2024年4月26日发(作者：浏览器下载免费下载)
实验三 耦合腔链特性测量
一、 实验目的
1、 了解电子直线加速器加速结构微波特性的测量方法
2、 在微波测量基本实验的基础上，进一步掌握扫频测试技术及微波网络分析仪
的使用。
3、 了解微扰法测量加速结构场分布及分流阻抗的基本原理。
4、 掌握网络分析仪和场分布测量系统的使用方法。
二、 实验内容
1、 测量驻波加速结构色散特性。
2、 测量给定加速腔链的场分布和分流阻抗。
C
c
L
C
C
R
C
c
L
C
C
R
L
C
C
R
C
c
C
c
L
C
C
R
L
C
C
R
Ma
C1
C2
L
1
R1
Mo
Mc
C1
C2
L
2
L
2
R2
Mo
L
1
R1
C1
L
1
L
2
L
2
R2
Mo
L
1
R1
L
1
L
1
图1 加速腔链结构及等效电路
三、 实验原理
为了实现电磁波对电子的同步加速，在电子直线加速器中所用的加速结构均
为慢波系统，电磁波在加速管中行进的波速是由慢波系统的结构尺寸决定的。通
常行波电子直线加速器采用的慢波系统是盘荷波导，驻波电子直线加速器采用有
各种耦合方式组成的驻波腔链。如图1是它们的结构示意图。加速结构的微波特
性主要是指其频率特性和功率特性，它们是直接与加速结构工作的稳定性及效率
有关的核心问题。
1、 慢波结构的色散特性
电子直线加速器是利用在慢波系统中建立
TM
01
模式的波来实现加速电子的。
慢波系统是周期性的结构，可视为一系列单腔耦合组成的腔链。沿
z
轴每隔一定
距离
D
（一个腔长），结构的边界条件呈周期性重复，我们称
D
为结构周期。行
波以相移常数
2
/
g
，相速
V
p
g
f
沿
z
轴方向行进
(
g
为导波波长，为微波
频率
)
，每经过一个结构周期，相位差
D
。我们称
为加速管的工作模式，例
如
2
则称为
2
模，
g
4D
；若
2
3
则称为
2
3
模，
g
3D
。
f
f
π
慢波结构是一个色散系统，电磁波在其
间传输的相速是随频率而变化的。因此在
TM01
模的通带内，馈送不同频率的微波功
率至加速管，将在其间建立起不同模式
的
行波。对应于设计选取模式
p
的频率
f
p
则
为加速管的工作频率。称频率与
的关系曲
慢波结线
f(
)
为加速结构的色散特性曲线。
构的色散特性是由结构的几何边界条件决
定。因此不同形状、不同几何尺寸的腔列将
具有不同的
f(
)
曲线。对于盘荷波导则是由
f
p
0
θ
p
π
θ
图2 盘荷波导的色散曲线
结构的外径、内径、膜片厚度等参数决定的，
其中影响最大的是膜片的孔径
2a
值。图
2
所示的色散曲线仅为加速结构中的基
波部分，关于存在的“高次空间谐波”问题请参阅相关教科书。
在研制电子直线加速器过程中，测量及调整加速结构的色散特性是一项重要
的工作。对于边界形状复杂的结构，理论上严格计算
f(
)
是困难的。对于边界
条件较简单的结构，理论上可以较精确的求解色散关系，从而决定几何尺寸，但
由于加工过程存在公差甚至变形，因此对于实际结构色散特性的测量及调整是必
不可少的。根据色散曲线可以求得选取的工作模式
p
对应的工作频率
f
p
，检验
是否与设计相符合。利用色散曲线可以求得传输特性的其它微波参量，如相速
V
p
，群速
V
g
等。
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