DE102011075480A1

DE102011075480A1 - RF generator

Info

Publication number: DE102011075480A1
Application number: DE102011075480A
Authority: DE
Inventors: Oliver Heid; Timothy Hughes
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-05-09
Filing date: 2011-05-09
Publication date: 2012-11-15
Also published as: WO2012152341A1; RU2012102617A; RU2597004C2

Abstract

Ein HF-Generator weist eine Mehrzahl von Festkörperschaltern, eine Mehrzahl von Horn-Wellenleitern und einen zylindrischen Hohlleiter auf. Die Längsachsen der Horn-Wellenleiter und des Hohlleiters sind jeweils in eine z-Richtung orientiert. Jeder der Horn-Wellenleiter weist ein erstes Längsende und ein zweites Längsende auf. Der Hohlleiter weist ein drittes Längsende auf. Bei jedem der Horn-Wellenleiter ist eine in einer x-y-Ebene angeordnete erste Querschnittsfläche am ersten Längsende kleiner als eine in einer x-y-Ebene angeordnete zweite Querschnittsfläche am zweiten Längsende. Das zweite Längsende jedes Horn-Wellenleiters ist am dritten Längsende des Hohlleiters angeordnet. Je ein Festkörperschalter ist am ersten Längsende eines jeden Horn-Wellenleiters angeordnet, um eine elektromagnetische Schwingung in dem jeweiligen Horn-Wellenleiter anzuregen.An RF generator has a plurality of solid-state switches, a plurality of horn waveguides and a cylindrical waveguide. The longitudinal axes of the horn waveguides and the waveguide are each oriented in a z-direction. Each of the horn waveguides has a first longitudinal end and a second longitudinal end. The waveguide has a third longitudinal end. In each of the Horn waveguides, a first cross-sectional area arranged in an x-y plane at the first longitudinal end is smaller than a second cross-sectional area arranged in an x-y plane at the second longitudinal end. The second longitudinal end of each horn waveguide is arranged at the third longitudinal end of the waveguide. A solid-state switch is arranged at the first longitudinal end of each horn waveguide in order to excite an electromagnetic oscillation in the respective horn waveguide.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen HF-Generator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie einen Teilchenbeschleuniger mit einem HF-Generator gemäß Patentanspruch 10. The present invention relates to an RF generator according to the preamble of claim 1 and a particle accelerator with an RF generator according to claim 10.

Es ist bekannt, HF-Leistung mit Tetroden, Klystrons oder anderen Vorrichtungen zu erzeugen. Es ist ferner bekannt, HF-Leistung mit Wellenleitern, beispielsweise mit Hohlleitern, zu führen. Bisherige Lösungen sehen vor, die HF-Leistung an einem ersten Ort zu erzeugen und dann mittels eines Wellenleiters an einen zweiten Ort zu transportieren, wo die HF-Leistung, beispielsweise mittels eines Dämpfungsglieds oder eines induktiven Kopplers, beispielsweise in eine HF-Kavität eingekoppelt wird. Bei einer solchen Anordnung treten an den Koppelstellen jedoch notwendigerweise Leistungsverluste auf. Außerdem weisen derartige Anordnungen einen hohen Platzbedarf auf. It is known to generate RF power with tetrodes, klystrons or other devices. It is also known to conduct RF power with waveguides, for example with waveguides. Previous solutions provide to generate the RF power at a first location and then to transport by means of a waveguide to a second location where the RF power, for example by means of an attenuator or an inductive coupler, for example, coupled into an RF cavity , In such an arrangement, however, power losses necessarily occur at the coupling points. In addition, such arrangements require a lot of space.

