專利名稱：大功率鐵氧體加載變頻調(diào)諧腔的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及在真空情況下形成高頻高壓電場(chǎng)，并在束流運(yùn)動(dòng)方向?qū)χ亓Ｗ邮?br> 進(jìn)行俘獲、加速或減速的鐵氧體加載的寬頻帶高頻高壓同步加速器裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉 及一種大功率鐵氧體加載變頻調(diào)諧腔。
背景技術(shù)：
在此以前，國內(nèi)只有中國科學(xué)院近代物理研究所有一臺(tái)與俄羅斯聯(lián)合設(shè)計(jì)制造 的同步加速器用鐵氧體加載變頻調(diào)諧同軸諧振腔體，用于蘭州重粒子加速器冷卻儲(chǔ)存環(huán) (CSR)主環(huán)，對(duì)束流進(jìn)行俘獲，加速。該腔體由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，所能承受的最高平均高頻功率 不超過2kW，而且只能工作在占空比小于1/2的掃頻脈沖模式，工作頻率范圍0. 25腿z 1. 7MHz。 CSR主環(huán)腔體由倆個(gè)加有鐵氧體磁環(huán)的腔體組成，每個(gè)腔體的內(nèi)外導(dǎo)體之間填裝 有34個(gè)內(nèi)徑350mm，外徑540mm，厚度22mm的鐵氧體磁環(huán)，環(huán)內(nèi)徑與內(nèi)導(dǎo)體之間有平行于主 軸線的96根直徑為4mm的銅線作為偏磁線圈的環(huán)內(nèi)部分，線圈的每圈在各腔的中間部位內(nèi) 外交叉；環(huán)內(nèi)徑與內(nèi)導(dǎo)體間并灌封有硅橡膠用于絕緣，高頻介質(zhì)損耗較大；每隔兩個(gè)磁環(huán) 夾一片厚度2的銅板作為散熱用，散熱效果較差；另外，腔體的調(diào)諧電容選用功率較小的陶 瓷電容。因此，腔體只能工作在平均功率較小的掃頻脈沖模式。在占空比較大，腔體電壓較 高時(shí)，或連續(xù)波工作情況下，鐵氧體溫度會(huì)過高，絕緣介質(zhì)會(huì)發(fā)熱，調(diào)諧電容會(huì)燒毀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種大功率鐵氧體加載變頻 調(diào)諧腔，從而有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中的問題。 本發(fā)明的目的可以通過采用以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)所述的大功率鐵氧體加載變頻 調(diào)諧腔，包括有同軸相對(duì)放置的左諧振腔(1)和右諧振腔(2)，其特點(diǎn)在于所述的右諧振 腔(2)的內(nèi)導(dǎo)體(15)和外導(dǎo)體(16)之間填裝有多片腔體加載的鐵氧體磁環(huán)(6)，鐵氧體磁 環(huán)(6)的內(nèi)徑與內(nèi)導(dǎo)體(15)之間填有絕緣四氟介質(zhì)(8)，絕緣四氟介質(zhì)(8)中設(shè)有第一偏 磁線圈導(dǎo)體(9)，鐵氧體磁環(huán)(6)的外部安裝有第二偏磁線圈導(dǎo)體(IO)，右諧振腔(2)的內(nèi) 導(dǎo)體(15)中間為真空室(3)，右諧振腔(2)的外部裝有不銹鋼外殼(23)，右諧振腔(2)的 側(cè)部設(shè)有支撐不銹鋼板(17)。 所述的鐵氧體環(huán)(6)為20片，每?jī)善F氧體磁環(huán)(6)之間設(shè)有通水冷卻盤(7)， 通水冷卻盤(7)通過進(jìn)出水管接頭(21)與外部供水管相連，鐵氧體磁環(huán)(6)和通水冷卻盤 (7)通過諧振腔體底部的支撐體(20)安裝在諧振腔體上。所述的真空室(3)和內(nèi)導(dǎo)體(15) 通過連接片(19)相連，真空室(3)的外部設(shè)有加熱帶和保溫層(22)。
