Система в.ч. питания резонатора линейного ускорителя

 

(i» 493I7

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик фЯ, )

1 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 03.01.74 (21) 1983244/26-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (43) Опубликовано 05.02.76. Бюллетень № 5 (45) Дата опубликования описания 03.06.76 (51) М.Кл H 05 Н 7i00

Н 05Н 13/00

Государственный комитет

Совета Министров СССР ло делам изобретений (53) УДК 621.384.6 (088,8) и открытий (72) Авторы изобретения

И. Г. Мальцев и В. А. Тепляков (71) Заявитель (54) СИСТЕМА ВЧ ПИТАНИЯ РЕЗОНАТОРА

ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯ

Изобретение относится к ускорительной технике, в частности к системам В. Ч. питания ускорителей.

Известно устройство для запитки линейного ускорителя путем подключения генератора к двум сдвинутым по фазе на л/2 секциям резонатора ускорителя через двойное согласованное Т-сочленение (Т-мост), являющееся направленным ответвителем с коэффициентом деления мощности 1/2.

Такое подключение обеспечивает согласованный режим работы генератора и полное ответвление отраженных от входов секций резонатора волн в балластную нагрузку только прн строго одинаковом изменении параметров нагруженных секций резонатора ускорителя.

Поэтому, для получения полного ответвления отраженной волны и обеспечения постоянства нагрузки генератора, ускоряющий резонатор должен быть разделен на две строго одинаковые секции как по шунтовым сопротивлениям, так и по приросту энергии ускоренного пучка в каждой секции. Это накладывает жесткие требования на идентичность параметров секций резонатора. Заметим, что в отдельных случаях, как например в ускоряю щей системе, построенной на базе H-резонатора, полная идентичность секций принципиально недостижима. Кроме того, исходя из свойств

Т-моста, поля в секциях сдвинуты по фазе на и/2, что вызывает необходимость установки секций на строго фиксированном расстояшш друг от друга. Это создает дополнительные конструктивные трудности.

В известном устройстве нет стабилизации амплитуды и фазы В. Ч. поля в резонаторах ускорителя, что исключает применение его прп ускорении пучков с большими токами.

Известны также системы, в которых отраженная волна, выделяемая в балластной нагрузке, может быть использована в качестве сигнала обратной связи для управления мощностью генератора с целью! стабилизации амплитуды и фазы В. Ч. поля в резонаторах ускорителя при изменении нагрузки пучком, а также параметров самих резонаторов.

При работе устройства питания линейного ускорителя со стабилизацией В. Ч, поля за счет обратной связи по отраженной волне асимметрия секций резонатора приводит к асимметрии компенсации возмущений В. Ч. полей в секциях, неидентичностп их уровней и расфазировке между секциями. Поэтому, с целью получения высокой точности стабилизации амплитуды и фазы B. Ч. поля, секции резонатора должны быть также строго идентичны.

Цель изобретения — исключить разделе< 33178

6(пие резонатора линейного ускорителя на две одинаковые части, расположенные на фиксированном расстоянии, осуществить стабилизацию В. Ч. поля в резонаторе путе.",t применения обратной связи по отраженной волне. упростить настройку B. Ч. генератора, снизить уровень рабочих мощностей в элементах устройства и повысить точность стаоилизацпи.

Достигается это те:,>, что в предлагаемом устройстве резонатор ускорителя запптан от двух одинаковых выходов оконечного каскада

В. Ч. генератора через направленные ответвители с коэффициентом деления мощ,ости

1/2, вторые выходные плечи каждого пз «oTopbIx тоже соединены с резонатором через невзаимные фазовращатели с невзапмным фазовым сдвигом л. Кольцом обратной связи охвачен только оконечный каскад В. Ч. генератора, а сигналом обратной связи является сигнал пропорциональный сумме отраженных от входов резонатора волн, которые выделены в развязанных плечах двух направленных ответвителей и поданы на вход Т-моста, который совместно с двумя линиями переменной длины является плавным ослаоителем отраженной волны и осуществляет плавную регулировку сигнала обратной связи. Сигнал обратной связи в чужной фазе складывается со стабильной волной, падающей из предварительного каскада генератора с помощью

