JPH04229600A - 加速器空洞のための電力結合装置 - Google Patents
加速器空洞のための電力結合装置Info
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- JPH04229600A JPH04229600A JP3163942A JP16394291A JPH04229600A JP H04229600 A JPH04229600 A JP H04229600A JP 3163942 A JP3163942 A JP 3163942A JP 16394291 A JP16394291 A JP 16394291A JP H04229600 A JPH04229600 A JP H04229600A
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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
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S505/00—Superconductor technology: apparatus, material, process
- Y10S505/825—Apparatus per se, device per se, or process of making or operating same
- Y10S505/866—Wave transmission line, network, waveguide, or microwave storage device
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、加速器空洞特に超伝
導加速器空洞のための可調節な結合係数を有する電力結
合装置に関する。
導加速器空洞のための可調節な結合係数を有する電力結
合装置に関する。
【0002】
【従来の技術】粒子加速及び/又は加速器設備において
これに関連する用途のために用いられるビーム管の高周
波共振器又は加速器空洞は、他の構成要素と共に一つ以
上の種々の大電力結合装置を含む。この種の大電力結合
装置は粒子ビームを加速するための電力(200kW以
下の高周波電力)をビーム管の高周波共振器又は加速器
空洞に結合する。通常この種の加速器空洞は約40MH
zないし5GHzの共振周波数領域で運転される。概し
て言えば加速器空洞の共振周波数は高周波領域特に無線
周波数領域にある。
これに関連する用途のために用いられるビーム管の高周
波共振器又は加速器空洞は、他の構成要素と共に一つ以
上の種々の大電力結合装置を含む。この種の大電力結合
装置は粒子ビームを加速するための電力(200kW以
下の高周波電力)をビーム管の高周波共振器又は加速器
空洞に結合する。通常この種の加速器空洞は約40MH
zないし5GHzの共振周波数領域で運転される。概し
て言えば加速器空洞の共振周波数は高周波領域特に無線
周波数領域にある。
【0003】大電力結合装置はロッドカプラ又はループ
カプラの形式である。ロッドカプラは通常空洞の付近に
、給電すべき加速器空洞又はビーム管に接続された同軸
導波路を備える。同軸導波路は管形の外側導体及びこの
外側導体中に配置された棒形の内側導体を有し、高周波
電力を空洞へ伝送するためのアンテナとして働く。ロッ
ドカプラは約1GHz以下特に数百MHzの共振周波数
領域で働く加速器空洞と共に用いられるのが有利である
。
カプラの形式である。ロッドカプラは通常空洞の付近に
、給電すべき加速器空洞又はビーム管に接続された同軸
導波路を備える。同軸導波路は管形の外側導体及びこの
外側導体中に配置された棒形の内側導体を有し、高周波
電力を空洞へ伝送するためのアンテナとして働く。ロッ
ドカプラは約1GHz以下特に数百MHzの共振周波数
領域で働く加速器空洞と共に用いられるのが有利である
。
【0004】この種の結合装置はその剛性の機械的構造
のために、いわゆる結合係数により表示される結合の強
さが固定され、運転上の要求に関連して容易に調節する
ことはできない。加速器の分野では加速器空洞の運転の
典型的なモードは空洞の共振周波数により振動する電磁
界の維持である。振幅は通過するビーム中での粒子の加
速量に相応してあらかじめ定められている。界の振幅は
、十分な電力を有する高周波信号を供給し、この信号の
有効部分を適当な電力結合装置により空洞へ結合するこ
とにより一定に保たれる。粒子ビームが存在しないとき
は空洞中へ結合される高周波電力が空洞中で消散する電
力に釣り合っている。典型的な超伝導空洞に対してはこ
の量は約10Wである。しかしながら加速過程が空洞か
らビームへの電力伝送を引き起こすので、空洞を通り抜
けて加速されるべき粒子のビームは所定振幅に電磁界を
維持するために供給される高周波電力を増加させる。 一般的な用途において粒子ビームへ伝送される高周波電
力は容易に数百kWにまで達し得る。約10Wと約20
0kWとの間で出力を変化できる高周波電力源は入手困
難であるので、加速器空洞は一定でかつ十分に大きい振
幅の信号を供給する高周波電力源により通常電力を供給
され、この電力源は、例えばとりわけビームの強度のよ
うな運転条件に従って、所望の電力量が空洞へ伝送され
るように調節される結合係数を有する電力結合装置によ
り空洞へ結合される。
のために、いわゆる結合係数により表示される結合の強
さが固定され、運転上の要求に関連して容易に調節する
ことはできない。加速器の分野では加速器空洞の運転の
典型的なモードは空洞の共振周波数により振動する電磁
界の維持である。振幅は通過するビーム中での粒子の加
速量に相応してあらかじめ定められている。界の振幅は
、十分な電力を有する高周波信号を供給し、この信号の
有効部分を適当な電力結合装置により空洞へ結合するこ
とにより一定に保たれる。粒子ビームが存在しないとき
は空洞中へ結合される高周波電力が空洞中で消散する電