所述的左諧振腔(1)和右諧振腔(2)結(jié)構(gòu)相同，對(duì)稱連接。所述的左諧振腔(1) 和右諧振腔(2)相連接處設(shè)有饋電連接導(dǎo)體(18)和偏磁線圈交叉連接處(ll)，左諧振腔 (1)和右諧振腔(2)中的真空室連接處設(shè)有絕緣陶瓷(4)和加速縫(5)，絕緣陶瓷(4)真空
3室連接處設(shè)有波紋管(12)，保護(hù)陶瓷金屬封接部位不易損壞，加速縫(5)兩邊分別與左諧 振腔(1)和右諧振腔(2)的內(nèi)導(dǎo)體開路端相連，加速縫(5)兩邊又與腔體諧振高壓真空電 容器(14)相連，左諧振腔(1)和右諧振腔(2)中的真空室的兩端安裝有支撐裝置(13)。
本發(fā)明的有益效果是所述的大功率鐵氧體加載變頻調(diào)諧腔，采用在內(nèi)導(dǎo)體與磁
環(huán)之間填充的介質(zhì)選用高頻性能優(yōu)良的聚四氟乙稀介質(zhì)材料，并解決其成型加工；在鐵氧 體環(huán)兩側(cè)，環(huán)與環(huán)之間設(shè)置散熱水冷盤，并解決水冷盤的制作工藝；腔體調(diào)諧電容選用高耐
壓，高功率陶瓷真空電容；偏磁線圈在兩腔體的中間部位相交叉；腔體可以反復(fù)拆卸等設(shè) 計(jì)和結(jié)構(gòu)，在0. 5MHz 2MHZ頻率范圍內(nèi)，腔體不僅可以在掃頻脈沖調(diào)制模式下工作，而且 還可以在電頻連續(xù)波模式下工作，最高點(diǎn)壓可以達(dá)到峰峰值17kV，滿足了 CSR實(shí)驗(yàn)環(huán)高頻 系統(tǒng)的的雙模式工作要求。本腔體可以工作在掃頻脈沖調(diào)制模式，及腔體電壓高達(dá)17kV的 電頻連續(xù)波工作模式。加載鐵氧體能承受數(shù)十千瓦高頻功率而溫度不超過40度，能夠滿足 物理調(diào)束更高一步的要求。 本發(fā)明由中國科學(xué)院近代物理研究所設(shè)計(jì)并由近物所與陜西數(shù)字廣播通訊設(shè)備 有限公司聯(lián)合研制成我國第一臺(tái)同步加速器用大功率鐵氧體加載變頻調(diào)諧腔體，主要用于 CSR實(shí)驗(yàn)環(huán)對(duì)束流進(jìn)行累積和減速。其能產(chǎn)生較高連續(xù)波高頻電壓的同步加速器腔體，以滿 足CSR實(shí)驗(yàn)環(huán)的工作要求，CSR實(shí)驗(yàn)環(huán)要求高頻腔體不僅要能工作在掃頻脈沖模式下，而且 還要能工作在腔體電壓較高的電頻連續(xù)波模式下，這時(shí)腔體要能承受最大約60 70kW的 高頻功率，同時(shí)加載鐵氧體的溫度限制在40度以下。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)主視圖； 圖2為本發(fā)明的圖1中的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明的圖1中的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為CSR實(shí)驗(yàn)環(huán)高頻系統(tǒng)的的雙模式測(cè)試結(jié)果 (a)為f = 0. 