Система в. ч. питания резонатора линейного ускорителя

Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет - (43) Опубликова Государственный комитет Совета Министров СССР ло делам изобретений45) Дата опублико открыт Авторыизобретени(54) СИСТЕМА ВЧ ПИТАНИЯ РЕЗОНАТОР ЛИНЕЙНОГО УСКОРИТЕЛЯельной питаа питания линеиного цией В. Ч, поля заотраженной волне онатора приводит к возмущений В. Ч, почностп их уровней и екциямп. Поэтому, с й точности стабили-В. Ч. поля, секции также строго пденключить разделе Изобретение относится к ускориттехнике, в частности к системам В. Ч.ния ускорителей.Известно устройство для запитки линейного ускорителя путем подключения генера тора 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 15 нагруженных секций резонатора ускорителя. Поэтому, для получения полного ответвления отраженной волны и обеспечения постоянства нагрузки генератора, ускоряющий резонатор должен быть разделен на две строго одина- о ковые 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 отдель ных случаях, как например в ускорякпцей системе, построенной на базе О-резонатора, полная идентичность секций принципиально недостижима. Кроме того, исходя из свойств Т-моста, поля в секциях сдвинуты по фазе на 3 л/2, что вызывает необходимость установкч секций на строго фиксированном расстоягцп 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 при 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 устройствускорителя со стабилизсчет обратной связи поасимметрия секций резасимметрии компенсациилей в секциях, неидентрасфазировке между сцелью получения высокзации амплитуды и фазрезонатора должны быттичны,Цель изобретения51 6( ние резонатора линейного ускорителя на две одинаковые части, расположенные на фиксированном расстоянии, осуществить стабилизацию В. Ч. поля в резонаторе путем применения обратной связи по отраженной волне, упростить настройку В. Ч, генератора, снизить уровень рабочих мощностей в элементах устройства и повысить точность стаоилизацпи.Достигается это тем, что в предлагаемом устройстве резонатор ускорителя запнтан от двух одинаковых выходов оконечного каскада В. Ч, генератора через направленные ответвители с коэффициентом деления мощности 1/2, вторые выходные плечи каждого нз которых тоже соединены с резонатором через невзаимные фазовращатели с невзанмным 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 выделепы 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 резонаторе, нагруженном пучком. Кроме того, за счет получающегося разветвления линий связи уменьшается уровень рабочих мощностей в пассивных элементах устройства.На чертеже изображена схема предлагаемого устройства В, Ч, питания линенного ускорителя, Резонатор 1 подключен к оконечному каскаду 2 генератора при помощи двух направленных ответвителей 3, в одно из выходных плеч каждого из которых включен не- взаимный 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 нз ответвителей волн отличаются на л/2. Плечи направленных ответвителей 3, в которых выделяю)гся отраженные от резонатора волны, подключены к выходным плечам Т-моста , явля;ощегося ослабителем отраженной волны, чеоез 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 мекду выходными плечами Т-моста 5, тем самым регулировать сигнал обратной связи. 5 О 5 О 5 , 0Э 4 4 5 65 Одно из выходных плеч Т-моста 5 нагружено на согласованную нагрузку 7, а второе выходное плечо, с которого снимается сигнал обратной связи, подключено 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 Т-моста сложения 8 нагружено на согласованную нагрузку 7, а другое выходное плечо соединено с входом оконечного каскада 2 генератора.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 нагрукен 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 оконечным 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 изменяю 1 гся, 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 точпостыл до 2;г, где 11=0,1,2 При этик усло- ВИЯХ ОтРажЕННЫЕ От РсаснатОта В Л;Ь 11 ОЛ- ностьс ОтгетВ;я 10 тся В развязан 11 ье плечи направленных ответвителе 1,оторье ссед:11:ен., с Входин плст 1 ами Т" мсс т 5 черсз л 11 ни 1 б г.