Es ist außerdem bekannt, HF-Kavitäten mit integrierten Antriebsvorrichtungen zu versehen, um eine hochfrequente elektromagnetische Schwingung in der Kavität anzuregen. Eine solche HF-Kavität ist beispielsweise in der EP 0 606 870 A1 beschrieben. It is also known to provide RF cavities with integrated drive devices to excite high-frequency electromagnetic oscillation in the cavity. Such an RF cavity is for example in the EP 0 606 870 A1 described.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung bereitzustellen, bei der die Erzeugung von HF-Leistung und die Weiterleitung der erzeugten HF-Leistung durch dieselbe Vorrichtung geleistet werden. Diese Aufgabe wird durch einen HF-Generator mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Es ist außerdem Aufgabe der vorliegend Erfindung, einen Teilchenbeschleuniger mit einem derartigen HF-Generator bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch einen Teilchenbeschleuniger mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. The object of the present invention is to provide a device in which the generation of RF power and the transmission of the generated RF power are performed by the same device. This object is achieved by an RF generator having the features of patent claim 1. It is also an object of the present invention to provide a particle accelerator with such an RF generator. This object is achieved by a particle accelerator having the features of patent claim 10. Preferred developments are specified in the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßer HF-Generator umfasst eine Mehrzahl von Festkörperschaltern, eine Mehrzahl von Horn-Wellenleitern und einen zylindrischen Hohlleiter. Dabei sind die Längsachsen der Horn-Wellenleiter und des Hohlleiters jeweils in eine z-Richtung orientiert. Jeder der Horn-Wellenleiter weist ein erstes Längsende und ein zweites Längsende auf. Der Hohlleiter weist ein drittes Längsende auf. Bei jedem der Horn-Wellenleiter ist eine in einer x-y-Ebene angeordnete erste Querschnittsfläche am ersten Längsende kleiner als eine in einer x-y-Ebene angeordnete zweite Querschnittsfläche am zweiten Längsende. Das zweite Längsende jedes Horn-Wellenleiters ist am dritten Längsende des Hohlleiters angeordnet. Außerdem ist je ein Festkörperschalter am ersten Längsende eines jeden Horn-Wellenleiters angeordnet, um eine elektromagnetische Schwingung in dem jeweiligen Horn-Wellenleiter anzuregen. Vorteilhafterweise wird bei diesem HF-Generator die HF-Leistung direkt in den Horn-Wellenleitern angeregt und durch diese in den Hohlleiter weitergeleitet, der sie zu einem Verbraucher transportiert. Dadurch reduzieren sich die Komplexität und die Herstellungskosten des HF-Generators. Ein weiterer Vorteil besteht in der Verwendung der Festkörperschalter, die gegenüber herkömmlichen Vorrichtungen zur Erzeugung von HF-Leistung eine erhöhte Flexibilität bieten und dabei kompakter und kostengünstiger ausgeführt werden können. Vorteilhaft ist auch, dass die Horn-Wellenleiter eine Impedanztransformation zwischen der niedrigen Impedanz der Festkörperschalter und der hohen Impedanz des Hohlleiters vornehmen. An inventive RF generator comprises a plurality of solid-state switches, a plurality of horn waveguides and a cylindrical waveguide. The longitudinal axes of the horn waveguide and the waveguide are each oriented in a z-direction. Each of the horn waveguides has a first longitudinal end and a second longitudinal end. The waveguide has a third longitudinal end. In each of the horn waveguides, a first cross-sectional area disposed in an x-y plane is smaller at the first longitudinal end than a second cross-sectional area disposed at an x-y plane at the second longitudinal end. The second longitudinal end of each horn waveguide is disposed at the third longitudinal end of the waveguide. In addition, each solid-state switch is disposed at the first longitudinal end of each horn waveguide to excite electromagnetic vibration in the respective horn waveguide. Advantageously, in this RF generator, the RF power is excited directly in the horn waveguides and forwarded by them in the waveguide, which transports them to a consumer. This reduces the complexity and manufacturing costs of the HF generator. Another advantage is the use of solid state switches, which offer increased flexibility over conventional RF power generation devices and can be made more compact and less expensive. It is also advantageous that the horn waveguides perform an impedance transformation between the low impedance of the solid-state switch and the high impedance of the waveguide.

Bevorzugt ist mindestens einer der Festkörperschalter in einer x-z-Ebene angeordnet. Vorteilhafterweise kann der Festkörperschalter dann eine hochfrequente elektromagnetische Spannung zwischen zwei einander gegenüberliegenden Wänden des dem Festkörperschalter zugeordneten Horn-Wellenleiters anlegen. Preferably, at least one of the solid-state switches is arranged in an x-z plane. Advantageously, the solid-state switch can then apply a high-frequency electromagnetic voltage between two opposite walls of the solid-state switch associated with the horn waveguide.