5MHz，腔體電壓V = 17kV ; (b)為f = lMHz，腔體電壓V = 14. 2kV ; 圖5為點(diǎn)頻連續(xù)波運(yùn)行模式腔體電壓測(cè)試結(jié)果 (a)為f = 1. 5MHz，腔體電壓V = 11. 4kV ; (b)為f = 2MHz腔體電壓V = 9. 26kV ; 圖6為掃頻脈沖調(diào)制運(yùn)行模式腔體電壓測(cè)試結(jié)果。 圖中，1為腔體電壓取樣檢波；2為腔體電壓取樣；3為失諧相位
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖所示之最佳實(shí)施例作進(jìn)一步詳述 見圖1、2、3，所述的大功率鐵氧體加載變頻調(diào)諧腔，包括有同軸相對(duì)放置的左諧振 腔1和右諧振腔2，其特點(diǎn)在于所述的右諧振腔2的內(nèi)導(dǎo)體15和外導(dǎo)體16之間填裝有多 片腔體加載的鐵氧體磁環(huán)6，鐵氧體磁環(huán)6的內(nèi)徑與內(nèi)導(dǎo)體15之間填有絕緣四氟介質(zhì)8，絕 緣四氟介質(zhì)8中設(shè)有第一偏磁線圈導(dǎo)體9，鐵氧體磁環(huán)6的外部安裝有第二偏磁線圈導(dǎo)體 IO，右諧振腔2的內(nèi)導(dǎo)體15中間為真空室3，右諧振腔2的外部裝有不銹鋼外殼23，右諧振腔2的側(cè)部設(shè)有支撐不銹鋼板17。 所述的鐵氧體環(huán)6為20片，每?jī)善F氧體磁環(huán)6之間設(shè)有通水冷卻盤7，通水冷卻 盤7通過進(jìn)出水管接頭21與外部供水管相連，鐵氧體磁環(huán)6和通水冷卻盤7通過諧振腔體 底部的支撐體20安裝在諧振腔體上。所述的真空室3和內(nèi)導(dǎo)體15通過連接片19相連，真 空室3的外部設(shè)有加熱帶和保溫層22。 所述的左諧振腔1和右諧振腔2結(jié)構(gòu)相同，對(duì)稱連接。所述的左諧振腔1和右諧 振腔2相連接處設(shè)有饋電連接導(dǎo)體18和偏磁線圈交叉連接處ll，左諧振腔1和右諧振腔 2中的真空室連接處設(shè)有絕緣陶瓷4和加速縫5，絕緣陶瓷4真空室連接處設(shè)有波紋管12， 保護(hù)陶瓷金屬封接部位不易損壞，加速縫5兩邊分別與左諧振腔1和右諧振腔2的內(nèi)導(dǎo)體 開路端相連，加速縫5兩邊又與腔體諧振高壓真空電容器14相連，左諧振腔1和右諧振腔 2中的真空室的兩端安裝有支撐裝置13。 所述的大功率鐵氧體加載變頻調(diào)諧腔，其每個(gè)同軸諧振腔的內(nèi)導(dǎo)體15和外導(dǎo)體 16之間填裝有內(nèi)徑330mm，外徑600mm，厚度25mm的專用鐵氧體磁環(huán)6各20片，以此形成腔 體諧振電感。所有的鐵氧體磁環(huán)與水冷盤在腔體底部有支撐體20支撐，以保證內(nèi)導(dǎo)體不受 力。真空室3，即粒子束流管道置于同軸內(nèi)導(dǎo)體中，在左，右兩諧振腔腔體之間通過饋電連 接導(dǎo)體(18)加平衡高頻功率，此電壓就是粒子的加速電壓。鐵氧體的作用有二，一是縮短 腔體長度，二是直流偏磁電流來改變鐵氧體的導(dǎo)磁率，從而改變腔體的諧振頻率。為此，在 腔體內(nèi)導(dǎo)體與磁環(huán)之間的介質(zhì)中設(shè)置有偏流線圈導(dǎo)體9，線圈導(dǎo)體為寬40mm，厚度4mm的銅 板，線圈共六圈。