述保护罩5直接焊接在谐振腔1的外壁上，但并不限定于此。
在该实施例中，所述活塞在活塞套筒12内的滑动行程大于等于活塞套筒内径，由此使得该调谐装置的调谐范围能够达到2MHz以上，满足使用需求，且本发明活塞套筒12的内径RO在1/3R和2/3R之间，从而能够实现更精准的调谐，由此本发明调谐装置能够实现较大范围以及较大调整精度的调谐，满足使用需求。
在本发明实施例中，所述谐振腔1整体呈圆柱型，且由左到右，该谐振腔1沿其轴向包括第一小径段、第一变径段、大径段、第二变径段以及第二小径段，其中第一小径段和第二小径段的长度以及直径完全一致，第一变径段和第二变径段互为镜像；其中耦合孔13位于第一小径段左侧端面处，调谐装置位于第二小径段右侧，所述活塞套筒12的内径小于第一小径段和第二小径段的内径。
本发明SLED脉冲压缩系统调谐结构，通过在SLED脉冲压缩系统储能谐振腔端面增加一段小半径的圆柱波导，设计一个调谐活塞，并通过焊接波纹管实现真空密封，通过拉动活塞改变小半径圆柱波导的长度，进而实现对储能谐振腔谐振频率的调谐，再通过在活塞外面罩上一个焊接波纹管来实现储能谐振腔的真空密封。
实际运用如下：通过旋动螺母带动螺杆移动，螺杆拉动活塞移动，改变谐振腔的尺寸，进而实现频率调谐。
实施例1，输入微波信号为X波段，活塞套筒内径为15mm,谐振腔最小内径为30mm,调谐活塞滑动20mm范围，即在该实施例中，活塞套筒内径取谐振腔做小内径的1/2，活塞最大行程大于活塞套筒内径，由表1可知，谐振腔可以实现调谐范围达到10MHz，且在活塞行程与活塞套筒内径一致后，继续增大活塞行程，频率不再变化。
表1为实施例1X波段SLED脉冲压缩系统改变调谐活塞位置时所对应的储能谐振腔谐振频率。
在现有工作时，谐振腔需要的调谐频率范围通常小于2MHz，与输入微波信号的频率差距较小，通常需要设计额外的失谐装置来对谐振腔进行解谐，让谐振腔不工作，若没有失谐装置，而又不需要SLED脉冲压缩系统工作时，就需要把脉冲压缩系统拆除掉，再连接一些连接波导，微波系统才能工作。而在该实施例中，本发明调谐装置的调谐范围能够达到10MHz，可通过调谐使谐振腔的工作频率与输入微波信号的频率差距较大，此时，谐振腔相当于一个全反射器，输入的微波信号经谐振腔全反射从输出通道输出，此时，脉冲压缩系统不工作，也不用拆除，也不影响系统的正常工作，因此，本调谐结构还可作为失谐器使用。即当微波系统不需要本发明储能谐振腔工作时，可通过调谐使得谐振腔的谐振频率远离输入微波信号频率，使输入微波信号产生全反射从系统输出通道输出，此时该调谐结构作为失谐器使用，实用性更强。
所述调谐结构在活塞达到最大行程或/和最小行程时，与输入微波信号的差值最大，实验表明，当该差值达到5MHz时，输入微波信号产生全反射从系统输出通道输出，该调谐结构能够作为失谐器使用。
实施例2，输入微波信号为X波段，活塞套筒内径为20mm,谐振腔最小内径为30mm,调谐活塞滑动35mm范围，由表2可知，谐振腔调谐范围可以实现调谐范围达到50MHz，在活塞滑动行程达到30mm后，频率不再变化，但在该实施例中，谐振腔频率变化较敏感，不利于精确调节。
表2为实施例2X波段SLED脉冲压缩系统改变调谐活塞位置时所对应的储能谐振腔谐振频率。
实施例3，输入微波信号为X波段，活塞套筒内径为10mm,谐振腔最小内径为30mm,调谐活塞滑动20mm范围，由表3可知，谐振腔调谐范围可以实现调谐范围达到2MHz，在活塞滑动行程达到10mm后，频率不再变化。
表3为实施例3X波段SLED脉冲压缩系统改变调谐活塞位置时所对应的储能谐振腔谐振频率。
由以上实施例可以看出，本发明活塞套筒内径约为谐振腔最小内径1/2，且活塞行程大于活塞套筒内径时，调谐范围和调谐敏感性最适宜，活塞套筒内径增大至谐振腔最小内径的2/3时，调谐范围和调谐敏感性均过大，对谐振腔影响过大，可能会干扰谐振腔正常工作；当活塞套筒内径减小至谐振腔最小内径的1/3时，调谐范围过小。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构，其特征在于：包括谐振腔和调谐装置，所述谐振腔左侧端面设有供能量注入的耦合孔；调谐装置包括通过谐振腔右侧端面与谐振腔同轴连通的调谐活塞和用于防止该调谐活塞与外界空气接触的真空密封部；所述调谐活塞包括内径小于谐振腔最小内径的活塞套筒、滑动设置在该活塞套筒内的活塞以及用于驱动活塞运动的活塞杆，该活塞杆末端与真空密封部右侧固定；所述真空密封部能够进行左右伸缩并带动活塞杆运动，从而调整活塞在活塞套筒内的位置实现调谐目的；活塞在活塞套筒内的最大行程大于等于活塞套筒内径；
所述活塞套筒的内径大于谐振腔最小内径的1/3且小于谐振腔最小内径的2/3，在该尺寸范围内，调谐装置能够适当扰动谐振腔末端的场分布，既能实现较大范围的频率调整，又能够控制频率调整的精度。
2.根据权利要求1所述的SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构，其特征在于：所述活塞套筒的内径等于谐振腔最小内径的1/2。
3.根据权利要求1所述的SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构，其特征在于：所述活塞和活塞杆一体成型。
4.根据权利要求1所述的SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构，其特征在于：所述真空密封部包括能够左右伸缩的波纹管，该波纹管左端与谐振腔密封固定，右侧与密封端板密封固定，所述活塞杆末端固定在该密封端板上。
5.根据权利要求4所述的SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构，其特征在于：所述调谐装置还包括防止波纹管受到外力的保护罩和穿过该保护罩为密封端板提供左右移动动力的调谐螺杆，所述保护罩固定在谐振腔上。
6.根据权利要求5所述的SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构，其特征在于：所述保护罩上还固定有用于支撑调谐螺杆并与螺母配合实现调谐螺杆轴向限位的支撑结构。
7.根据权利要求2所述的SLED脉冲压缩系统储能谐振腔调谐结构，其特征在于：所述调谐装置的调谐范围能够达到10MHz，使该调谐结构能够在活塞达到最小或/和最大行程时，作为失谐器使用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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