Es ist zweckmäßig, dass mindestens einer der Festkörperschalter einen ersten Ausgangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss aufweist, wobei der erste Ausgangsanschluss auf einer Oberseite des Festkörperschalters und der zweite Ausgangsanschluss auf einer Unterseite des Festkörperschalters angeordnet ist und wobei der erste Ausgangsanschluss elektrisch leitend mit einer ersten Wand eines Horn-Wellenleiters verbunden ist und der zweite Ausgangsanschluss elektrisch leitend mit einer der ersten Wand gegenüberliegenden zweiten Wand desselben Horn-Wellenleiters verbunden ist. Vorteilhafterweise kann der Festkörperschalter dann als zweiseitiges Modul ausgeführt sein und erlaubt eine einfache Integration mit dem dem Festkörperschalter zugeordneten Horn-Wellenleiter. It is expedient that at least one of the solid-state switches has a first output terminal and a second output terminal, wherein the first output terminal is disposed on an upper surface of the solid state switch and the second output terminal is disposed on a lower surface of the solid state switch and wherein the first output terminal is electrically conductive with a first wall of a solid state switch Horn waveguide is connected and the second output terminal is electrically connected to a first wall opposite the second wall of the same horn waveguide. Advantageously, the solid state switch can then be designed as a two-sided module and allows easy integration with the solid state switch associated horn waveguide.

Bevorzugt weist der Hohlleiter einen rechteckigen Querschnitt auf. Vorteilhafterweise verfügt ein Hohlleiter mit rechteckigem Querschnitt über geeignete Schwingungsmoden, beispielsweise über eine TE10-Schwingungsmode. Preferably, the waveguide has a rectangular cross-section. Advantageously, a waveguide with a rectangular cross section has suitable vibration modes, for example via a TE10 vibration mode.

Besonders bevorzugt weist auch mindestens einer der Horn-Wellenleiter einen rechteckigen Querschnitt auf. Particularly preferably, at least one of the horn waveguides has a rectangular cross section.

In einer Ausführungsform des HF-Generators weitet sich mindestens einer der Horn-Wellenleiter zwischen seinem ersten Längsende und seinem zweiten Längsende in y-Richtung auf. In one embodiment of the RF generator, at least one of the horn waveguides expands between its first longitudinal end and its second longitudinal end in the y-direction.

In einer Weiterbildung des HF-Generators weitet sich mindestens einer der Horn-Wellenleiter zwischen seinem ersten Längsende und seinem zweiten Längsende in x-Richtung auf. In a development of the HF generator, at least one of the horn waveguides expands between its first longitudinal end and its second longitudinal end in the x direction.

Besonders bevorzugt sind der Hohlleiter und die Horn-Wellenleiter einstückig ausgebildet. Vorteilhafterweise werden dadurch Verluste an den Übergängen zwischen den Horn-Wellenleitern und dem Hohlleiter minimiert. Particularly preferably, the waveguide and the horn waveguide are integrally formed. Advantageously, this minimizes losses at the junctions between the horn waveguides and the waveguide.

In einer Weiterbildung des HF-Generators weist der Hohlleiter ein viertes Längsende auf, das mit einer HF-Kavität verbunden ist. Vorteilhafterweise kann die durch den HF-Generator erzeugte HF-Leistung dann in die HF-Kavität geführt und dort weiter verwendet werden. In a development of the HF generator, the waveguide has a fourth longitudinal end, which is connected to an HF cavity. Advantageously, the RF power generated by the RF generator can then be guided into the RF cavity and used there further.

Ein erfindungsgemäßer Teilchenbeschleuniger weist einen HF-Generator der vorgenannten Art auf. Vorteilhafterweise kann der Teilchenbeschleuniger die durch den HF-Generator erzeugte HF-Leistung dann zur Beschleunigung geladener Teilchen verwenden. A particle accelerator according to the invention has an HF generator of the aforementioned type. Advantageously, the particle accelerator may then use the RF power generated by the RF generator to accelerate charged particles.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei zeigen: The invention will now be explained in more detail with reference to the accompanying figures. Showing:

1 einen Schnitt durch einen HF-Generator; und 1 a section through an RF generator; and

2 eine Aufsicht auf den HF-Generator. 2 a view of the HF generator.