力に釣り合っている。典型的な超伝導空洞に対してはこ
の量は約10Wである。しかしながら加速過程が空洞か
らビームへの電力伝送を引き起こすので、空洞を通り抜
けて加速されるべき粒子のビームは所定振幅に電磁界を
維持するために供給される高周波電力を増加させる。 一般的な用途において粒子ビームへ伝送される高周波電
力は容易に数百kWにまで達し得る。約10Wと約20
0kWとの間で出力を変化できる高周波電力源は入手困
難であるので、加速器空洞は一定でかつ十分に大きい振
幅の信号を供給する高周波電力源により通常電力を供給
され、この電力源は、例えばとりわけビームの強度のよ
うな運転条件に従って、所望の電力量が空洞へ伝送され
るように調節される結合係数を有する電力結合装置によ
り空洞へ結合される。
【0005】従来この問題は、種々の目的に適合し特定
の運転上の要求に従って加速器空洞へ選択的に結合され
る種々の結合装置を用いることにより解決されてきた。
の運転上の要求に従って加速器空洞へ選択的に結合され
る種々の結合装置を用いることにより解決されてきた。
【0006】しかしながらこの方法は融通性に欠け、か
つ運転条件が変わるときに追加の組立工程を必要とする
。
つ運転条件が変わるときに追加の組立工程を必要とする
。
【0007】ドイツ連邦共和国特許第3208655
号明細書には、調節可能な結合係数を有する超伝導加速
器空洞のための電力結合装置が記載されている。この装
置は外側導体と棒形の内側導体とを備え高周波電力源へ
通じる方形導波路へ空洞を結合する同軸導波路から成る
。外側導体は方形導波路と空洞との間に剛性に固定され
、内側導体は同軸導波路から方形導波路を通って外部駆
動装置へ突出し、空洞の付近で内側導体の先端の位置を
変更することにより結合係数を変更するように、内側導
体が外側導体に対し移動可能である。方形導波路は、同
軸導波路への孔を残して外側導体が終端する場所にある
第1の壁と、内側導体が貫通突出する他の孔を備え第1
の壁に向かい合う第2の壁とを有する。しかしながら内
側導体は理想的な電気短絡路であるべき接続部により第
2の壁に接触しなければならない。前記特許明細書によ
ればこの種の短絡路は、内側導体と同軸に配置され第2
の壁に電気的に接触させられ適当な長さ(約λ/4)及
び種々の直径を有する複数の導電性筒を備えるλ/4変
成器により近似される。相応に変成器の寸法を選択する
ことにより、短絡回路に近い比較的小さい電気インピー
ダンスが内側導体と第2の壁との間のギャップに得られ
る。しかしながら小さい電気インピーダンスは依然とし
て、容積を有する空所を含むおそれのある内側導体用外
部駆動装置の幾何学的形状に従って、内側導体が動くに
つれて変化する共振点に依存する。このことはギャップ
におけるインピーダンスの変動を伴い、勿論電力結合装
置の適用可能性をかなり制限するおそれがある。
号明細書には、調節可能な結合係数を有する超伝導加速
器空洞のための電力結合装置が記載されている。この装
置は外側導体と棒形の内側導体とを備え高周波電力源へ
通じる方形導波路へ空洞を結合する同軸導波路から成る
。外側導体は方形導波路と空洞との間に剛性に固定され
、内側導体は同軸導波路から方形導波路を通って外部駆
動装置へ突出し、空洞の付近で内側導体の先端の位置を
変更することにより結合係数を変更するように、内側導
体が外側導体に対し移動可能である。方形導波路は、同
軸導波路への孔を残して外側導体が終端する場所にある
第1の壁と、内側導体が貫通突出する他の孔を備え第1
の壁に向かい合う第2の壁とを有する。しかしながら内
側導体は理想的な電気短絡路であるべき接続部により第
2の壁に接触しなければならない。前記特許明細書によ
ればこの種の短絡路は、内側導体と同軸に配置され第2
の壁に電気的に接触させられ適当な長さ(約λ/4)及
び種々の直径を有する複数の導電性筒を備えるλ/4変
成器により近似される。相応に変成器の寸法を選択する
ことにより、短絡回路に近い比較的小さい電気インピー
ダンスが内側導体と第2の壁との間のギャップに得られ
る。しかしながら小さい電気インピーダンスは依然とし
て、容積を有する空所を含むおそれのある内側導体用外
部駆動装置の幾何学的形状に従って、内側導体が動くに
つれて変化する共振点に依存する。このことはギャップ
におけるインピーダンスの変動を伴い、勿論電力結合装
置の適用可能性をかなり制限するおそれがある。
【0008】同軸導波路の内側導体を管状導波路特に方
形導波路の壁に電気的に接続するという前記の問題は、
或る状況下では内側導体を壁へ直接接続するすり接点を
備えることにより解決される。しかしながら従来の加速
器分野ではこの解決策は壁と内側導体との間の大電流の
ゆえに採用されない。処理すべき電流は(1MWまでの
)高周波大電力に相応するので、すり接点の損傷が起こ
るおそれがある。
形導波路の壁に電気的に接続するという前記の問題は、
或る状況下では内側導体を壁へ直接接続するすり接点を
備えることにより解決される。しかしながら従来の加速
器分野ではこの解決策は壁と内側導体との間の大電流の
ゆえに採用されない。処理すべき電流は(1MWまでの
)高周波大電力に相応するので、すり接点の損傷が起こ
るおそれがある。
【0009】π中間子ビーム圧縮のための超伝導単一セ
ル空洞がロスアラモス研究所で用いられている。この空
洞は400MHz付近の共振周波数で運転される。
ル空洞がロスアラモス研究所で用いられている。この空
洞は400MHz付近の共振周波数で運転される。
【0010】空洞へのビームによる装荷は前記の特定の
用途では無視できるので、空洞の全Qはほぼ結合装置に
より決定される。また結合を行わないとき超伝導空洞の
Qは一般に非常に高く、かつ空洞を通るビームにより有
効負荷が生じないので、結合は反ってなおさらQを損な
う。Qのあらゆる減少が空洞の帯域幅を広げ従って周波
数制御に対する精度要求の低減を可能にするので、必要
な高周波電力の低いレベルに対して望ましい高いQと高
