RU2598029C2 - High-frequency device - Google Patents
High-frequency device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2598029C2 RU2598029C2 RU2012101771/07A RU2012101771A RU2598029C2 RU 2598029 C2 RU2598029 C2 RU 2598029C2 RU 2012101771/07 A RU2012101771/07 A RU 2012101771/07A RU 2012101771 A RU2012101771 A RU 2012101771A RU 2598029 C2 RU2598029 C2 RU 2598029C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- resonant
- generator
- wall
- moreover
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/02—Circuits or systems for supplying or feeding radio-frequency energy
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/14—Vacuum chambers
- H05H7/18—Cavities; Resonators
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H7/00—Details of devices of the types covered by groups H05H9/00, H05H11/00, H05H13/00
- H05H7/22—Details of linear accelerators, e.g. drift tubes
- H05H2007/227—Details of linear accelerators, e.g. drift tubes power coupling, e.g. coupling loops
Abstract
Description
Изобретение относится к высокочастотному (ВЧ) устройству с ограниченным внешней стенкой ВЧ-резонатором и с размещенным на внешней стенке ВЧ-генератором с устройством ввода. При этом ВЧ-генератор вводит через образованную во внешней стенке щель электромагнитное поле внутрь ВЧ-резонатора. При этом экран выполнен резонансным и имеет на частоте генератора высокий импеданс.The invention relates to a high-frequency (HF) device with a limited external wall of the RF resonator and with an RF generator located on the external wall with an input device. In this case, the RF generator introduces through the gap formed in the outer wall an electromagnetic field inside the RF resonator. The screen is made resonant and has a high impedance at the generator frequency.
В случае ВЧ-резонаторов, которые служат в качестве резонаторов для ВЧ-электромагнитных полей, речь идет о типично полых телах с электрически проводящей внешней стенкой. Расположенный вне резонатора ВЧ-генератор генерирует электромагнитное излучение высокой частоты, которое вводится через отверстие во внешней стенке резонатора внутрь резонатора. Посредством генерируемых генератором электромагнитных переменных полей, в том числе, индуцируются переменные токи, которые распространяются вдоль внутренней стороны внешней стенки в форме токовых путей. В зависимости от частоты генератора и волновых свойств резонатора, внутри ВЧ-резонатора могут возникать различные резонансные моды. В общем случае, из-за размещения ВЧ-генератора вне резонатора также индуцируются токи на внешней стороне внешней стенки, за счет которых вводимая в резонатор мощность и, тем самым, эффективность резонатора может снижаться.In the case of RF cavities, which serve as resonators for RF electromagnetic fields, we are talking about typically hollow bodies with an electrically conductive external wall. An RF generator located outside the resonator generates high frequency electromagnetic radiation, which is introduced through an opening in the outer wall of the resonator into the cavity. By means of electromagnetic variable fields generated by the generator, inter alia, alternating currents are induced, which propagate along the inner side of the outer wall in the form of current paths. Depending on the frequency of the generator and the wave properties of the resonator, various resonant modes may occur inside the RF resonator. In the general case, due to the placement of the RF generator outside the resonator, currents are also induced on the outer side of the outer wall, due to which the power introduced into the resonator and, therefore, the resonator efficiency can be reduced.
Поэтому задачей изобретения является обеспечить по возможности эффективный ввод ВЧ-излучения в ВЧ-резонатор. Эта задача решается ВЧ-устройством согласно пункту 1 формулы изобретения. Другие предпочтительные формы выполнения изобретения представлены в зависимых пунктах формулы изобретения.Therefore, the object of the invention is to provide as efficient an input of RF radiation into the RF cavity as possible. This problem is solved by the RF device according to paragraph 1 of the claims. Other preferred embodiments of the invention are presented in the dependent claims.
В соответствии с изобретением предусмотрено ВЧ-устройство, включающее в себя ВЧ-резонансное устройство с электрически проводящей внешней стенкой, причем внешняя стенка имеет щель. Щель может продолжаться по меньшей мере частично вдоль периметра внешней стенки или по всему периметру. ВЧ-устройство также содержит устройство ввода с ВЧ-генератором, размещенным на внешней стороне внешней стенки ВЧ-резонансного устройства в зоне щели для ввода ВЧ-излучения определенной частоты через щель внутрь ВЧ-резонансного устройства, и с экраном, экранирующим генератор снаружи и электрически перекрывающим щель на внешней стороне внешней стенки. При этом экран выполнен как резонатор с высоким импедансом для частоты генератора. Высокий импеданс обуславливает то, что меньший ток протекает через экран. Выполнение экрана в форме резонатора обеспечивает при этом особенно простым способом высокие импедансы и, тем самым, очень эффективный ввод ВЧ-излучения в резонансное устройство. Так как вследствие экрана не возникает никаких ВЧ-токов на внешней стороне резонатора, в целом обращение с ВЧ-устройством является более безопасным. Кроме того, ВЧ-резонатор, поддерживаемый на потенциале массы, можно комбинировать с другими устройствами более совместимым образом.In accordance with the invention, there is provided an RF device including an RF resonant device with an electrically conductive external wall, the external wall having a gap. The gap may extend at least partially along the perimeter of the outer wall or along the entire perimeter. The RF device also includes an input device with an RF generator located on the outer side of the outer wall of the RF resonance device in the area of the slot for inputting RF radiation of a certain frequency through the gap into the RF resonant device, and with a screen screening the generator from the outside and electrically overlapping gap on the outside of the outer wall. The screen is designed as a resonator with a high impedance for the frequency of the generator. High impedance causes less current to flow through the screen. The implementation of the screen in the form of a resonator provides in a particularly simple way high impedances and, thereby, a very efficient input of RF radiation into the resonant device. Since no RF currents occur on the outside of the resonator due to the screen, overall handling of the RF device is safer. In addition, an RF resonator supported at mass potential can be combined with other devices in a more compatible manner.