1 zeigt einen Schnitt durch einen HF-Generator 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Der HF-Generator 100 dient zur Erzeugung hochfrequenter elektromagnetischer Wellen mit hoher Leistung. Die durch den HF-Generator 100 erzeugte HF-Leistung kann beispielsweise in einem Teilchenbeschleuniger zur Beschleunigung geladener Teilchen genutzt werden. 1 shows a section through an RF generator 100 according to an embodiment of the invention. The HF generator 100 is used to generate high frequency electromagnetic waves with high power. The through the HF generator 100 generated RF power can be used for example in a particle accelerator to accelerate charged particles.

In 1 ist der HF-Generator an einer y-z-Ebene geschnitten dargestellt. Die z-Richtung entspricht einer Längsrichtung des HF-Generators 100 und auch der Richtung eines Energieflusses 110, in die die durch den HF-Generator 100 erzeugte HF-Leistung geleitet wird. In 1 the RF generator is shown cut at a yz plane. The z-direction corresponds to a longitudinal direction of the HF generator 100 and also the direction of an energy flow 110 into the through the RF generator 100 generated RF power is passed.

2 zeigt eine Aufsicht auf den HF-Generator 100. In 2 ist auch eine Schnittlinie I-I dargestellt, an der der HF-Generator 100 in der Darstellung der 1 geschnitten ist. 2 shows a view of the RF generator 100 , In 2 is also shown a section line II, where the RF generator 100 in the presentation of the 1 is cut.

Der HF-Generator 100 umfasst einen ersten Festkörperschalter 210, einen zweiten Festkörperschalter 220 und einen dritten Festkörperschalter 230. Ferner umfasst der HF-Generator 100 einen ersten Horn-Wellenleiter 310, einen zweiten Horn-Wellenleiter 320 und einen dritten Horn-Wellenleiter 330. Ferner umfasst der HF-Generator 100 einen Hohlleiter 400. Der HF-Generator 100 umfasst somit sowohl Mittel zum Erzeugen von HF-Leistung als auch Mittel zum Führen der erzeugten HF-Leistung. Dadurch weist der HF-Generator 100 gegenüber herkömmlichen HF-Generatoren eine reduzierte Komplexität auf und lässt sich kostengünstiger herstellen. The HF generator 100 includes a first solid state switch 210 , a second solid-state switch 220 and a third solid state switch 230 , Furthermore, the RF generator includes 100 a first horn waveguide 310 , a second horn waveguide 320 and a third horn waveguide 330 , Furthermore, the RF generator includes 100 a waveguide 400 , The HF generator 100 thus comprises both means for generating RF power and means for guiding the generated RF power. This indicates the HF generator 100 compared to conventional RF generators a reduced complexity and can be produced more cheaply.

Die Zahl der Festkörperschalter 210, 220, 230 entspricht der Zahl der Horn-Wellenleiter 310, 320, 330 des HF-Generators 100. Es könnten auch weniger als drei Festkörperschalter 210, 220, 230 und Horn-Wellenleiter 310, 320, 330 oder mehr als drei Festkörperschalter 210, 220, 230 und Horn-Wellenleiter 310, 320, 330 vorgesehen sein. The number of solid state switches 210 . 220 . 230 corresponds to the number of horn waveguides 310 . 320 . 330 of the HF generator 100 , There could also be less than three solid-state switches 210 . 220 . 230 and horn waveguide 310 . 320 . 330 or more than three solid-state switches 210 . 220 . 230 and horn waveguide 310 . 320 . 330 be provided.

Die Festkörperschalter 210, 220, 230 sind in x-Richtung hintereinander angeordnet. Die Horn-Wellenleiter 310, 320, 330 sind ebenfalls in x-Richtung hintereinander angeordnet. Je ein Festkörperschalter 210, 220, 230 und ein Horn-Wellenleiter 310, 320, 330 sind in z-Richtung hintereinander angeordnet. Der Hohlleiter 400 ist in z-Richtung hinter den Horn-Wellenleitern 310, 320, 330 angeordnet. The solid state switch 210 . 220 . 230 are arranged one behind the other in the x-direction. The horn waveguide 310 . 320 . 330 are also arranged in the x-direction one behind the other. One solid state switch each 210 . 220 . 230 and a horn waveguide 310 . 320 . 330 are arranged in the z-direction one behind the other. The waveguide 400 is in the z direction behind the horn waveguides 310 . 320 . 330 arranged.

