HUST-FEL直线加速器微波功率系统研究

摘要

华中科技大学(HUST)开展了基于直线加速器的可调谐、高功率THz源研究。微波功率系统是直线加速器的重要组成部分，电子加速所需的能量依靠微波功率系统提供，其稳定性关系到电子束的束流品质，并最终影响太赫兹辐射的波长以及输出功率。为提高调束效率，设计出基于电子束能量最大化的自适应微波调节程序和基于能散度最小化的自适应微波优化程序。输入微波功率的相位和幅值决定电子束能量及束流品质，故在波导传输系统中加入可变移相器、可变衰减器，基于LabVIEW编写程序远程控制移相器、衰减器的调节。自动调束程序是在已知当前微波功率的前提下设计的，在检波管标定的基础上利用插值法测量功率，利用IQ解调的方式测量相位，基于LabVIEW编写功率测量系统。此外，束流的优化需要将束测系统的数据传输到微波功率测量系统，故用TCP协议实现二者通信。
　　本研究从功率流方程出发，推导出瞬时束流负载效应一般解的解析式。在仿真得到HUST-FEL加速管参数的基础上，求出电子束不同注入时间因束流负载效应造成的能量损耗。在上述分析基础上，调束时设置合理的电子枪和微波功率源时序获得最大能量增益，从加速器等效电路出发进一步分析了微波功率自洽分配过程中欠耦合、临界耦合、过耦合三个阶段。微波功率稳定性影响束流稳定性。从理论出发分析了对微波功率、相位测量的精度造成影响的因素，并对调制器高压抖动、微波功率源频率不稳以及波导温度变化对束流品质造成的影响作了分析。

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1绪论

1.1研究背景

1.2国内外的研究状况

1.3课题的背景和意义

1.4本文的内容安排

2基于电子束能量最大化的自适应微波调节系统

2.1高功率微波自适应调整方案

2.2相位和功率调节原理

2.3功率、相位测量的方案

2.4基于微波自适应调节的束流调节与优化方案

3加速管中束流负载效应及对微波功率的影响分析

3.1加速管的盘荷波导结构

3.2HUST-FEL加速管参数求解

3.3加速管的束流负载效应分析

4微波功率系统的稳定性和误差分析

4.1概述

4.2相位测量的误差分析

4.3功率测量的误差分析

4.4调制器高压抖动对束流品质影响分析

4.5影响束流能量的其它因素

5总结和展望

5.1论文总结

5.2工作展望

致谢

参考文献