Т-моста сложения. Выходное плечо Т-мо. та сложения, в котором выделяется разностный сигнал, соединено с входом оконечного каскада генератора, тем самым осуществлено автоматическое регулирование мощности выходного каскада генератора и достигнута стабилизация амплитуды и фазы В. Ч. поля в резонат-ре нагруженном пучком. Кроле того, за счет получающегося разветвления лпнпй свя.и уменьшается уровень рабочих мощностей в пассивных элементах устройства.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства В. Ч. питания линейного ускорителя. Резонатор 1 подключен к оконечному каскаду 2 генератора при помощи двух направленных ответвителей 3, в одно из выходных плеч каждого из которых вклю.ен невзаимный фазовращатель 4 с невзаимным фазовым сдвигом ч. Здесь принято, что фазовые длины линий связи между резонатором 1 и выходными плечами каждого из направленных ответвителей 3 для падающих пз ответвителей волн отличаются на л/2. Плечи направленных ответвителей 8, в которых выделяю)гся отраженные от резонатора волны, подключены к выходным плечам T-моста >, явля;ощегося ослабителем отраженной волны, через линии б переменной длины, Производя одновременное укорочение одной линии 6 и удлинение другой линии б (что можно осуществить перемещением Т-моста 5) можно менять распределение мощности ме>кду выходными плечами Т-моста 5, тем самым регулировать сигнал обратной связи.

l0 (5 .о !

5, 0

Э

4

5!

Одно из вы:.Oäных плеч Т-моста 5 нагру>кено на согласованную нагрузку 7, а второе выходное плечо, с которого снимается сигнал обратной связи, подклю-!LHO к одному из входных плеч Т-моста сложения 8 через фазовращатель 9. Фазовращателем 9 осуществляется исходная установка соотношения фаз в кольце регулирования.

Другое входное плечо Т-моста сложения

8 соединено с выходом предоконечного каскада 10 генератора. Одно из выходных плеч

T-моста сложения 8 нагружено на согласованную нагрузку 7, а другое выходное плечо соединено с входом оконечного каскада 2 генепатора

Оконечный каскад 2 генератора имеет два одинаковых выхода. которые подключены к входным плечам направленных ответвителей

3 через одинаковые линии связи.

В исходном состоянии резонатор 1 настроен и нагру>кен номинальным током пучка, все входы резонатора электрически одинаковы и согласованы с линиями связи. Оконечный каскад 2 генератора установлен в несколько недонапряженный режим, с целью обеспечения линейности амплитудной характеристики, и имеет заданный коэффициент усиления. Необходимая мощность, вырабатываемая оконечным каскадом 2 генератора снимается с двух одинаковых выходов каскада и по двум линиям связи одинаковой фазовой длины поступает на вход направленных ответвителей 3.

Мощность, поступающая на вход каждого ответвителя, делится пополам между двумя выходными плечами. Соотношения фазовых длин линий связи каждого ответвителя с резонатором для падающих на резонатор и отраженных от резонатора волн одинаковы. Фазовые длины линий связи ответвителя с резонатором для падающих волн отличаются друг от друга на л/2. Такой выбор соотношения фазовых длин обеспечивает полное сложение мощностей в резонаторе, которые поступают на его четыре входа. Таким образом, когда нагруженный резонатор согласован с линиями связи, вся мощность, вырабатываемая оконечHbIM каскадом вводится г, резонатор и обеспечивает необходимый уровень ускоряющего поля с заданной фазой. При изменении нагрузки резонатора пучком или его расстройке амплитуда и фаза В. Ч. поля в резонаторе изменяю1гся, и на всех входах резонатора возникают отраженные волны с одинаковыми амплитудами и фазами. В одну из линий связи выходных плеч каждого ответвителя с резонатором включен невзаимный фазовращатель

4, который обеспечивает для падающей и отраженной волны в данной линии связи разность набегов фаз, равную л. В этом случае разность фаз между отраженными от резонатора волнами в сечениях выходных плеч каждого направленного ответвителя будет кратна соответствующей разности фаз для падающих из резонатора волн в этих сечениях с точ4931 >

Хq;(1+ 2р)л, 65

К вЂ” j 2m где К вЂ” модуль коэффициента усиления оконечного каскада по напряжению; т — модуль коэффициента ослабления осл абителя по напряжению. где à — коэффициент отражения от и-го узла связи с резонатором п = 1,2,3,4. где р = 0,1,2,3,...; р — суммарный набег фаз в линиях связи кольца регулирования с учетом фазового сдвига в оконечном каскаде генератора. В рассматриваемом устройстве модуль коэффициента усиления по кольцу обратной связи, с учетом амплитудного условия настройки устройства К вЂ” !I 2 m, оказывается равным коэффициенту отражения от резонатора, то есть, Kp =l.

Поскольку Г =- 1, то устройство устойчиво к самовозбужденик), независимо от фазы сигнала обратной связи вплоть до I =!. Но 1 = 1 соответствует режиму короткого замыкания или холостого хода резонатора и не является рабочим значением. Поэтому устройство оказывается устойчивым к самовозбуждению в широком диапазоне расстроек резонатора и изменений его нагрузки и осуществляет стабилизацию В. Ч. поля с нулевой ошибкой при условии выполнения указанных амплитудных и фазовых условий с точностью, зависящей от постоянства коэффициента усиления оконечного каскада, амплитуды и фазы волны, падающей из предоконечного каскада, постоянства соотношения фаз в кольце обратной связи и качества согласования линий связи в кольце регулирования.