Der erste Festkörperschalter 210 umfasst eine Leiterplatte 213, die in einer x-z-Ebene angeordnet ist. Die Leiterplatte 213 weist eine in positive y-Richtung weisende Oberseite 214 und eine in negative y-Richtung weisende Unterseite 215 auf. The first solid state switch 210 includes a printed circuit board 213 which is arranged in an xz plane. The circuit board 213 has a top in positive y-direction 214 and a bottom pointing in the negative y direction 215 on.

Auf der Leiterplatte 213 des ersten Festkörperschalters 210 sind ein oder mehrere Transistoren 216 angeordnet, die zum Schalten von HF-Leistung ausgebildet sind. Bei dem einen oder den mehreren Transistoren 216 handelt es sich bevorzugt um Halbleitertransistoren, beispielsweise um SiC-JFETs. Die Transistoren 216 können auf der Oberseite 214, der Unterseite 215 oder sowohl auf der Oberseite 214 als auch auf der Unterseite 215 der Leiterplatte 213 des ersten Festkörperschalters 210 angeordnet sein. On the circuit board 213 of the first solid-state switch 210 are one or more transistors 216 arranged, which are designed for switching RF power. In the one or more transistors 216 these are preferably semiconductor transistors, for example SiC-JFETs. The transistors 216 can on the top 214 , the bottom 215 or both on the top 214 as well as on the bottom 215 the circuit board 213 of the first solid-state switch 210 be arranged.

Weiter weist der erste Festkörperschalter 210 einen ersten Ausgangsanschluss 211 auf, der auf der Oberseite 214 der Leiterplatte 213 angeordnet ist. Außerdem weist der erste Festkörperschalter 210 einen zweiten Ausgangsanschluss 212 auf, der auf der Unterseite 215 der Leiterplatte 213 angeordnet ist. Zwischen den Ausgangsanschlüssen 211, 212 kann der erste Festkörperschalter 210 eine hochfrequente elektrische Spannung anlegen, die durch den einen oder die mehreren Transistoren 216 geschaltet wird. Next, the first solid state switch 210 a first output terminal 211 on top of that 214 the circuit board 213 is arranged. In addition, the first solid state switch 210 a second output port 212 on top of that on the bottom 215 the circuit board 213 is arranged. Between the output terminals 211 . 212 can be the first solid state switch 210 apply a high frequency electrical voltage through the one or more transistors 216 is switched.

Weiter weist der erste Festkörperschalter 210 eine in den Figuren nicht dargestellte Spannungsversorgung auf, über die der erste Festkörperschalter 210 mit elektrischer Leistung versorgt wird. Next, the first solid state switch 210 a power supply, not shown in the figures, via which the first solid state switch 210 is supplied with electrical power.

Der erste Horn-Wellenleiter 310 ist als metallischer Hohlleiter ausgebildet, dessen Querschnittsfläche in z-Richtung zwischen einem ersten Längsende 311 des ersten Horn-Wellenleiters 310 und einem zweiten Längsende 312 des ersten Horn-Wellenleiter 310 zunimmt. Zwischen dem ersten Längsende 311 und dem zweiten Längsende 312 weist der erste Horn-Wellenleiter 310 eine Mittenposition 313 auf. Zwischen dem ersten Längsende 311 und der Mittenposition 313 erstreckt sich ein erster Abschnitt 314 des ersten Horn-Wellenleiters 310. Zwischen der Mittenposition 313 und dem zweiten Längsende 312 des ersten Horn-Wellenleiters 310 erstreckt sich ein zweiter Abschnitt 315 des ersten Horn-Wellenleiters 310. The first horn waveguide 310 is formed as a metallic waveguide whose cross-sectional area in the z-direction between a first longitudinal end 311 of the first horn waveguide 310 and a second longitudinal end 312 of the first horn waveguide 310 increases. Between the first longitudinal end 311 and the second longitudinal end 312 has the first horn waveguide 310 a middle position 313 on. Between the first longitudinal end 311 and the middle position 313 extends a first section 314 of the first horn waveguide 310 , Between the middle position 313 and the second longitudinal end 312 of the first horn waveguide 310 extends a second section 315 of the first horn waveguide 310 ,