Одна форма выполнения предусматривает, что выполненный резонансным экран настроен на резонансную частоту, отличающуюся от частоты генератора. Тем самым волноводное сопротивление и, тем самым, поведение резонансного экрана может устанавливаться различным образом при эксплуатации в зависимости от применения.One embodiment provides that the resonant screen is tuned to a resonant frequency different from the frequency of the generator. Thus, the waveguide resistance and, therefore, the behavior of the resonant screen can be set in various ways during operation depending on the application.
Другая форма выполнения предусматривает, что экран настроен на резонансную частоту выше частоты генератора. Тем самым эффективно предотвращается то, что на частоте генератора в экране, выполненном как резонатор, возникает резонансная мода с низким импедансом.Another form of implementation provides that the screen is tuned to a resonant frequency above the frequency of the generator. Thereby, it is effectively prevented that a resonant mode with a low impedance arises at the generator frequency in a screen configured as a resonator.
Согласно другой форме выполнения предусмотрено, что емкостные и индуктивные свойства экрана настроены таким образом, что в экране на частоте генератора образуется стоячая электромагнитная волна с узлом тока в зоне щели. Тем самым достигается по возможности высокий импеданс экрана со стороны входа.According to another embodiment, it is provided that the capacitive and inductive properties of the screen are configured in such a way that a standing electromagnetic wave with a current node in the gap zone is formed in the screen at the generator frequency. This achieves the highest possible screen impedance on the input side.
В другой форме выполнения предусмотрено, что резонансное устройство выполнено таким образом, что резонансное устройство в зоне щели имеет пучность тока. Тем самым резонансное устройство имеет малый импеданс для частоты ВЧ-излучения.In another embodiment, it is provided that the resonant device is designed in such a way that the resonant device in the gap zone has a current antinode. Thus, the resonant device has a low impedance for the frequency of the RF radiation.
Другая форма выполнения предусматривает, что щель ограничена двумя противолежащими кромками, причем кромки имеют направляющие компоненты перпендикулярно пристеночному току желательной резонансной моды ВЧ-излучения.Another embodiment provides that the gap is bounded by two opposite edges, the edges having guide components perpendicular to the near-wall current of the desired resonant mode of RF radiation.
В другой форме выполнения предусмотрено, что электрическая длина проводника экрана по существу составляет четверть длины волны генерируемой генератором электромагнитной волны. Эта длина проводника представляет особенно благоприятную форму выполнения, так как настройка экрана в этом случае производится наиболее просто.In another embodiment, it is provided that the electric length of the shield conductor is substantially a quarter of the wavelength of the electromagnetic wave generated by the generator. This length of the conductor is a particularly favorable form of execution, since adjusting the screen in this case is most simple.
Другая форма выполнения предусматривает, что ВЧ-резонансное устройство выполнено как ВЧ-резонатор. ВЧ-резонаторы, ввиду их высокой добротности, особенно хорошо подходят для формирования резонансных электромагнитных волн.Another embodiment provides that the RF resonant device is configured as an RF resonator. RF cavities, due to their high Q factor, are particularly well suited for the formation of resonant electromagnetic waves.
Другая форма выполнения предусматривает, что ВЧ-резонансное устройство выполнено как коаксиальное проводящее соединение. Такие коаксиальные волноводы могут использоваться особенно гибким образом.Another embodiment provides that the RF resonant device is configured as a coaxial conductive connection. Such coaxial waveguides can be used in a particularly flexible way.
В другой форме выполнения предусмотрено, что генератор содержит несколько транзисторных модулей, размещенных распределенным образом по периметру ВЧ-резонансного устройства. С помощью таких транзисторных модулей электромагнитные поля могут вырабатываться непосредственно на резонансном устройстве. Это обеспечивает возможность особенно эффективного ввода электромагнитного излучения.In another embodiment, it is provided that the generator comprises several transistor modules arranged in a distributed manner around the perimeter of the RF resonant device. Using such transistor modules, electromagnetic fields can be generated directly on the resonant device. This makes it possible to enter electromagnetic radiation particularly efficiently.
