多cell 1.5 ghz超导腔双输入耦合器研究

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1、密级:硕士学位论文多cell1.5GHz超导腔双输入耦合器研究作者姓名：谢新华指导教师:刘建飞研究员中国科学院上海应用物理研究所学位类别:工学硕士学科专业:电磁场与微波技术研究所:中国科学院上海应用物理研究所2016年4月中国科学院大学硕士学位论文多cell1.5GHz超导腔双输入耦合器研究谢新华指导教师:刘建飞研究员中国科学院上海应用物理研究所申请学位级别：硕士学科专业名称：电磁场与微波技术论文提交日期：2016年4月论文答辩日期：2016年5月培养单位：中国科学院上海应用物理研究所学位授予单位：中国科学院大学MasterthesisStudyonthetwininputcoupler

2、foramulti-cell1.5GHzsuperconductingcavityByXieXinhuaADissertationSubmittedtoUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillmentoftherequirementsForthedegreeofMasterofEngineeringShanghaiInstituteofAppliedPhysics,UniversityofChineseAcademyofSciencesApril,2016摘要摘要高流强、低发射度的连续波束流在加速器应用中备受青睐。同步辐射应

3、用中，高亮度、稳定的同步辐射光保证了高质量的成像、材料分析和材料处理；在核能和同位素应用中，连续波加速器能为其提供持续稳定的粒子流。因此，高加速梯度、高平均流强、低发射度的连续波加速器是未来加速器发展的一个趋势。本实验室设计的1.5GHz5cell超导腔设计工作加速梯度为15-20MV·m-1，未来如果被用于发展10mA或更高量级的高流强连续波注入器，功率输入耦合器的功率传输能力将是其首先面对的技术瓶颈。所以，为其设计相应的1.5GHz输入耦合器以及了解双输入耦合器的性质是很有必要的。借助计算机仿真软件如CST的模拟，讨论了不同耦合器放置情况下外部品质因子的差异。从理论上分析了差异产生的

4、原因在于结构变化对耦合区电、磁场的改变。计算了单、双耦合器的情况下腔体内电场、磁场分布，得到了横向作用力的大小。计算结果显示，使用双耦合器能有效地减小横向作用力，即使插入深度相差1mm，使用双输入耦合器所引起的横向作用力仍比使用单耦合器的情况小一个量级。同时高次模的分析显示，对称地放置双耦合器，腔体内的偶极模得到更深度的抑制。从双端口器件分析出发，计算和分析耦合度和输入功率的差异对功率传输造成的影响。结果表明，当两端均为欠耦合时，双输入对每个端口耦合度起到增强的作用；但当两者均为过耦合且差异较大时，耦合度小的一端则被减弱，甚至出现欠耦合的情况。设计加工了一套可伸缩的同轴耦合器，以1.5G

5、Hz铜腔为实验对象，建立了对理论计算结果进行验证的测量装置。结果与实验预期值良好吻合，证明了理论计算的正确性。论文还对1.5GHz同轴型输入耦合器进行了讨论，电磁仿真得到了一种可用的输入耦合器设计的主要尺寸和传输性能，其驻波比小于1.05的频带宽度达到18MHz。同时，讨论内导体的形状对外部品质因子的影响，确定了将内导体顶部放大成“高尔夫球座”型的方案。使用双耦合器进行功率馈入，很显然降低了对耦合器性能的过高要求，即能将单支耦合器传输的功率减半。更重要的是，即使在不完全对称的情况下，也能有效减小由输入耦合器引起的横向作用力，减缓束流发射度的增加。所以说，双输入耦合器是目前发展高平均流强、

6、低束流发射度连续波加速器的唯一必然选择。关键字：双输入耦合器，耦合度，横向作用力IAbstractAbstractHighcurrent,lowemittanceandcontinuouswave(CW)beamarethepromisingfeaturesofaccelerator,whichleadshigh-luminosityandstablesynchrotronradiationtoensurehigh-qualityimaging,materialsanalysisandmaterialsprocessing,andprovidesasteadystreamofhighen

7、ergyparticlesfornuclearenergyandisotopesapplications.Allthosefeaturesenablehighgradient,highaveragebeamcurrentwithlowemittance,andCWacceleratoratendencyinthenearfuture.The5-cell1.5GHzsuperconductingcavitydesignedbyShan