Der erste Abschnitt 314 des ersten Horn-Wellenleiters 310 weist eine in positive y-Richtung weisende erste Wand 511 und eine in negative y-Richtung weisende zweite Wand 512 auf. Die erste Wand 511 und die zweite Wand 512 sind parallel zueinander orientiert. An der Mittenposition 313 des ersten Horn-Wellenleiters 310 geht die erste Wand 511 in eine dritte Wand 513 des zweiten Abschnitts 315 über. Außerdem geht die zweite Wand 512 an der Mittenposition 313 des ersten Horn-Wellenleiters 310 in eine vierte Wand 514 des zweiten Abschnitts 315 über. Die dritte Wand 513 und die vierte Wand 514 des zweiten Abschnitts 315 des ersten Horn-Wellenleiters 310 sind zueinander nicht parallel orientiert, sondern schließen einen vertikalen Öffnungswinkel 517 ein, der beispielsweise 90° betragen kann. The first paragraph 314 of the first horn waveguide 310 has a first wall pointing in the positive y-direction 511 and a second wall pointing in the negative y-direction 512 on. The first wall 511 and the second wall 512 are oriented parallel to each other. At the center position 313 of the first horn waveguide 310 go the first wall 511 in a third wall 513 of the second section 315 above. In addition, the second wall goes 512 at the center position 313 of the first horn waveguide 310 in a fourth wall 514 of the second section 315 above. The third wall 513 and the fourth wall 514 of the second section 315 of the first horn waveguide 310 are not oriented parallel to each other, but close a vertical opening angle 517 a, which may be for example 90 °.

Aus 2 ist ersichtlich, dass der erste Horn-Wellenleiter 310 außerdem eine fünfte Wand 515 aufweist, die senkrecht zur ersten Wand 511, zur zweiten Wand 512, zur dritten Wand 513 und zur vierten Wand 514 orientiert ist und die erste Wand 511 mit der zweiten Wand 512 des ersten Abschnitts 314 und die dritte Wand 513 mit der vierten Wand 514 des zweiten Abschnitts 315 verbindet. Außerdem weist der erste Horn-Wellenleiter 310 eine sechste Wand 516 auf, die ebenfalls senkrecht zur ersten Wand 511, zur zweiten Wand 512, zur dritten Wand 513 und zur vierten Wand 514 orientiert ist und die erste Wand 511 mit der zweiten Wand 512 des ersten Abschnitts 314 und die dritte Wand 513 mit der vierten Wand 514 des zweiten Abschnitts 315 verbindet. Die fünfte Wand 515 und die sechste Wand 516 des ersten Horn-Wellenleiters 310 schließen einen horizontalen Öffnungswinkel 518 ein, der sich in positive z-Richtung öffnet. Alle Wände 511, 512, 513, 514, 515, 516 des ersten Horn-Wellenleiters 310 bestehen aus einem elektrisch leitenden Material, bevorzugt aus einem Metall. Out 2 it can be seen that the first horn waveguide 310 also a fifth wall 515 which is perpendicular to the first wall 511 , to the second wall 512 , to the third wall 513 and to the fourth wall 514 is oriented and the first wall 511 with the second wall 512 of the first section 314 and the third wall 513 with the fourth wall 514 of the second section 315 combines. In addition, the first horn waveguide points 310 a sixth wall 516 on, which is also perpendicular to the first wall 511 , to the second wall 512 , to the third wall 513 and to the fourth wall 514 is oriented and the first wall 511 with the second wall 512 of the first section 314 and the third wall 513 with the fourth wall 514 of the second section 315 combines. The fifth wall 515 and the sixth wall 516 of the first horn waveguide 310 close a horizontal opening angle 518 one that opens in positive z-direction. All walls 511 . 512 . 513 . 514 . 515 . 516 of the first horn waveguide 310 consist of an electrically conductive material, preferably of a metal.