сремснной длины.Лмплитудь и фазы отраженных от Входов резонатора волн В сечениях развязанных плеч ОтВЕтнптЕЛЕй раЗНЫ МЕждт, Собой. Т МОСТ 5 совместно с линиями б переменной длины осуществляет плавное регулирование мощности отражеччой волны, которая поступает в линию обратной связи. Это регулирование осуществляется при настройке стабилизации для заданного коэффициента усиления оконечного каскада, При однозременном укзрочении одной и удлинении другой линш 6 (что легко осуществляется перстцением Т-моста 5) изменяется соотношение фаз отражен.ых от резонатора волн во входных сечениях Т-моста 5. Это позволяет перераспределять могцность отрахкенчой волны между линией обратной связи и балластной согласованной нагрузкой 7, Тем самым осуществляется плазное регулирование амплитуды сигнала обратной связи прп настройке стабилизации,Сигнал обратной связи в виде волны напряжения с амплитудой, пропорциональной амплитуде, отраженной от резонатора волны, и с фазой, соответствующей фазе отраженной от резонатора волны, поступает на один из входов Т-моста сложения 8, на второп Вход Т-моста сложения поступает волна напряжения из предоконечного каскада 10 генератора со стабильной амплитудой и фазой, На вьходе Т-моста сложения, подкгиоченном ко Входу оконечного каскада генератора, ыдс,.яется волна, пропорциональная алгебраической разности падающих на вход волн, а на балластной нагрузке 7, подключенной ко второму выходу Т-моста сложения, выдслястся волна, пропорциональная ст,тте падаС 1 цих Волн.Исходные соотношения фаз в кольце ооратной связи устанавливаются фазовращателсм 9 при настройке устройства. Таким обра ом, при измене, ш нагрузки резонатс. а пучком или его расстройке амплитуда и фаза стабильной волны напряжения, поступающеи на возбуждение оконечного каскада, с помощью обратной связи по отраженной волне изменяются, в соответствии с амплитудой и фазой, отраженной от резонатора волны, но только с противополохкпым знаком. Соответствено изменяются амплитуды и фазы волн, падающих из оконечного каскада генератора. а амплитуды и фазы напряжений в заданном сечении резонатора (определяемом исходной настройкой соотношения фаз в кольце обратНой СВЯЗИ, НВ ПРИ.,С"т, В СЕ".С" ттт МВКСМт,",та электрического поля 1 и в сечениях линий свя- ЗИ РЕЗОНатОРа С НаПРЗВЛЕ.НЬтМИ ОтВЕтВИтЕЛЯ- ми, находящимися на расстоянии, кратном /2 (Х - рабочая длина волны) от заданного сечешя резонатора, остаюттся постоянными независимо от изменений нагрузки. При этом 5 10 5 20 25 30 Зтт 40 45 50 55 60 65 знзче:.п а.лнтуды и фазы напряжений в указанных ссчениях всегда соответствуют зна. чепия:;, установленным прн согласованном режиме работы резонатора, т. е. когда нет отраженной От резоатора вол, а Знаи и сигнала обратной связи,Амплитуда и фаза В. Ч. поля в резонаторе регулируется изменением амплитуды и фазы волны, падающей из предоконечного каскада 10 генератора, режим раооты которого может быть произвольным.В классических устройствах стабилизации В.Ч. поля с отрицательной обратной связью сигнало., обратной связи является сигнал, пропорциональный уровио В. Ч. поля в резонаторе, который сравнивается с опорным сигналом, в устройстве сравнения Выделяется сигал ошибки, которыи усиливается усилителем, находящимся в кольце регтлирования, тем самым обеспечивается нужный уровень Б. Ч. поля в резонаторе и его стасиль:ость, В этом случае точность стасилизацпи определяется величиной коэффициента усиле;ия ПО КОЛЬЦУ ООР 2 ТНОЙ СВЯЗИ Кт. В ТВКИХ Системах Всегда К 6 ,.) 1. При изменении нагрузки резонатора интенсивным пучком, а также нз-за внешних причин резочатор может существенно расстраиваться. Это приводит к ИЗМЕНЕНИЮ ИСХОДНОЙ фаЗЫ СИГНВЛа ООРаттОй связи, что существенно сужает область устойчивости устройства к самовозбужденшо. При сохранении необходимой области устойчигссти значсшя КВ оказываются невысокимн, что не позволяет дооиться необходимой точности стабилизации В. Ч, поля при ускоренп 1 ш;- тенсив:ых пучков, Кроме того, спстемь г,",омоздк:., сложны и требуют тонкой стройки.