對(duì)應(yīng)0. 5MHz 2MHz工作頻率，流過線圈的直流偏磁電流約為5 140A。 用銅板在兩腔體的中間部位交叉，目的是使兩個(gè)腔體在線圈上感應(yīng)的高頻電流相互抵消， 線圈上只有直流偏磁電流。 所述的大功率鐵氧體加載變頻調(diào)諧腔，腔體內(nèi)的鐵氧體和介質(zhì)處于強(qiáng)高頻電磁場(chǎng) 中，由于磁損和介質(zhì)損耗，要吸收高頻能量而發(fā)熱，吸收能量的大小，即損耗的大小與介質(zhì) 材料和鐵氧體的性能相關(guān)。為了使腔體能夠工作在高功率高電壓下，本發(fā)明為了減少介質(zhì) 損耗，鐵氧體環(huán)與內(nèi)導(dǎo)體之間的絕緣介質(zhì)采用高頻損耗小的聚四氟乙烯，并解決其填充成 型難題。在安裝鐵氧體環(huán)之前，用模具將四氟擠壓成型在同軸內(nèi)導(dǎo)體上，并同時(shí)將偏磁線圈 導(dǎo)體埋在四氟層中間，使四氟介質(zhì)，銅導(dǎo)體條，同軸內(nèi)導(dǎo)體成為緊密結(jié)合的一體并且可以精 密加工.這樣，腔體就可以反復(fù)拆卸，方便維修和試驗(yàn)；為了將鐵氧體產(chǎn)生的熱量帶走，在 每片鐵氧體環(huán)的兩側(cè)及兩相鄰鐵氧體環(huán)之間夾有內(nèi)，外徑與鐵氧體環(huán)相同，一定厚度的通 水冷卻盤，鐵氧體產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)到水冷盤上，由盤中的水流帶走；腔體調(diào)諧電容選用高耐 壓，高功率真空陶瓷電容，并用風(fēng)機(jī)冷卻。 采用以上設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)，在0. 5MHz 2MHZ頻率范圍內(nèi)，腔體不僅可以在掃頻脈沖調(diào) 制模式下工作，而且還可以在點(diǎn)頻連續(xù)波模式下工作，最高點(diǎn)壓可以達(dá)到峰峰值17kV，滿足 了 CSR實(shí)驗(yàn)環(huán)高頻系統(tǒng)的的雙模式工作要求，測(cè)試結(jié)果見圖4。 圖4(a)為f = 0. 5MHz，腔體電壓V = 17kV ;圖4(b)為f = lMHz，腔體電壓V = 14. 2kV. 圖5為點(diǎn)頻連續(xù)波運(yùn)行模式腔體電壓測(cè)試結(jié)果 圖5 (a)為f = 1. 5MHz，腔體電壓V = 11. 4kV ;圖5 (b)為f = 2MHz腔體電壓V = 9.26kV。
圖6為掃頻脈沖調(diào)制運(yùn)行模式腔體電壓測(cè)試結(jié)果。圖中，1為腔體電壓取樣檢波;2為腔體電壓取樣；3為失諧相位。 下圖為點(diǎn)頻連續(xù)波運(yùn)行模式腔體電壓測(cè)試結(jié)果
f = 1. 5MHz腔體電壓V = 11. 4kV f = 2MHz腔體電壓V =
9. 26kV 下圖為掃頻脈沖調(diào)制運(yùn)行模式腔體電壓測(cè)試結(jié)果(圖中，l為腔體電壓取樣檢
波；2為腔體電壓取樣；3為失諧相位)
權(quán)利要求