Der erste Ausgangsanschluss 211 des ersten Festkörperschalters 210 ist am ersten Längsende 311 des ersten Horn-Wellenleiters 310 elektrisch leitend mit der ersten Wand 511 des ersten Horn-Wellenleiters 310 verbunden. Der zweite Ausgangsanschluss 212 des ersten Festkörperschalters 210 ist am ersten Längsende 311 des ersten Horn-Wellenleiters 310 elektrisch leitend mit der zweiten Wand 512 des ersten Abschnitts 314 des ersten Horn-Wellenleiters 310 verbunden. Somit ist der erste Festkörperschalter 210 in die Lage versetzt, über seine Ausgangsanschlüsse 211, 212 eine hochfrequente elektrische Spannung zwischen der ersten Wand 511 und der zweiten Wand 512 des ersten Abschnitts 314 des ersten Horn-Wellenleiters 310 anzulegen, wodurch im ersten Horn-Wellenleiter 310 eine elektromagnetische Schwingung angeregt wird. Der erste Horn-Wellenleiter 310 leitet die durch den ersten Festkörperschalter 210 angeregte HF-Leistung an den Hohlleiter 400 weiter. The first output terminal 211 of the first solid-state switch 210 is at the first longitudinal end 311 of the first horn waveguide 310 electrically conductive with the first wall 511 of the first horn waveguide 310 connected. The second output terminal 212 of the first solid-state switch 210 is at the first longitudinal end 311 of the first horn waveguide 310 electrically conductive with the second wall 512 of the first section 314 of the first horn waveguide 310 connected. Thus, the first solid state switch 210 enabled by its output terminals 211 . 212 a high frequency electrical voltage between the first wall 511 and the second wall 512 of the first section 314 of the first horn waveguide 310 create, resulting in the first horn waveguide 310 an electromagnetic oscillation is excited. The first horn waveguide 310 passes through the first solid state switch 210 excited RF power to the waveguide 400 further.

Der erste Horn-Wellenleiter 310 dient somit als Impedanztransformator, der eine Impedanzwandlung zwischen der niedrigen Impedanz des ersten Festkörperschalters 210 und der hohen Impedanz des Hohlleiters 400 vornimmt. The first horn waveguide 310 thus serves as an impedance transformer, which provides an impedance transformation between the low impedance of the first solid-state switch 210 and the high impedance of the waveguide 400 performs.

Der zweite Festkörperschalter 220 und der dritte Festkörperschalter 230 entsprechen in ihrem Aufbau dem ersten Festkörperschalter 210. Der zweite Horn-Wellenleiter 320 und der dritte Horn-Wellenleiter 330 entsprechen in ihrem Aufbau dem ersten Horn-Wellenleiter 310. Der zweite Festkörperschalter 220 ist an den zweiten Horn-Wellenleiter 320 gekoppelt. Der dritte Festkörperschalter 230 ist an den dritten Horn-Wellenleiter 330 gekoppelt. The second solid state switch 220 and the third solid state switch 230 correspond in their structure to the first solid state switch 210 , The second horn waveguide 320 and the third horn waveguide 330 correspond in their construction to the first horn waveguide 310 , The second solid state switch 220 is on the second horn waveguide 320 coupled. The third solid state switch 230 is on the third horn waveguide 330 coupled.

Der Hohlleiter 400 weist ein drittes Längsende 410 und ein viertes Längsende 420 auf. Der Hohlleiter 400 ist zylindrisch ausgebildet und weist eine rechteckige Querschnittsfläche auf. Die rechteckige Querschnittsfläche des Hohlleiters 400 ist so bemessen, dass die Summe der Querschnittsflächen der Horn-Wellenleiter 310, 320, 330 an ihren zweiten Längsenden 312 der Querschnittsfläche des Hohlleiters 400 an seinem dritten Längsende 410 entspricht. Der Hohlleiter 400 ist an seinem dritten Längsende 410 mit den zweiten Längsenden 312 der Horn-Wellenleiter 310, 320, 330 verbunden. Auch der Hohlleiter 400 weist Wände aus elektrisch leitendem Material, bevorzugt aus Metall, auf. The waveguide 400 has a third longitudinal end 410 and a fourth longitudinal end 420 on. The waveguide 400 is cylindrical and has a rectangular cross-sectional area. The rectangular cross-sectional area of the waveguide 400 is such that the sum of the cross-sectional areas of the horn waveguide 310 . 320 . 330 at its second longitudinal ends 312 the cross-sectional area of the waveguide 400 at its third longitudinal end 410 equivalent. The waveguide 400 is at its third longitudinal end 410 with the second longitudinal ends 312 the horn waveguide 310 . 320 . 330 connected. Also the waveguide 400 has walls of electrically conductive material, preferably of metal.