周波電力源の周波数制御を容易にする低いQとの間で妥
協が見いだされる。更に十分に低いQは、もし周波数変
化が合理的かつ十分に達成できる限界内に保たれるなら
ば、空洞のインピーダンスがほぼ一定に保たれるという
ことを保証する。従って高周波電力源に有害に作用する
おそれのある大きい不整合を避けることができる。
用途では無視できるので、空洞の全Qはほぼ結合装置に
より決定される。また結合を行わないとき超伝導空洞の
Qは一般に非常に高く、かつ空洞を通るビームにより有
効負荷が生じないので、結合は反ってなおさらQを損な
う。Qのあらゆる減少が空洞の帯域幅を広げ従って周波
数制御に対する精度要求の低減を可能にするので、必要
な高周波電力の低いレベルに対して望ましい高いQと高
周波電力源の周波数制御を容易にする低いQとの間で妥
協が見いだされる。更に十分に低いQは、もし周波数変
化が合理的かつ十分に達成できる限界内に保たれるなら
ば、空洞のインピーダンスがほぼ一定に保たれるという
ことを保証する。従って高周波電力源に有害に作用する
おそれのある大きい不整合を避けることができる。
【0011】このような状況下で、運転状態での起こり
得る変化を考慮して融通性を得るために、並びにQの前
記範囲の限界を探究するために、可調節な結合を有する
簡単で信頼性のある電力結合装置が必要となった。
得る変化を考慮して融通性を得るために、並びにQの前
記範囲の限界を探究するために、可調節な結合を有する
簡単で信頼性のある電力結合装置が必要となった。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】この発明の課題は、こ
の一般的な形式の従来公知の装置の前記の欠点を克服し
かつ可調節な結合を提供するような、加速器空洞特に超
伝導空洞のための可調節な結合係数を有する電力結合装
置を提供することにある。
の一般的な形式の従来公知の装置の前記の欠点を克服し
かつ可調節な結合を提供するような、加速器空洞特に超
伝導空洞のための可調節な結合係数を有する電力結合装
置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】この課題はこの発明に基
づき、所定の共振波長λを有する高周波界によりその中
心軸線に沿って粒子を加速することができる空洞を有す
るビーム管と、この空洞に関連する所定の共振周波数と
を有する加速器の中で、高周波電力源へ空洞を結合する
ための高周波電力結合装置において、この結合装置が、
a)中心軸線、外側導体及び内側導体を有する同軸導波
路を備え、外側導体が空洞の中心軸線と同軸導波路の中
心軸線との間の角度を画成しながら空洞に対して固定さ
れ、また同軸導波路の中心軸線に沿って内側導体を動か
す外部駆動装置を備え、 b)同軸導波路の中心軸線と共に角度を画成する中心軸
線と壁とを有する管状導波路を備え、壁が壁内に形成さ
れ相向かい合う第1の孔及び第2の孔を有し、外側導体
が管状導波路から同軸導波路中への高周波界のための入
口を画成する第1の孔のところで終端し、内側導体が管
状導波路を貫通して延びかつ第2の孔を貫いて突出し、
c)内側導体と壁との間に内側筒及び外側筒を有する接
続部を備え、各筒が導電性でありかつ第1の孔へ向かっ
て突出するそれぞれの第1の先端と第1の孔から遠ざか
る方へ突出するそれぞれの第2の先端とを有し、内側筒
が同軸に内側導体を囲んで配置されてλ/4の第1の奇
倍数の有効長を有する内側変成器を画成し、外側筒が同
軸に内側筒を囲んで配置されてλ/4の第2の奇倍数の
有効長を有する外側変成器を画成し、内側筒の第1の先
端が外側筒の第1の先端に電気的に接続され、外側筒が
第1の先端と第2の先端との間で壁に電気的に接続され
、すり接点が外側筒の第2の先端上に配置され、内側導
体がすり接点上で摺動可能でありかつすり接点に電気的
に接続され、すり接点と内側筒の第2の先端とが両者の
間のギャップを画成することにより解決される。
づき、所定の共振波長λを有する高周波界によりその中
心軸線に沿って粒子を加速することができる空洞を有す
るビーム管と、この空洞に関連する所定の共振周波数と
を有する加速器の中で、高周波電力源へ空洞を結合する
ための高周波電力結合装置において、この結合装置が、
a)中心軸線、外側導体及び内側導体を有する同軸導波
路を備え、外側導体が空洞の中心軸線と同軸導波路の中
心軸線との間の角度を画成しながら空洞に対して固定さ
れ、また同軸導波路の中心軸線に沿って内側導体を動か
す外部駆動装置を備え、 b)同軸導波路の中心軸線と共に角度を画成する中心軸
線と壁とを有する管状導波路を備え、壁が壁内に形成さ
れ相向かい合う第1の孔及び第2の孔を有し、外側導体
が管状導波路から同軸導波路中への高周波界のための入
口を画成する第1の孔のところで終端し、内側導体が管
状導波路を貫通して延びかつ第2の孔を貫いて突出し、
c)内側導体と壁との間に内側筒及び外側筒を有する接
続部を備え、各筒が導電性でありかつ第1の孔へ向かっ
て突出するそれぞれの第1の先端と第1の孔から遠ざか
る方へ突出するそれぞれの第2の先端とを有し、内側筒
が同軸に内側導体を囲んで配置されてλ/4の第1の奇
倍数の有効長を有する内側変成器を画成し、外側筒が同
軸に内側筒を囲んで配置されてλ/4の第2の奇倍数の
有効長を有する外側変成器を画成し、内側筒の第1の先
端が外側筒の第1の先端に電気的に接続され、外側筒が
第1の先端と第2の先端との間で壁に電気的に接続され
、すり接点が外側筒の第2の先端上に配置され、内側導
体がすり接点上で摺動可能でありかつすり接点に電気的
に接続され、すり接点と内側筒の第2の先端とが両者の
間のギャップを画成することにより解決される。
【0014】この発明の一実施態様によれば、空洞は超
伝導空洞である。
伝導空洞である。
【0015】この発明の別の実施態様によれば、同軸導
波路の中心軸線と管状導波路の中心軸線との間に画成さ
れる角度は約90°である。
波路の中心軸線と管状導波路の中心軸線との間に画成さ
れる角度は約90°である。