一種大功率鐵氧體加載變頻調(diào)諧腔，包括有同軸相對(duì)放置的左諧振腔(1)和右諧振腔(2)，其特征在于所述的右諧振腔(2)的內(nèi)導(dǎo)體(15)和外導(dǎo)體(16)之間填裝有多片腔體加載的鐵氧體磁環(huán)(6)，鐵氧體磁環(huán)(6)的內(nèi)徑與內(nèi)導(dǎo)體(15)之間填有絕緣四氟介質(zhì)(8)，絕緣四氟介質(zhì)(8)中設(shè)有第一偏磁線圈導(dǎo)體(9)，鐵氧體磁環(huán)(6)的外部安裝有第二偏磁線圈導(dǎo)體(10)，右諧振腔(2)的內(nèi)導(dǎo)體(15)中間為真空室(3)，右諧振腔(2)的外部裝有不銹鋼外殼(23)，右諧振腔(2)的側(cè)部設(shè)有支撐不銹鋼板(17)。
2. 如權(quán)利要求1所述的大功率鐵氧體加載變頻調(diào)諧腔，其特征在于所述的鐵氧體環(huán) (6)為20片，每?jī)善F氧體磁環(huán)(6)之間設(shè)有通水冷卻盤(7)，通水冷卻盤(7)通過進(jìn)出水 管接頭(21)與外部供水管相連，鐵氧體磁環(huán)(6)和通水冷卻盤(7)通過諧振腔體底部的支 撐體(20)安裝在諧振腔體上。
3. 如權(quán)利要求l所述的大功率鐵氧體加載變頻調(diào)諧腔，其特征在于所述的真空室(3) 和內(nèi)導(dǎo)體(15)通過連接片(19)相連，真空室(3)的外部設(shè)有加熱帶和保溫層(22)。
4. 如權(quán)利要求1所述的大功率鐵氧體加載變頻調(diào)諧腔，其特征在于所述的左諧振腔 (1)和右諧振腔(2)結(jié)構(gòu)相同，對(duì)稱連接。
5. 如權(quán)利要求4所述的大功率鐵氧體加載變頻調(diào)諧腔，其特征在于所述的左諧振腔 (1)和右諧振腔(2)相連接處設(shè)有饋電連接導(dǎo)體(18)和偏磁線圈交叉連接處(ll)，左諧振 腔(1)和右諧振腔(2)中的真空室連接處設(shè)有絕緣陶瓷(4)和加速縫(5)，絕緣陶瓷(4)真 空室連接處設(shè)有波紋管(12)，加速縫(5)兩邊分別與左諧振腔(1)和右諧振腔(2)的內(nèi)導(dǎo) 體開路端相連，加速縫(5)兩邊又與腔體諧振高壓真空電容器(14)相連，左諧振腔(1)和 右諧振腔(2)中的真空室的兩端安裝有支撐裝置(13)。
全文摘要
本發(fā)明主要涉及一種大功率鐵氧體加載變頻調(diào)諧腔。包括有同軸相對(duì)放置的左諧振腔(1)和右諧振腔(2)，右諧振腔(2)的內(nèi)導(dǎo)體(15)和外導(dǎo)體(16)之間填裝有多片腔體加載的鐵氧體磁環(huán)(6)，鐵氧體磁環(huán)(6)的內(nèi)徑與內(nèi)導(dǎo)體(15)之間填有絕緣四氟介質(zhì)(8)，絕緣四氟介質(zhì)(8)中設(shè)有第一偏磁線圈導(dǎo)體(9)，鐵氧體磁環(huán)(6)的外部安裝有第二偏磁線圈導(dǎo)體(10)，右諧振腔(2)的內(nèi)導(dǎo)體(15)中間為真空室(3)，右諧振腔(2)的外部裝有不銹鋼外殼(23)，右諧振腔(2)的側(cè)部設(shè)有支撐不銹鋼板(17)。其采用在0.5MHz～2MHZ頻率范圍內(nèi)，腔體不僅可以在掃頻脈沖調(diào)制模式下工作，而且還可以在電頻連續(xù)波模式下工作，滿足了CSR實(shí)驗(yàn)環(huán)高頻系統(tǒng)的的雙模式工作要求。
文檔編號(hào)H05H13/04GK101715272SQ20091016548
公開日2010年5月26日 申請(qǐng)日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者夏佳文, 王春曉, 許哲, 趙紅衛(wèi), 邊志彬 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院近代物理研究所