Изобретение далее описывается более подробно со ссылками на чертежи.The invention is further described in more detail with reference to the drawings.
Фиг. 1 и 2 схематично показывают цилиндрический ВЧ-резонатор с размещенным вдоль его периметра устройством ввода для ввода ВЧ-излучения в ВЧ-резонатор,FIG. 1 and 2 schematically show a cylindrical high-frequency resonator with an input device arranged along its perimeter for inputting high-frequency radiation into the high-frequency resonator,
Фиг. 3 - продольное сечение ВЧ-резонатора по Фиг. 1 с детальным представлением устройства ввода,FIG. 3 is a longitudinal section of the RF cavity of FIG. 1 with a detailed view of an input device,
Фиг. 4 - поперечное сечение показанного на Фиг. 3 ВЧ-устройства вдоль линии IV-IV,FIG. 4 is a cross section shown in FIG. 3 RF devices along line IV-IV,
Фиг. 5 - упрощенное представление модели экрана, служащего в качестве волновода для ВЧ-излучения,FIG. 5 is a simplified representation of a screen model serving as a waveguide for RF radiation,
Фиг. 6 - диаграмма распределения тока для наглядного представления величин тока, возникающих вдоль экрана, выполненного как λ/4-волновод, с узлом тока, лежащим в зоне щели,FIG. 6 is a current distribution diagram for illustrating current values arising along a screen configured as a λ / 4 waveguide with a current node lying in the gap zone,
Фиг. 7 - ВЧ-устройство с выполненным как коаксиальная линия ВЧ-резонансным устройством,FIG. 7 - RF device made as a coaxial line RF resonant device,
Фиг. 8 - другое выполнение ВЧ-устройства,FIG. 8 is another embodiment of an RF device,
Фиг. 9 - поперечное сечение другого ВЧ-устройства,FIG. 9 is a cross section of another RF device,
Фиг. 10 - поперечное сечение устройства ввода,FIG. 10 is a cross section of an input device,
Фиг. 11 - схематичное представление устройства ввода в зоне щели,FIG. 11 is a schematic representation of an input device in a gap zone,
Фиг. 12 - другое выполнение с ВЧ-устройством иFIG. 12 is another implementation with an RF device and
Фиг. 13 - схематичное представление плотности тока I в зоне щели.FIG. 13 is a schematic representation of the current density I in the gap zone.
На Фиг. 1 показан вид сбоку первой формы выполнения ВЧ-устройства 100. Устройство 100 включает в себя цилиндрический ВЧ-резонатор 110 с металлической внешней стенкой, который служит в качестве резонансного устройства для ВЧ-излучения определенной частоты. Вдоль периметра ВЧ-резонатора 110 размещено устройство 130 ввода для ввода ВЧ-мощности в ВЧ-резонатор 110.In FIG. 1 shows a side view of a first embodiment of an
На Фиг. 2 показано ВЧ-устройство 100 по Фиг. 1 на виде спереди. При этом ясно видно, что устройство 130 ввода продолжается по всему периметру ВЧ-резонатора 110. В зависимости от применения, устройство 130 ввода может также продолжаться только по части периметра ВЧ-резонатора 110. Кроме того, могут также несколько таких устройств 130 ввода, продолжающихся только по части периметра, размещаться вдоль периметра ВЧ-резонатора 110.In FIG. 2 shows the
Устройство 130 ввода далее поясняется более подробно с помощью представленных сечений. Для этого на Фиг. 3 показано продольное сечение, а на Фиг. 4 - поперечное сечение показанного на Фиг. 1 соответствующего изобретению ВЧ-устройства 100.The
Как показано на Фиг. 3, металлическая внешняя стенка 111 ВЧ-резонатора 110 в зоне устройства 130 ввода имеет продолжающуюся вдоль периметра ВЧ-резонатора 110 щель 114. Щель 114 разделяет внешнюю стенку 111 в описываемом далее примере на первый и второй участки 115, 116 стенки. Внутри щели 114 размещено изолирующее кольцо 120 из электрически не проводящего материала. Кольцеобразная изоляция 120 может одновременно создавать вакуумное уплотнение. Концы обоих участков 115, 116 стенки выполнены соответственно в форме фланца 117, 118.As shown in FIG. 3, the metal
Размещенное на внешней стороне 113 внешней стенки 111 резонатора устройство 130 ввода содержит расположенный в зоне щели 114 генератор 131, а также полностью окружающий генератор металлический экран 134. При этом генератор 131, выполненный с возможностью генерации ВЧ-излучения определенной частоты FG, содержит предпочтительно несколько расположенных распределенным образом вдоль периметра транзисторных модулей 132. При этом отдельные транзисторные модули 132 размещены в специальных выемках в обоих фланцах 117, 118 и поэтому находятся в непосредственном контакте с внешней стенкой 111. Это размещение обеспечивает более высокую ВЧ-мощность, так как, с одной стороны, площадь для ввода ВЧ-излучения относительно велика, а с другой стороны, генерация ВЧ-излучения осуществляется непосредственно там, где требуется мощность.The