【0016】この発明の異なる実施態様によれば、内側
導体は外部駆動装置により同軸導波路の中心軸線に沿っ
て約20〜120mmの距離にわたり移動可能である。
導体は外部駆動装置により同軸導波路の中心軸線に沿っ
て約20〜120mmの距離にわたり移動可能である。
【0017】この発明の異なる実施態様によれば、空洞
の中心軸線と同軸導波路の中心軸線との間の角度は約9
0°である。
の中心軸線と同軸導波路の中心軸線との間の角度は約9
0°である。
【0018】この発明の異なる実施態様によれば、内側
導体はビーム管から約0〜120mmの距離まで突出す
る先端を有する。
導体はビーム管から約0〜120mmの距離まで突出す
る先端を有する。
【0019】この発明の異なる実施態様によれば、外部
駆動装置は高精度位置決めリニア駆動装置である。
駆動装置は高精度位置決めリニア駆動装置である。
【0020】この発明の異なる実施態様によれば、同軸
導波路と高周波電力源との間並びに同軸導波路と外部駆
動装置との間に真空防壁が配置される。
導波路と高周波電力源との間並びに同軸導波路と外部駆
動装置との間に真空防壁が配置される。
【0021】この発明の異なる実施態様によれば、空洞
はビーム管中に形成され、外側導体は空洞の付近でビー
ム管に接続されている。
はビーム管中に形成され、外側導体は空洞の付近でビー
ム管に接続されている。
【0022】この発明の異なる実施態様によれば、管状
導波路は方形導波路であり、壁は第1のほぼ平らな部分
と第1のほぼ平らな部分に向かい合う第2のほぼ平らな
部分とを備え、第1の孔は第1のほぼ平らな部分に配置
され、第2の孔は第2のほぼ平らな部分に配置される。
導波路は方形導波路であり、壁は第1のほぼ平らな部分
と第1のほぼ平らな部分に向かい合う第2のほぼ平らな
部分とを備え、第1の孔は第1のほぼ平らな部分に配置
され、第2の孔は第2のほぼ平らな部分に配置される。
【0023】この発明の異なる実施態様によればλ/4
の第1の奇倍数はλ/4に等しく、また更に異なる実施
態様によればλ/4の第2の奇倍数はλ/4に等しい。
の第1の奇倍数はλ/4に等しく、また更に異なる実施
態様によればλ/4の第2の奇倍数はλ/4に等しい。
【0024】この発明の異なる実施態様によれば所定の
共振周波数は40MHzないし5GHzであり、更に異
なる実施態様によれば所定の共振周波数は40MHzな
いし1GHzである。
共振周波数は40MHzないし5GHzであり、更に異
なる実施態様によれば所定の共振周波数は40MHzな
いし1GHzである。
【0025】この発明の異なる実施態様によれば、内側
筒は円筒形である。
筒は円筒形である。
【0026】この発明の異なる実施態様によれば、外側
筒は円筒形である。
筒は円筒形である。
【0027】この発明は加速器空洞のための可調節な結
合係数を有する電力結合装置として図示説明されている
が、図示の例に制限されるものではない。従ってこの発
明の趣旨から逸脱することなく種々の修正及び構造的変
更を行うことができる。
合係数を有する電力結合装置として図示説明されている
が、図示の例に制限されるものではない。従ってこの発
明の趣旨から逸脱することなく種々の修正及び構造的変
更を行うことができる。
【0028】
【実施例】次にこの発明に基づく可調節な結合係数を有
する電力結合装置の一実施例を示す図面により、この発
明を詳細に説明する。
する電力結合装置の一実施例を示す図面により、この発
明を詳細に説明する。
【0029】図1には、無線周波数電力源7の付近へ延
びる管状導波路1を備えたこの発明に基づき開発かつ試
験された電力結合装置が示されている。結合装置はまた
、中心軸線25を備えた加速器空洞(又は共振器)24
を有するビーム管27に接続され中心軸線9を有する同
軸導波路(又は同軸線路)8を備える。同軸導波路8は
外側導体10と先端12を備えた内側又は中心導体11
とを有する。同軸導波路8と高周波電力源7との間に配
置されたセラミック窓21は空洞24のための真空防壁
を形成する。空洞24の周波数はビーム管27及び外側
導体10の遮断周波数以下である。
びる管状導波路1を備えたこの発明に基づき開発かつ試
験された電力結合装置が示されている。結合装置はまた
、中心軸線25を備えた加速器空洞(又は共振器)24
を有するビーム管27に接続され中心軸線9を有する同
軸導波路(又は同軸線路)8を備える。同軸導波路8は
外側導体10と先端12を備えた内側又は中心導体11
とを有する。同軸導波路8と高周波電力源7との間に配
置されたセラミック窓21は空洞24のための真空防壁
を形成する。空洞24の周波数はビーム管27及び外側
導体10の遮断周波数以下である。
【0030】この発明に基づく結合装置は管状導波路1
と同軸導波路8との間の移行部に二つのλ/4変成器(
λ=空洞24の共振波長)と、最小の無線周波数電流だ
けが流れる位置に設けられた無線周波数すり接点23と
を備える。接点23は同軸導波路8の内側導体11を外
部の機械的駆動機構26により移動することができるよ
うにする。ベローズ22の形の真空防壁が管状導波路1
と外部駆動機構26との間に接続されている。機械的駆
動装置26は管状導波路1と同軸導波路8との間の移行
部に組み込まれた高精度位置決めリニア駆動装置である
。内側導体11は外部駆動装置26により同軸導波路8
の中心軸線9に沿って約20〜120mmの距離にわた
り移動可能である。
と同軸導波路8との間の移行部に二つのλ/4変成器(
λ=空洞24の共振波長)と、最小の無線周波数電流だ
けが流れる位置に設けられた無線周波数すり接点23と
を備える。接点23は同軸導波路8の内側導体11を外
部の機械的駆動機構26により移動することができるよ
うにする。ベローズ22の形の真空防壁が管状導波路1
と外部駆動機構26との間に接続されている。機械的駆
動装置26は管状導波路1と同軸導波路8との間の移行
部に組み込まれた高精度位置決めリニア駆動装置である
。内側導体11は外部駆動装置26により同軸導波路8