Устройство обеспечивает высокую точность стабилизации амплитуды и фазы В. Ч. поля в резонаторе при обеспечении стабильности параметров В. Ч. генератора обычным способом стабилизации постоянных питающих напря>кений каскадов генератора.

В качестве невзаимных фазовращателей 4 в устройстве могут быть применены ферритовые коаксиально-полосковые или волноводные фазовращатели, в то же время при работе устройства на более высоких частотах, в частности на частотах выше 800 Мгц направленный ответвитель 8 вместе с невзаимным фазовращателем 4 могут быть заменены трсхплечным циркулятором. В качестве трехплечного циркулятора может быть использован ферритовый волноводный циркулятор, в частности фазовый циркулятор, Y u T-образный циркулятор.

Целесообразность регулировки сигнала обратной связи с помощью Т-моста, подключенного к плечам двух направленных ответвите5

Зо

60 лей через линии переменной длины исходя из того, что в современных линейных ускорителях B. Ч. генератор, как правило, представляет собой многокаскадный В. I. усилитель, возбу>кдаемый от маломощного задающего устройства. При осуществлении стаоилизации

В. Ч. поля в резонаторе ускорителя путем применения обратной связи по отраженной волне точность стабилизации не определяется величи ой коэффициента усиления усилителя, охваченного обратной связью.

Исходя из этого для упрощения настройки многокаскадного В. Ч. усилителя целесообразно охватывать кольцом обратной связи только оконечный каскад усилителя, по при этом оольшая часть мощности отраженной волны должна поступать на сложение с мощностью от предварительного каскада, и коэффициент ослабления отраженной волны оказывается невысоким.

Точность стабилизации в сильной степени зависит от качества согласования линий связи, находящихся в кольце обратной связи и плеч Т-мостов, поскольку рассогласование приводит к многократным отражениям, что вызывает искажение сигнала в кольце регулирования. Поэтому при настройке устройства требуется осуществлять регулировку коэффициента ослабления отраженной волны при изменении коэффициента усиления оконечного каскада без нарушения условий согласования плеча направленного ответвителя, в котором выделяется мощность отраженной волны, Осуществить такую регулировку изменением связи с балластной нагрузкой, на которой выделяется мощность отраженной от резонатора волны при малых коэффициентах ослабления, достаточно сложно, поскольку связь линии обратной связи с балластной нагрузкой оказывается довольно сильной и регулировка связи приводит к существенному изменению нагрузки плеча направленного ответвителя, что приводит к рассогласованию плеча направленного ответвителя, ухудшению1 точности стабилизации, Ослабитель, выполненный в виде Т-моста, подключенного к плечам двух направленных ответвителей через линии переменной длины, позволяет осуществлять полное перераспределение мощности, отраженной от резонатора волны, между двумя выходными плечами, в одно из которых включена согласованная нагрузка, а другое находится в цепи обратной связи. При этом плечи направленных ответвителей с отраженными от резонатора волнами всегда остаются согласованными, а величина сигнала обратной связи может регулироваться практически во всем диапазоне возможных значений коэффициента усиления усилителя, охваченного обратной связыс1.

Формула изобретения

1. Система В. Ч. питания резонатора линейного ускорителя, состоящая из генерато4931ТВ

10

Составитель Е. Громов

Техред М. Семенов

Ко1>ректор И. Симкина

Ред",: òîð Г. Сухова

Заказ 561/811 Изд. № 254 Тираж 1029 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытии

Москва, 51(-35, Раушскаи íаб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент» ра, T-моста, фазовращателя, балластных нагрузок и резонатора, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции и повы.шения точности стабилизации, резонатор подключен к двум одинаковым выходам окоп -;ного каскада В. Ч. генератора с по -.ощью направленных ответвителей с коэффициентом деления мощности 1/2, вторые выходные плечи каждого из которых тоже подключены к резонатору через невзаимные фазовращатели с певзаимным фазовым сдвигом л, плечи направленных ответвителей с отраженными от резонатора B.„.ií0".,iè соединены с плавным осл,,бптелем, ".", жс ослабитель соединен с

T- roc .; .ло:к:ния мощностей, включенным между прсдоко1гечиым и оконечным каскадами генератора.

2. Система по п. 1, отл пч а ю)щ а яс я тем, что плавный ослабитель отоаженной волi ны выполнен в виде Т-моста, который подключен к плечам направленных ответвителей через линии переменной длины.