Как показано на Фиг. 3, транзисторные модули 132 соединены через соединительные проводники 133 с не показанным здесь источником постоянного тока или управляющим устройством. При активировании твердотельные транзисторы модулей 132 вырабатывают электромагнитные переменные поля, которые, в свою очередь, индуцируют распространяющиеся вдоль внешней стенки 111 переменные токи. Ввиду высокой частоты, переменные токи возникают при этом только в относительно тонких краевых слоях на внутренней и внешней стороне металлической внешней стенки 111. Чтобы достигнуть того, чтобы по возможности больше индуцированных переменных токов распространялось вдоль внутренней стенки 112 ВЧ-резонатора 110, предусмотрено выполнение импеданса радиочастотного (РЧ) пути на внешней стороне 113 резонатора 110 по возможности высоким. Это достигается специально выполненным экраном 134, а также щелью 114, которая образует высокий импеданс на резонансной частоте ВЧ-резонатора 110.As shown in FIG. 3,
Для того чтобы воспрепятствовать распространению ВЧ-токов вдоль внешней стороны 113 внешней стенки 111, экран 134 электрически соединен с внешней стенкой 111. Как представлено на Фиг. 3, металлический экран 134 электрически перекрывает щель 114 и, таким образом, представляет короткое замыкание между обоими участками 115, 116 стенки. Так как индуцированные переменные токи возникают только в краевом слое внешней стенки 111, в то время как внутренняя область металлической внешней стенки 111 по существу свободна от тока и поля, за счет созданного экраном короткого замыкания оказывается влияние только на переменный ток, распространяющийся вдоль внешней стороны 113 внешней стенки 111 резонатора. Так индуцированные на внешней стороне 113 внешней стенки 111 резонатора токи распространяются вдоль внутренней стороны 135 образующих экран 134 металлических листов 136, 137, 138, в то время как внешняя стенка 111 резонатора вне экрана 134 практически свободна от тока и напряжения. Чтобы оптимизировать ввод ВЧ-токов внутрь ВЧ-резонатора 110, резонатор 134 выполнен резонансным. Для этого волноводные свойства устройства 130 ввода настроены таким образом, что для распространяющихся внутри экрана 134 переменных токов в зоне щели 114 получается по возможности высокий импеданс.In order to prevent the propagation of RF currents along the
Фиг. 4 показывает сечение вдоль линии IV-IV показанного на Фиг. 3 ВЧ-резонатора 100. Отсюда видно, что размещенные вдоль периметра внешней стенки 111 резонатора 110 транзисторные модули 132 помещены в соответствующих выемках фланцев 117, 118.FIG. 4 shows a section along line IV-IV of FIG. 3 of the
Фиг. 5 показывает сильно упрощенную эквивалентную схему экрана 134. При этом экран 134 рассматривается как короткозамкнутый волновод. В этом случае оба левых вывода 301, 307 соответствуют точкам ввода ВЧ-излучения в зоне щели. Оба, верхний и нижний, участка 302, 306 проводника соответствуют обоим по существу симметричным токовым путям рассматриваемых здесь переменных токов вдоль внутренней стороны 135 экрана 134. При этом верхний участок 302 проводника образован по существу посредством левой боковой стенки 136 экрана 134, размещенной внутри экрана 134 части первого участка 115 внешней стенки, а также части верхней покрывающей стенки 137 экрана. Аналогично этому, нижний участок 306 проводника образован в показанной здесь эквивалентной схеме 300 посредством правой боковой стенки 136 экрана 134, размещенной внутри экрана 134 части второго участка 116 внешней стенки, а также части верхней покрывающей стенки 137 экрана 134.FIG. 5 shows a highly simplified equivalent circuitry of the
Емкость С определяется по существу посредством емкостных свойств устройства 130 ввода, которые зависят как от геометрии выполненного, например, из меди экрана 134, так и от свойств материала окруженного экраном 134 объема пространства. Напротив, показанная на эквивалентной схеме индуктивность L зависит, в том числе, от электрической длины проводника, которая, в свою очередь, зависит от различных факторов, таких как, например, геометрическая длина проводника. При этом полная индуктивность определяется индуктивностями отдельных участков проходимого током участка пути. Как показано на Фиг. 5 пунктирной линией 304, представленная здесь эквивалентная схема 300 на выходах 303, 305 является короткозамкнутой, так как обе в следующем случае симметричные длины проводников электрически соединены друг с другом через покрывающий элемент 138 экрана 134. При этом отношение электрической длины проводника для короткозамкнутого проводника к длине волны λ генерируемого генератором 131 ВЧ-излучения определяет, ведет ли себя U-образный проводник как емкость, индуктивность или колебательный контур. В специальном случае, когда электрическая длина проводника составляет четверть длины волны λ волн тока, распространяющихся на внутренней стороне экрана 134, схема образует параллельный колебательный контур с резонансными длинами волн λ, λ/3, λ/5 и т.д. В случае экрана 134, настроенного на четверть длины волны λ, для токовой составляющей электромагнитной волны устанавливается узел тока в зоне щели 114.The capacitance C is determined essentially by the capacitive properties of the