の中心軸線9に沿って約20〜120mmの距離にわた
り移動可能である。
【0031】同軸導波路8の内側導体11はビーム管2
7のそばで終端し、空洞24へ結合するアンテナとして
働く。内側導体11の先端12からビーム管27までの
距離が結合係数を決定することが判明している。例えば
結合係数の値を変更するために、内側導体11と高周波
共振器又は空洞24との間の距離が可変であることが必
要である。この問題は内側導体11を動かすことができ
るようにすることにより解決される。内側導体11の先
端12はビーム管27から約0〜120mmの距離まで
突出することができる。
7のそばで終端し、空洞24へ結合するアンテナとして
働く。内側導体11の先端12からビーム管27までの
距離が結合係数を決定することが判明している。例えば
結合係数の値を変更するために、内側導体11と高周波
共振器又は空洞24との間の距離が可変であることが必
要である。この問題は内側導体11を動かすことができ
るようにすることにより解決される。内側導体11の先
端12はビーム管27から約0〜120mmの距離まで
突出することができる。
【0032】試験中にこの発明に基づく結合装置は、約
70mmの機械的移動の道程により係数300を超える
結合係数の変化を示した。結合装置はQの範囲が107
ないし109 の間で可調節である超伝導空洞に関し
てなんら問題なく作動した。
70mmの機械的移動の道程により係数300を超える
結合係数の変化を示した。結合装置はQの範囲が107
ないし109 の間で可調節である超伝導空洞に関し
てなんら問題なく作動した。
【0033】組み込まれた二つのλ/4変成器の使用に
より、一方では必要な高周波すり接点23がほぼ無電流
となり、また他方では短絡路が内側導体11と管状導波
路1に接触しているすべての構成要素との間に残ってい
るギャップへ変換されることが更に保証される。従って
結合装置は大きい高周波電力を伝達できるように構成さ
れる。しかしながら高周波界を外部駆動装置26付近の
領域から、特に内側導体11とベローズ22との間の空
所からほぼ完全に遠ざけ、加速器空洞24へ伝播する高
周波界へのすべての影響を実質的に防止することができ
る。
より、一方では必要な高周波すり接点23がほぼ無電流
となり、また他方では短絡路が内側導体11と管状導波
路1に接触しているすべての構成要素との間に残ってい
るギャップへ変換されることが更に保証される。従って
結合装置は大きい高周波電力を伝達できるように構成さ
れる。しかしながら高周波界を外部駆動装置26付近の
領域から、特に内側導体11とベローズ22との間の空
所からほぼ完全に遠ざけ、加速器空洞24へ伝播する高
周波界へのすべての影響を実質的に防止することができ
る。
【0034】次に図2の要部詳細図には、管状導波路1
と同軸導波路2との間のこの発明に基づく移行部が示さ
れている。同軸導波路8は管状導波路1の中心軸線2に
関して約90°の角度に配置された中心軸線9を有する
。管状導波路1はその中心軸線2に直行する平面上で方
形断面を有する。その壁は平らな第1の部分3と第1の
部分3の反対側に配置された平らな第2の部分5とを備
える。第1の部分3は第1の孔4を有し、この孔で外側
導体10が管状導波路1の壁に電気的に接続されている
。内側導体11は管状導波路1を貫通して延び、第1の
孔4のほぼ反対側に第2の部分5に設けられた第2の孔
6を貫いて突出する。
と同軸導波路2との間のこの発明に基づく移行部が示さ
れている。同軸導波路8は管状導波路1の中心軸線2に
関して約90°の角度に配置された中心軸線9を有する
。管状導波路1はその中心軸線2に直行する平面上で方
形断面を有する。その壁は平らな第1の部分3と第1の
部分3の反対側に配置された平らな第2の部分5とを備
える。第1の部分3は第1の孔4を有し、この孔で外側
導体10が管状導波路1の壁に電気的に接続されている
。内側導体11は管状導波路1を貫通して延び、第1の
孔4のほぼ反対側に第2の部分5に設けられた第2の孔
6を貫いて突出する。
【0035】内側導体11が移動可能であるにもかかわ
らず、内側導体11と壁との間の短絡路と等価な電気的
接続を提供するために、すり接点23が設けられている
。しかしながら加速器におけるような大電力用途では、
電気的接続はかなりの重負荷の高周波電流を通さなけれ
ばならず、特にすり接点23上に非常に大きい電流が流
れるのを避けるように注意しなければならない。この発
明に基づきこのことは、直列に接続され内側導体11と
同一線上に二つのλ/4変成器を配置する、すなわち一
つのλ/2変成器を設けることにより達成される。 従って十分に大きい電流を通す実の電気短絡路は、内側
導体11を壁の平らな第2の部分5へ接続する虚の短絡
路へ変換される。λ/4形の内側変成器は、同軸に内側
導体11を囲みλ/4又はその奇倍数の有効長を備える
適当な長さの内側筒13を配置することにより画成され
る。内側変成器は内側導体11と内側筒13との間のギ
ャップである。λ/4形の外側変成器の形成のために、
同様にそれぞれの筒の間のギャップとして外側変成器を
画成するために、外側筒16が同軸に内側筒13を囲ん
で配置されている。前記の実短絡路は内側筒13の第1
の先端14と外側筒16の第1の先端17との間の機械
的かつ電気的に安定した接続部19の形で提供される。 第1の先端14、17は第1の孔4の方へ向いている。 内側筒13及び外側筒16のそれぞれの第2の先端15
、18は第1の孔4と逆方向へ向いている。外側筒16
の第2の先端18はすり接点23を支持し、従ってλ/
2変成器を画成する。内側筒13の第2の先端15は、
λ/4変成器の直列接続を提供するために、すり接点2
3に対しギャップ20を残して解放されている。第1の
先端14と17との間のインピーダンスは非常に小さい
ので、その代わりに小さい電流を伴うかなり大きいイン
ピーダンスが第2の先端15と18との間に生じる。そ
の結果としてすり接点23上の電流負荷がかなり小さく