В ПрЕдЛаГаЕМОМ уетрОйетВЕ СттГНаЛ Ощнбки в виде отраженной волны выделяется иго"Р" "т-и 0 в 3 т "х т 11 И - Р Отат 010 т ттст антеям о ваенны Но ьт 01 Обттат той свя зт ттиливает не синаОшибк 1, а а1 гессаиЧЕСКуЮ раЗНОСтЬ тМЕжду СтабИЛЬНой аМПЛИтудой волны, падающей из предоконечного усилителя, и отраженной волной, являющеГся сигналом сшибки, Поэтому точность стабили зации не определяется коэффициентом усплегня усилителя, охваченного кольцом ооратной связи. Наличие усилителя в кольце обратной связи обусловлено только свойствами Т-моста сложения, где теряется часть мощности отраженной волны, н необходимостью повышения к. п. д. устройства из-за потерь мощности на балластной нагрузке Т-моста сложения, поступающей пз предоконечного каскада. В данном устройстве осущестгляется стаблизация амплитуды и фазы В. Ч. поля . резонаторе только гри изменении нагрузки тскзм пучка и сосстВенных параметоОВ реЗОНатОра. ОШИбКа Стаетдиэации В СтацИОНарном состоянии в заданном сечении генератора равна нулс, если при исходной настройке устройства выполнены следующие амплитудные и фазовые соотношенияГ,=Г =Г =Г =Г с (1 + 2 Р) 65 К - 12 тгде К - модуль коэффициента усиления оконечного каскада по напряжению; т - модуль коэффициента ослабления ослабителя по напряжению. где Г - коэффициент отраяенпя 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 - 1I 2 т, оказывается равным коэффициенту отражения от резонатора, то есть ,К/1 = Г.Поскольку Г:- 1, то устройство устойчиво к самовозбужденин), независимо от фазы сигнала обратной связи вплоть до Г =, Но Г = 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 предоконеч ного 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 стабилцзации постоянных питающих напряжений каскадов генератора.В качестве невзаимных фазовращателей 4 в устройстве могут быть применены ферритовые коаксиально-полосковые или волноводные фазовращатели, в то яе время при работе устройства на более высоких частотах, в частности на частотах выше 800 Мги направленный ответвитель 3 вместе с невзаимным фазовращателем 4 могут быть заменены трехплечным циркулятором. В качестве трехплечного циркулятора может быть использован ферритовый волноводный циркулятор, в частности фазовый циркулятор, У и Т-образный циркулятор.Целесообразность регулировки сигнала обратной связи с помощью Т-моста, подключенного к плечам двух направленных ответвите 5 10 15 20 25 Зо 35 40 45 50 55 60 лей через линии переменной длины исходя из того, что в современных линейных ускорителях В, Ч. генератор, как правило, представляет собой многокаскадный В. г 1. усилитель, возбуждаемый 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 направлен ного ответвителя, ухудшению 1 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 связыс 1. Формула изобретения 1. Система В, Ч. питания резонатора линейного ускорителя, состоящая из генерато493178 10 10 Составитель Е. ГромовТехред М. Семенов Симкина Сухо Релаьто ректо ПопппсноеСР% 254 Тираж 1029нного комитета Совета Мипистрои изобретений и открытииЖ, Ргушскаи наб., д. 4/5 ип. Харьк. фил. пред. Патент ра, Т-моста, фазовращателя, балластных нагрузок и резонатора, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повь 1- щения точности стабилизации, резонатор подключен к двум одинаковым выходам оконечного каскада В. Ч. генератора с помощью 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 наЗаказ 561/811 Изд.ЦНИИПИ Государствпо дел Москва,правленных ответвителей с отраженными от резонатора волнами соединены с плавным ослбптелем, сам жс ослабитель соединен Т-мостом лг кения мощностей, включенным между предоко 11 ечным и оконечным каскадамп генератора.2. Система по п. 1, отл пч а ю,щ а яс я тем, что плавный ослабитель отоаженной волны выполнен в виде Т-моста, который подключен к плечам направленных ответвителей через линии переменной длины.