В резонансном случае входной импеданс образованного экраном резонансного контура стремится к бесконечности, так что рассеиваемая генератором ВЧ-мощность почти полностью вводится в ВЧ-резонатор, имеющий минимально возможный импеданс. Длина проводника экрана не должна, однако, оптимально настраиваться на λ/4. В зависимости от применения, может уже быть достаточным, если входной импеданс образованного экраном колебательного контура заметно выше, чем входной импеданс ВЧ-резонатора. Также в этом случае индуцированный ток будет преимущественно распространяться на внутренней стороне 112 внешней стенки 111. Тем самым можно реализовать оптимальный ввод ВЧ-мощности в ВЧ-резонатор.In the resonance case, the input impedance of the resonant circuit formed by the screen tends to infinity, so that the RF power dissipated by the generator is almost completely introduced into the RF resonator having the lowest possible impedance. The length of the screen conductor should not, however, be optimally tuned to λ / 4. Depending on the application, it may already be sufficient if the input impedance of the oscillating circuit formed by the screen is noticeably higher than the input impedance of the RF resonator. Also in this case, the induced current will mainly propagate on the
Фиг. 6 показывает для пояснения характеристику тока вдоль образованного экраном 134 λ/4-проводника. Здесь становится ясным, что сила тока изменяется синусоидально, с минимумом на входе (х0) и максимумом (х1) на конце проводника.FIG. 6 shows for explanation the current characteristic along the λ / 4 conductor formed by the
Представленная здесь концепция изобретения может в принципе переноситься на все ВЧ-резонаторы, а также другие резонансные волноводные структуры, например, на коаксиальной линии или проходном резонаторе. Так на Фиг. 7 показано ВЧ-устройство, в котором показанное перед этим в связи с ВЧ-резонатором устройство 130 ввода применяется для ввода электрической энергии в коаксиальное проводящее соединение. Как показано на Фиг. 7, генератор 131, а также экран 134, окружающий генератор, продолжаются вдоль внешнего периметра внешнего проводника 111 коаксиального соединения 110. В показанном здесь представлении в сечении также показан типичный для коаксиальных соединений внутренний проводник 120.The concept of the invention presented here can in principle be transferred to all RF cavities, as well as other resonant waveguide structures, for example, on a coaxial line or a passage resonator. So in FIG. 7 shows an RF device in which the
Для того чтобы достичь высоких ВЧ-мощностей, несколько представленных на Фиг. 1-4 ВЧ-резонаторов могут быть включены друг за другом, чтобы, например, реализовать укоритель частиц. Отдельными резонаторами можно при этом управлять по отдельности. Для этого устройства 130 ввода четырех ВЧ-резонаторов 100 через отдельные проводники связаны с общим устройством управления и питания. Так как пристеночные токи могут распространяться только вдоль внутренней стороны стенок резонаторов, включенные друг с другом вместе резонаторы 110 на внешней стороне развязаны один от другого на РЧ. Поэтому они, несмотря на соединение по постоянному току, могут управляться независимо друг от друга.In order to achieve high RF powers, several shown in FIG. 1-4 RF cavities can be switched on one after another to, for example, realize a particle accelerator. Separate resonators can be controlled separately. For this
Изобретение не ограничено показанными для примера формами выполнения. Напротив, соответствующий изобретению принцип может применяться в любой подходящей РЧ-структуре, при которой пристеночные токи вводятся внутрь и должны экранироваться в направлении наружу.The invention is not limited to the exemplary embodiments. On the contrary, the principle according to the invention can be applied in any suitable RF structure in which wall currents are introduced inward and must be shielded outwardly.