保たれ、それにより結合装置によって処理できる最大電
力がかなりなものとなる。更に内側筒13の第1の先端
14と内側導体11との間のインピーダンスが同じく非
常に小さく、従って内側導体11から管状導波路1の壁
への虚の短絡路を実質上保証する。内側筒13並びに外
側筒14は円筒形とするのが望ましい。
らず、内側導体11と壁との間の短絡路と等価な電気的
接続を提供するために、すり接点23が設けられている
。しかしながら加速器におけるような大電力用途では、
電気的接続はかなりの重負荷の高周波電流を通さなけれ
ばならず、特にすり接点23上に非常に大きい電流が流
れるのを避けるように注意しなければならない。この発
明に基づきこのことは、直列に接続され内側導体11と
同一線上に二つのλ/4変成器を配置する、すなわち一
つのλ/2変成器を設けることにより達成される。 従って十分に大きい電流を通す実の電気短絡路は、内側
導体11を壁の平らな第2の部分5へ接続する虚の短絡
路へ変換される。λ/4形の内側変成器は、同軸に内側
導体11を囲みλ/4又はその奇倍数の有効長を備える
適当な長さの内側筒13を配置することにより画成され
る。内側変成器は内側導体11と内側筒13との間のギ
ャップである。λ/4形の外側変成器の形成のために、
同様にそれぞれの筒の間のギャップとして外側変成器を
画成するために、外側筒16が同軸に内側筒13を囲ん
で配置されている。前記の実短絡路は内側筒13の第1
の先端14と外側筒16の第1の先端17との間の機械
的かつ電気的に安定した接続部19の形で提供される。 第1の先端14、17は第1の孔4の方へ向いている。 内側筒13及び外側筒16のそれぞれの第2の先端15
、18は第1の孔4と逆方向へ向いている。外側筒16
の第2の先端18はすり接点23を支持し、従ってλ/
2変成器を画成する。内側筒13の第2の先端15は、
λ/4変成器の直列接続を提供するために、すり接点2
3に対しギャップ20を残して解放されている。第1の
先端14と17との間のインピーダンスは非常に小さい
ので、その代わりに小さい電流を伴うかなり大きいイン
ピーダンスが第2の先端15と18との間に生じる。そ
の結果としてすり接点23上の電流負荷がかなり小さく
保たれ、それにより結合装置によって処理できる最大電
力がかなりなものとなる。更に内側筒13の第1の先端
14と内側導体11との間のインピーダンスが同じく非
常に小さく、従って内側導体11から管状導波路1の壁
への虚の短絡路を実質上保証する。内側筒13並びに外
側筒14は円筒形とするのが望ましい。
【0036】この発明に基づく移行部の最も重要な寸法
は、個々のλ/4変成器の長さではなく、二つのλ/4
の変成器の直列接続により与えられるようなλ/2変成
器の有効長であることに十分注意すべきである。合成さ
れたλ/2変成器の長さが十分な精度でλ/2の倍数と
なる限り、個々のλ/4変成器の長さのλ/4の奇倍数
からの或る程度のずれは、結果として起こるすり接点2
3上の負荷の増加に関連して実際上許容される。どんな
場合にもこの発明に基づく電力結合装置の帯域幅が狭す
ぎるようなことはない。もし結合装置が通常の精度で空
洞により与えられる仕様に従って製作されているならば
、結合される空洞に対する各結合装置の微細同調は不必
要と考えられる。
は、個々のλ/4変成器の長さではなく、二つのλ/4
の変成器の直列接続により与えられるようなλ/2変成
器の有効長であることに十分注意すべきである。合成さ
れたλ/2変成器の長さが十分な精度でλ/2の倍数と
なる限り、個々のλ/4変成器の長さのλ/4の奇倍数
からの或る程度のずれは、結果として起こるすり接点2
3上の負荷の増加に関連して実際上許容される。どんな
場合にもこの発明に基づく電力結合装置の帯域幅が狭す
ぎるようなことはない。もし結合装置が通常の精度で空
洞により与えられる仕様に従って製作されているならば
、結合される空洞に対する各結合装置の微細同調は不必
要と考えられる。
【図1】この発明に基づく電力結合装置の一実施例の縦
断面図である。
断面図である。
【図2】図1に示す装置の要部拡大断面図である。
1 管状導波路
3、5 壁
4、6 孔
8 同軸導波路
9、25 中心軸線
10 外側導体
11 内側導体
13 内側筒
14、15、17、18 先端
16 外側筒
20 ギャップ
21、22 真空防壁
23 すり接点
24 空洞
26 外部駆動装置
27 ビーム管
Claims (16)
- 【請求項1】 所定の共振波長λを有する高周波界に
よりその中心軸線に沿って粒子を加速することができる
空洞を有するビーム管と、この空洞に関連する所定の共
振周波数とを有する加速器の中で、高周波電力源へ空洞
を結合するための高周波電力結合装置において、この結
合装置が、 a)中心軸線、外側導体及び内側導体を有する同軸導波
路を備え、外側導体が空洞の中心軸線と同軸導波路の中
心軸線との間の角度を画成しながら空洞に対して固定さ
れ、また同軸導波路の中心軸線に沿って内側導体を動か
す外部駆動装置を備え、 b)同軸導波路の中心軸線と共に角度を画成する中心軸
線と壁とを有する管状導波路を備え、壁が壁内に形成さ
れ相向かい合う第1の孔及び第2の孔を有し、外側導体
が管状導波路から同軸導波路中への高周波界のための入
口を画成する第1の孔のところで終端し、内側導体が管
状導波路を貫通して延びかつ第2の孔を貫いて突出し、
c)内側導体と壁との間に内側筒及び外側筒を有する接
続部を備え、各筒が導電性でありかつ第1の孔へ向かっ
て突出するそれぞれの第1の先端と第1の孔から遠ざか
る方へ突出するそれぞれの第2の先端とを有し、内側筒
が同軸に内側導体を囲んで配置されてλ/4の第1の奇
倍数の有効長を有する内側変成器を画成し、外側筒が同
軸に内側筒を囲んで配置されてλ/4の第2の奇倍数の
有効長を有する外側変成器を画成し、内側筒の第1の先
端が外側筒の第1の先端に電気的に接続され、外側筒が
第1の先端と第2の先端との間で壁に電気的に接続され