Die ersten Abschnitte 314 der Horn-Wellenleiter 310, 320, 330 könnten in einer alternativen Ausführungsform des HF-Generators 100 entfallen. Außerdem könnten die Horn-Wellenleiter 310, 320, 330 in alternativen Ausführungsformen so ausgebildet sein, dass sie sich lediglich entweder in x- oder in y-Richtung aufweiten, der vertikale Öffnungswinkel 517 oder der horizontale Öffnungswinkel 518 also den Wert 0 betragen. The first sections 314 the horn waveguide 310 . 320 . 330 could in an alternative embodiment of the RF generator 100 omitted. Also, the horn waveguides could 310 . 320 . 330 may be formed in alternative embodiments so that they expand only in either the x or y direction, the vertical opening angle 517 or the horizontal opening angle 518 So be the value 0.

Am vierten Längsende 420 kann der Hohlleiter 400 des HF-Generators 100 an eine nicht dargestellte HF-Kavität gekoppelt sein. Geeignete Koppelstrukturen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die HF-Kavität kann beispielsweise eine HF-Kavität eines Teilchenbeschleunigers sein. In diesem Fall kann die durch den HF-Generator 100 erzeugte HF-Leistung im Teilchenbeschleuniger zur Beschleunigung elektrisch geladener Teilchen dienen. At the fourth longitudinal end 420 can the waveguide 400 of the HF generator 100 be coupled to an RF cavity, not shown. Suitable coupling structures are known from the prior art. The RF cavity may be, for example, an RF cavity of a particle accelerator. In this case, that can be done by the RF generator 100 generated RF power in the particle accelerator to accelerate electrically charged particles.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 0606870 A1 [0003]

Claims

RF generator ( 100 ) with a plurality of solid-state switches ( 210 . 220 . 230 ), characterized in that the HF generator ( 100 ) a plurality of horn waveguides ( 310 . 320 . 330 ) and a cylindrical waveguide ( 400 ) whose longitudinal axes are each oriented in a z-direction, each of the horn waveguides ( 310 . 320 . 330 ) a first longitudinal end ( 311 ) and a second longitudinal end ( 312 ), wherein the waveguide ( 400 ) a third longitudinal end ( 410 ), wherein in each of the horn waveguides ( 310 . 320 . 330 ) arranged in an xy plane first cross-sectional area at the first longitudinal end ( 311 ) is smaller than an arranged in an xy plane second cross-sectional area at the second longitudinal end ( 312 ), the second longitudinal end ( 312 ) of each horn waveguide ( 310 . 320 . 330 ) at the third longitudinal end ( 410 ) of the waveguide ( 400 ), wherein one solid-state switch ( 210 . 220 . 230 ) at the first longitudinal end ( 311 ) of each horn waveguide ( 310 . 320 . 330 ) is arranged to detect an electromagnetic oscillation in the respective horn waveguide ( 310 . 320 . 330 ).

RF generator ( 100 ) according to claim 1, wherein at least one of the solid-state switches ( 210 . 220 . 230 ) is arranged in an xz-plane.

RF generator ( 100 ) according to claim 2, wherein at least one of the solid state switches ( 210 . 220 . 230 ) has a first output terminal ( 211 ) and a second output terminal ( 212 ), wherein the first output terminal ( 211 ) on a top side ( 214 ) of the solid state switch ( 210 . 220 . 230 ) and the second output terminal ( 212 ) on a lower side ( 215 ) of the solid state switch ( 210 . 220 . 230 ), the first output terminal ( 211 ) electrically conductive with a first wall ( 511 ) of a horn waveguide ( 310 . 320 . 330 ) and the second output terminal ( 212 ) electrically conductive with one of the first wall ( 511 ) opposite second wall ( 512 ) of the same horn waveguide ( 310 . 320 . 330 ) connected is.

RF generator ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the waveguide ( 400 ) has a rectangular cross-section.

RF generator ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the horn waveguides ( 310 . 320 . 330 ) has a rectangular cross-section.

RF generator ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the horn waveguides ( 310 . 320 . 330 ) between its first longitudinal end ( 311 ) and its second longitudinal end ( 312 ) widens in the y-direction.

RF generator ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the horn waveguides ( 310 . 320 . 330 ) between its first longitudinal end ( 311 ) and its second longitudinal end ( 312 ) widens in the x-direction.

RF generator ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the waveguide ( 400 ) and the horn waveguides ( 310 . 320 . 330 ) are integrally formed.

RF generator ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the waveguide ( 400 ) a fourth longitudinal end ( 420 ) which is connected to an RF cavity.

Particle accelerator with an HF generator ( 100 ) according to one of the preceding claims.