Фиг. 8 показывает другую форму выполнения ВЧ-устройства 100, при которой ВЧ-резонансное устройство 110 имеет несколько размещенных отдельно друг от друга щелей 114. С каждой щелью 114 сопоставлено устройство 130 ввода. Устройства 130 ввода выполнены согласно устройству 130 ввода по Фиг. 1-4, причем каждое устройство 130 ввода имеет по меньшей мере один генератор 131 и транзисторный модуль 132. Устройства 130 ввода запитываются током от блока 500 управления через соответствующие выводы 133 и управляются для выдачи ВЧ-мощности. Каждое устройство 130 ввода может иметь один или более генераторов.FIG. 8 shows another embodiment of the
Фиг. 9 показывает поперечное сечение устройства по Фиг. 8 перпендикулярно продольной протяженности ВЧ-резонансного устройства 110.FIG. 9 shows a cross section of the device of FIG. 8 perpendicular to the longitudinal extent of the RF
Фиг. 10 показывает сечение в продольном направлении ВЧ-резонансного устройства 110 через устройство 130 ввода и фрагмент внешней стенки 111.FIG. 10 shows a cross section in the longitudinal direction of the RF
Фиг. 11 показывает в схематичном представлении щель 114 для формы выполнения по Фиг. 8 и устройство 130 ввода со схематичным представлением паразитного тока I по внешней стороне внешней стенки 111 и внутренней стороне 135 экрана 134. За счет выбора геометрии и выбора материала корпуса экрана 134, как уже пояснялось, паразитный ток I поддерживается по возможности малым.FIG. 11 shows in a schematic representation a
В предложенном устройстве ВЧ-генерация или ВЧ-преобразование интегрированы в резонансную структуру. Преобразователь встроен в структуру, которая образована из ВЧ-резонансного устройства 110 в качестве первой полости и второй полости, по существу замкнутой для частоты ВЧ-энергии, которое реализовано экраном 134 и частью внешней стенки ВЧ-резонансного устройства. Между двумя полостями предусмотрена щель 114. Щель 114 ограничена первым и вторым фланцем 117, 118. Первый и второй фланцы выполнены таким образом, что первый и второй фланцы 117, 118 имеют, соответственно, направляющий компонент перпендикулярно пристеночному току желательной резонансной моды. Выработанный ВЧ-генератором ВЧ-ток вводится в первый и второй фланцы 117, 118 щели 114. Обе полости выполнены таким образом, что введенная в щель электромагнитная мощность главным образом ответвляется в ВЧ-резонансное устройство 110. Оно опирается за счет выполнения первого и второго фланцев 117, 118. Кроме того, ВЧ-частота генератора имеет значение, которое близко или соответствует резонансной частоте ВЧ-резонансного устройства. К тому же щель 114 ВЧ-резонансного устройства размещена вблизи пучности тока резонансной моды ВЧ-резонансного устройства. За счет этого ВЧ-резонансное устройство 110 при резонансной частоте становится низкоомным по сравнению с второй полостью. Например, импеданс второй полости для выдаваемой ВЧ-генератором частоты по меньшей мере в десять раз больше, чем импеданс ВЧ-резонансного устройства. Кроме того, предпочтительным образом никакая резонансная частота второй полости не лежит в окрестности частоты ВЧ-генератора.In the proposed device, the RF generation or RF conversion are integrated into the resonant structure. The converter is integrated in a structure that is formed from an RF
Предпочтительным образом, вторая полость геометрически выполнена таким образом, что вторая полость прозрачна к электромагнитному полю, выработанному питающим током, причем экран выполнен как нормально проводящий металлический короб при питании постоянным током или посредством одного или более коаксиальных кабелей для питания током. В этой форме выполнения вторая полость выполнена как удлинение полости между оболочкой и внутренним проводником коаксиального кабеля. Электропроводная оболочка коаксиального кабеля соединена со стенкой корпуса экрана.Preferably, the second cavity is geometrically configured such that the second cavity is transparent to the electromagnetic field generated by the supply current, the screen being made as a normally conducting metal box when supplied with direct current or through one or more coaxial cables for supplying current. In this embodiment, the second cavity is designed as an extension of the cavity between the sheath and the inner conductor of the coaxial cable. The conductive sheath of the coaxial cable is connected to the wall of the screen housing.