、すり接点が外側筒の第2の先端上に配置され、内側導
体がすり接点上で摺動可能でありかつすり接点に電気的
に接続され、すり接点と内側筒の第2の先端とが両者の
間のギャップを画成することを特徴とする加速器空洞の
ための電力結合装置。 - 【請求項2】 空洞が超伝導空洞であることを特徴と
する請求項1記載の装置。 - 【請求項3】 同軸導波路の中心軸線と管状導波路の
中心軸線との間に画成される角度が約90°であること
を特徴とする請求項1又は2記載の装置。 - 【請求項4】 内側導体が外部駆動装置により同軸導
波路の中心軸線に沿って約20〜120mmの距離にわ
たり移動可能であることを特徴とする請求項1ないし3
の一つに記載の装置。 - 【請求項5】 空洞の中心軸線と同軸導波路の中心軸
線との間の角度が約90°であることを特徴とする請求
項1ないし4の一つに記載の装置。 - 【請求項6】 内側導体がビーム管から約0〜120
mmの距離まで突出する先端を有することを特徴とする
請求項1ないし5の一つに記載の装置。 - 【請求項7】 外部駆動装置が高精度位置決めリニア
駆動装置であることを特徴とする請求項1ないし6の一
つに記載の装置。 - 【請求項8】 同軸導波路と高周波電力源との間並び
に同軸導波路と外部駆動装置との間に配置された真空防
壁を備えることを特徴とする請求項1ないし7の一つに
記載の装置。 - 【請求項9】 空洞がビーム管中に形成され、外側導
体が空洞の付近でビーム管に接続されていることを特徴
とする請求項1ないし8の一つに記載の装置。 - 【請求項10】 管状導波路が方形導波路であり、壁
が第1のほぼ平らな部分と第1のほぼ平らな部分に向か
い合う第2のほぼ平らな部分とを備え、第1の孔が第1
のほぼ平らな部分に配置され、第2の孔が第2のほぼ平
らな部分に配置されることを特徴とする請求項1ないし
9の一つに記載の装置。 - 【請求項11】 λ/4の第1の奇倍数がλ/4に等
しいことを特徴とする請求項1ないし10の一つに記載
の装置。 - 【請求項12】 λ/4の第2の奇倍数がλ/4に等
しいことを特徴とする請求項1ないし11の一つに記載
の装置。 - 【請求項13】 所定の共振周波数が約40MHzな
いし5GHzであることを特徴とする請求項1ないし1
2の一つに記載の装置。 - 【請求項14】 所定共振周波数が40MHzないし
1GHzであることを特徴とする請求項13記載の装置
。 - 【請求項15】 内側筒が円筒形であることを特徴と
する請求項1ないし14の一つに記載の装置。 - 【請求項16】 外側筒が円筒形であることを特徴と
する請求項1ないし15の一つに記載の装置。
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US53538390A | 1990-06-08 | 1990-06-08 | |
| US535383 | 1990-06-08 | ||
| US677112 | 1991-03-29 | ||
| US07/677,112 US5319313A (en) | 1990-06-08 | 1991-03-29 | Power coupler with adjustable coupling factor for accelerator cavities |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04229600A true JPH04229600A (ja) | 1992-08-19 |
Family
ID=27064792
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3163942A Withdrawn JPH04229600A (ja) | 1990-06-08 | 1991-06-07 | 加速器空洞のための電力結合装置 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5319313A (ja) |
| EP (1) | EP0462465A3 (ja) |
| JP (1) | JPH04229600A (ja) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NZ248549A (en) * | 1993-08-31 | 1997-01-29 | Deltec New Zealand | Loop coupler for resonator: rotates to adjust loaded q |
| US5731269A (en) * | 1995-11-13 | 1998-03-24 | Illinois Superconductor Corporation | Mechanically adjustable coupling loop for a resonator |
| US6657515B2 (en) * | 2001-06-18 | 2003-12-02 | Energen, Llp | Tuning mechanism for a superconducting radio frequency particle accelerator cavity |
| US8760050B2 (en) * | 2009-09-28 | 2014-06-24 | Varian Medical Systems, Inc. | Energy switch assembly for linear accelerators |
| US9485849B1 (en) * | 2011-10-25 | 2016-11-01 | The Boeing Company | RF particle accelerator structure with fundamental power couplers for ampere class beam current |