Фиг. 12 показывает другую форму выполнения ВЧ-резонансного устройства 110 в схематичном представлении, при которой щели 114 размещены вдоль продольного направления ВЧ-резонансного устройства 110 и параллельно друг другу. С каждой щелью сопоставлено устройство 130 ввода согласно формам выполнения по Фиг. 8-10. В зависимости от выбранной формы выполнения, ВЧ-генераторы вводят ВЧ-мощность в продольные стороны и/или поперечные стороны щели 114. Передние и задние поперечные кромки 170, 172 щели 114 предпочтительно размещены в передней или задней плоскости перпендикулярно продольной стороне ВЧ-резонансного устройства 110. В зависимости от выбранной формы выполнения, передняя и задняя поперечные кромки или продольные стороны щели имеют соответствующие первый и второй фланцы 117, 118 согласно Фиг. 10.FIG. 12 shows another embodiment of the RF
Фиг. 13 показывает схематичное представление плотности тока I в стенке ВЧ-резонансного устройства 110 в зоне щели 114. Через фланцы 117, 118 вводятся ВЧ-токи от не показанного генератора 131. За счет ограниченной формы выполнения щели 114, достигается то, что сбоку от щели 114 в резонансном режиме ВЧ-резонансного устройства 110 токи по существу протекают по нижней стороне внешней стенки 111. Это достигается тем, что области сбоку от щели 114 представляют соответственно первую и вторую индуктивности L1, L2. В зоне щели 114 имеется дополнительная индуктивность L0, которая задается генератором 131. За счет магнитной связи тока, вводимого генератором 131, также индуцируются электрические напряжения в областях сбоку от щели 114 в первой и второй индуктивностях L1, L2. Таким способом кольцевые токи вокруг щели подавляются подобно скомпенсированному по току дросселю.FIG. 13 shows a schematic representation of the current density I in the wall of the RF
Claims (11)
ВЧ-резонансное устройство (110) с электрически проводящей внешней стенкой (111), причем внешняя стенка (111) имеет щель (114), и
устройство (130) ввода с ВЧ-генератором (131), размещенным на внешней стороне (113) внешней стенки (111) ВЧ-резонансного устройства (110) в зоне щели (114) для ввода ВЧ-излучения определенной частоты (fG) генератора через щель (114) внутрь ВЧ-резонансного устройства (110), и
с экраном (134), экранирующим генератор (131) снаружи и электрически перекрывающим щель (114) на внешней стороне (113) внешней стенки (111),
при этом экран (134) выполнен как резонатор с более высоким импедансом для частоты (fG) генератора, чем резонансное устройство,
причем емкостные и индуктивные свойства экрана (134) настроены таким образом, что в экране (134) на частоте (fG) генератора образуется стоячая электромагнитная волна с узлом тока в зоне щели (114).1. An RF device (100) comprising
An RF resonant device (110) with an electrically conductive external wall (111), wherein the external wall (111) has a slit (114), and
input device (130) with an RF generator (131) located on the outer side (113) of the outer wall (111) of the RF resonance device (110) in the gap zone (114) for inputting RF radiation of a certain frequency (f G ) of the generator through a slit (114) into the RF resonant device (110), and
with a screen (134) shielding the generator (131) from the outside and electrically blocking the gap (114) on the outside (113) of the outer wall (111),
the screen (134) is made as a resonator with a higher impedance for the frequency (f G ) of the generator than the resonant device,
moreover, the capacitive and inductive properties of the shield (134) are configured in such a way that a standing electromagnetic wave with a current node in the gap zone (114) is formed in the shield (134) at the generator frequency (f G ).
причем экран (134) имеет резонансную частоту (fR), отличающуюся от частоты (fG) генератора.2. The RF device (100) according to claim 1,
moreover, the screen (134) has a resonant frequency (f R ) different from the frequency (f G ) of the generator.
причем экран (134) настроен на резонансную частоту (fA) выше частоты (fG) генератора.3. The RF device (100) according to claim 1 or 2,
moreover, the screen (134) is tuned to the resonant frequency (f A ) above the frequency (f G ) of the generator.
причем ВЧ-резонансное устройство (110) выполнено таким образом, что ВЧ-резонансное устройство (110) в зоне щели (114) имеет пучность тока.4. The RF device according to claim 1,
moreover, the RF resonant device (110) is designed in such a way that the RF resonant device (110) in the gap zone (114) has a current antinode.
причем щель (114) ограничена двумя противолежащими кромками (117, 118), причем кромки (117, 118) имеют направляющие компоненты перпендикулярно пристеночному току (I) желательной резонансной моды.5. The RF device according to claim 1,
moreover, the gap (114) is limited by two opposite edges (117, 118), and the edges (117, 118) have guiding components perpendicular to the near-wall current (I) of the desired resonant mode.
причем электрическая длина проводника экрана (134) по существу составляет четверть длины волны λ, генерируемой генератором электромагнитной волны.6. The RF device (100) according to claim 1,
moreover, the electric length of the shield conductor (134) is essentially a quarter of the wavelength λ generated by the electromagnetic wave generator.
причем ВЧ-резонансное устройство (110) выполнено как ВЧ-резонатор.7. The RF device (100) according to claim 1,
moreover, the RF resonant device (110) is designed as an RF resonator.
причем ВЧ-резонансное устройство (110) выполнено как волновод.8. The RF device according to claim 1,
moreover, the RF resonant device (110) is designed as a waveguide.
причем ВЧ-резонансное устройство (110) выполнено как коаксиальное проводящее соединение.9. The RF device according to claim 1,
moreover, the RF resonant device (110) is made as a coaxial conductive connection.
причем генератор (131) содержит несколько транзисторных модулей (132), размещенных распределенным образом по периметру ВЧ-резонансного устройства (110).10. The RF device according to claim 1,
moreover, the generator (131) contains several transistor modules (132), distributed in a distributed manner around the perimeter of the RF resonant device (110).
причем щель (114) ограничена двумя противолежащими фланцами (117, 118) внешней стенки (111) ВЧ-резонансного устройства (110),
причем транзисторные модули (132) размещены, соответственно, в выемках (124) внутри обоих фланцев (117, 118). 11. The RF device according to claim 11,
moreover, the gap (114) is limited by two opposite flanges (117, 118) of the outer wall (111) of the RF resonant device (110),
moreover, transistor modules (132) are located, respectively, in the recesses (124) inside both flanges (117, 118).
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE201110004401 DE102011004401A1 (en) | 2011-02-18 | 2011-02-18 | RF device |
DE102011004401.9 | 2011-02-18 | ||
PCT/EP2011/067895 WO2012110112A1 (en) | 2011-02-18 | 2011-10-13 | Hf apparatus |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012101771A RU2012101771A (en) | 2015-03-27 |
RU2598029C2 true RU2598029C2 (en) | 2016-09-20 |
Family
ID=45532086
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012101771/07A RU2598029C2 (en) | 2011-02-18 | 2011-10-13 | High-frequency device |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102011004401A1 (en) |
RU (1) | RU2598029C2 (en) |
WO (1) | WO2012110112A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3546633A (en) * | 1966-01-04 | 1970-12-08 | Gen Electric | Electrically tunable microwave band-stop switch |
US4066988A (en) * | 1976-09-07 | 1978-01-03 | Stanford Research Institute | Electromagnetic resonators having slot-located switches for tuning to different frequencies |
US20020105383A1 (en) * | 2000-12-13 | 2002-08-08 | Cheo Bernard R. | Active radio frequency cavity amplifier |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3495125A (en) * | 1968-03-05 | 1970-02-10 | Atomic Energy Commission | Quarter-wave transmission line radio frequency voltage step-up transformer |
US4453139A (en) * | 1981-11-12 | 1984-06-05 | Ford Aerospace & Communications Corporation | Frequency offset multiple cavity power combiner |
US5497050A (en) * | 1993-01-11 | 1996-03-05 | Polytechnic University | Active RF cavity including a plurality of solid state transistors |
DE102009053624A1 (en) * | 2009-11-17 | 2011-05-19 | Siemens Aktiengesellschaft | RF cavity and accelerator with such an RF cavity |
-
2011
- 2011-02-18 DE DE201110004401 patent/DE102011004401A1/en not_active Withdrawn
- 2011-10-13 RU RU2012101771/07A patent/RU2598029C2/en not_active IP Right Cessation
- 2011-10-13 WO PCT/EP2011/067895 patent/WO2012110112A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3546633A (en) * | 1966-01-04 | 1970-12-08 | Gen Electric | Electrically tunable microwave band-stop switch |
US4066988A (en) * | 1976-09-07 | 1978-01-03 | Stanford Research Institute | Electromagnetic resonators having slot-located switches for tuning to different frequencies |
US20020105383A1 (en) * | 2000-12-13 | 2002-08-08 | Cheo Bernard R. | Active radio frequency cavity amplifier |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
HEID O.COMPACT SOLID STATE DIRECT DRIVE RF LINAC, PROCEEDINGS OF IPAC, 2010, KYOTO, JAPAN, c. 4278-4280. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2012110112A1 (en) | 2012-08-23 |
RU2012101771A (en) | 2015-03-27 |
DE102011004401A1 (en) | 2012-08-23 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2559031C2 (en) | Hf resonator and accelerator with such hf resonator | |
US4849675A (en) | Inductively excited ion source | |
CN104662733B (en) | Serve as the RF power combiners of high-order harmonic wave wave filter | |
RU2667075C1 (en) | Power conversion device | |
RU2601181C2 (en) | Hf generator | |
Ling et al. | A Ku-band coaxial relativistic transit-time oscillator with low guiding magnetic field | |
RU2625808C2 (en) | Hf device and accelerator with hf device | |
RU2598029C2 (en) | High-frequency device | |
JP2004172044A (en) | Microwave plasma generating device | |
JP3334680B2 (en) | High frequency circuit device and communication device | |
Kumar et al. | Analysis, Design, and Simulation of an Axially-partitioned Dielectric-loaded Bi-frequency MILO | |
RU2579748C2 (en) | Coaxial waveguide with microwave transmitter | |
KR101477060B1 (en) | Waveguide-Coupling Method For Lisitano Coil Antenna | |
RU2601260C2 (en) | Hf generator | |
KR101894516B1 (en) | Portable microwave plasma genertor | |
RU2604960C2 (en) | Device for inputting hf power into waveguide | |
RU2597004C2 (en) | Hf generator | |
RU2597684C2 (en) | Hf generator | |
KR100994146B1 (en) | Photonic Crystal Resonator Biased with Externally Applied Voltage | |
KR101802817B1 (en) | Portable microwave plasma genertor | |
CN116582964A (en) | Dielectric heating device | |
Henke | RF structures (design) | |
Baum | Increasing Q of Waveguide Pulse-Compression Cavities | |
JP2002063994A (en) | Lighting device for electrodeless discharge lamp | |
McGrane et al. | Mode selectivity in one-dimensional co-axial Bragg structures for a high power free electron maser |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191014 |