| US8674630B1 (en) * | 2012-10-27 | 2014-03-18 | Wayne Douglas Cornelius | On-axis RF coupler and HOM damper for superconducting accelerator cavities |
| FR3011083B1 (fr) * | 2013-09-20 | 2015-10-09 | Commissariat Energie Atomique | Dispositif pour la mesure du facteur de qualite d'une cavite, notamment d'une cavite supraconductrice, perturbee par des decharges electroniques resonantes. |
| CN103996895B (zh) * | 2014-05-26 | 2016-08-24 | 中国科学院高能物理研究所 | 一种高功率输入耦合器 |
| CN104009275B (zh) * | 2014-05-26 | 2016-09-07 | 中国科学院高能物理研究所 | 一种高功率输入耦合器 |
| CN108511866B (zh) * | 2018-05-18 | 2024-01-30 | 斯必能通讯器材(上海)有限公司 | 一种阻抗自动匹配可调式功率耦合器 |
| CN114980473B (zh) * | 2022-05-10 | 2023-09-19 | 国电投核力电科(无锡)技术有限公司 | 一种调整粒子加速器高频系统寄生振荡频率的方法和装置 |
| CN114935686B (zh) * | 2022-05-28 | 2024-06-18 | 上海柯渡医学科技股份有限公司 | 一种功率检测工具及磁共振射频系统功率检测方法 |
Family Cites Families (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2873430A (en) * | 1954-03-09 | 1959-02-10 | Sperry Rand Corp | Electric field probe |
| US3214684A (en) * | 1962-10-03 | 1965-10-26 | Varian Associates | Broadband variable coupler for microwave energy |
| GB1336996A (en) * | 1970-05-27 | 1973-11-14 | Nat Res Dev | Waveguide coupling device |
| US3843863A (en) * | 1974-01-24 | 1974-10-22 | Gen Electric | Impedance varying device for microwave oven |
| US4002943A (en) * | 1975-07-22 | 1977-01-11 | Gte Laboratories Incorporated | Tunable microwave cavity |
| US4286192A (en) * | 1979-10-12 | 1981-08-25 | Varian Associates, Inc. | Variable energy standing wave linear accelerator structure |
| DE3208655C2 (de) * | 1982-03-10 | 1985-08-08 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Koppelvorrichtung mit variablem Koppelfaktor für einen supraleitenden Hohlraumresonator |
| US4642523A (en) * | 1985-02-11 | 1987-02-10 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Precision tunable resonant microwave cavity |
| US4727343A (en) * | 1986-09-29 | 1988-02-23 | Millitech Corporation | Precision tuning |
| JPS64700A (en) * | 1987-06-22 | 1989-01-05 | Sumitomo Electric Ind Ltd | High frequency acceleration cavity using superconductor |
| US5089785A (en) * | 1989-07-27 | 1992-02-18 | Cornell Research Foundation, Inc. | Superconducting linear accelerator loaded with a sapphire crystal |
-
1991
- 1991-03-29 US US07/677,112 patent/US5319313A/en not_active Expired - Fee Related
- 1991-06-07 EP EP19910109375 patent/EP0462465A3/en not_active Withdrawn
- 1991-06-07 JP JP3163942A patent/JPH04229600A/ja not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0462465A3 (en) | 1992-06-10 |
| EP0462465A2 (en) | 1991-12-27 |
| US5319313A (en) | 1994-06-07 |
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