一种任意波形合成装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种任意波形合成装置，其包括：真空盒体，其内设置有电极板，且所述真空盒体的上下端分别设置有用于束流通过的通孔；第一谐振腔，设置在所述真空盒体的一侧，用于将产生的偶次电场集中在所述电极板的上端；第二谐振腔，与所述第一谐振腔并列设置在所述真空盒体的一侧，且位于所述第一谐振腔的下方，用于将产生的奇次电场集中在所述电极板的下端；所述第一谐振腔采用二分之一波长谐振腔，所述第二谐振腔采用四分之一波长谐振腔。本发明专利技术能不受频率、电压以及自身结构的限制，合成任意频率和电压的周期波形，可以在加速器波形产生领域中应用。领域中应用。领域中应用。

【技术实现步骤摘要】
一种任意波形合成装置


[0001]本专利技术涉及一种加速器波形产生
，特别是关于一种任意波形合成装置。

技术介绍

[0002]针对国内外加速器设备的建造中，一些复杂波形的产生(例如锯齿波、方波等)，由于重复频率和电压幅度的限制，非常难以实现。
[0003]以锯齿波为例，对比现有的技术特点：
[0004]1、电子管充放电法：通过电子管的开关作用对电极组成的电容进行充放电形成锯齿波。虽然实现这种方法的电路简单容易制作，但是功率损耗较大，且受元器件性能限制，目前找不到满足40MHz以上锯齿波需求的器件。
[0005]2、宽带放大器法：一般是利用宽带放大器在整个谐波频带内的无失真放大波形，该方法的应用严格受到放大器的性能制约，想要提高锯齿波的线性度，必须要增加谐波次数，同时加速器对于电压的需求也越来越高，这对于放大器而言，这就意味着宽频带和高增益。而用放大器来产生一个高电压、高频率的特殊信号肯定会有瓶颈，不可能始终增长下去。
[0006]3、传统谐振合成方法：传统谐振合成方法由于自身结构限制，无法产生四次，八次等谐波，即最高可以实现三次谐波的合成，这种方法合成锯齿波的效率，线性度都受到结构的制约，无法进行升级拓展。

技术实现思路

[0007]针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种任意波形合成装置，其能不受频率、电压以及自身结构的限制，合成任意频率和电压的周期波形。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：一种任意波形合成装置，其包括：真空盒体，其内设置有电极板，且所述真空盒体的上下端分别设置有用于束流通过的通孔；第一谐振腔，设置在所述真空盒体的一侧，用于将产生的偶次电场集中在所述电极板的上端；第二谐振腔，与所述第一谐振腔并列设置在所述真空盒体的一侧，且位于所述第一谐振腔的下方，用于将产生的奇次电场集中在所述电极板的下端；所述第一谐振腔采用二分之一波长谐振腔，所述第二谐振腔采用四分之一波长谐振腔。
[0009]进一步，所述第一谐振腔的外导体长度与所述第二谐振腔的外导体长度相同，所述第一谐振腔的内导体长度小于所述第二谐振腔的内导体长度。
[0010]进一步，所述第一谐振腔的长度为：
[0011][0012]其中，L为所述第一谐振腔的长度，P为正整数，λ
r
为谐振波长。
[0013]进一步，所述第一谐振腔上设置有第一谐振腔调谐器、偶次谐波发生器和取样器；所述偶次谐波发生器的设置数量根据使用需求进行设置，且所述偶次谐波发生器与所述取
样器的设置数量相同。
[0014]进一步，所述第一谐振腔调谐器设置为两个。
[0015]进一步，所述第二谐振腔上设置有第二谐振腔调谐器、奇次谐波发生器和取样器；所述第二谐振腔调谐器至少设置为两个，所述奇次谐波发生器位于两个所述第二谐振腔调谐器之间。
[0016]进一步，所述取样器至少设置为两个。
[0017]进一步，所述第一谐振腔的谐振频率f为：
[0018][0019]式中，c为光速，p为自然数，L为所述第一谐振腔的长度；
[0020]将所述第一谐振腔的基础频率设置为所述第二谐振腔的基础频率的二倍。
[0021]进一步，所述电极板采用X状设置，所述电极板的几何中心位置处设置有用于电子束通过的间隙；任意次谐波在所述电极板的间隙内实现合成，所述合成方法为：
[0022]根据需求，计算所需谐波次数和基频，分别对所述第一谐振腔和所述第二谐振腔进行配置，调整输入的电压和相位，在所述电极板两个端口之间的间隙中，会产生所有的模式，在电极板上实现了谐波叠加，合成所需波形。
[0023]进一步，所述电极板的形状采用近似空心圆筒。
[0024]本专利技术由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
[0025]1、本专利技术可以产生不同阶次的正余弦三角信号(谐波)，通过叠加的方式，实现任意波形的合成。
[0026]2、本专利技术突破了传统结构无法产生四次、八次等谐波的限制，可以产生任意次的谐波，因此在谐波合成的方案设计时不受频率和电压的限制，可以合成任意频率和电压的周期波形。
[0027]3、本专利技术通过谐振的方式基本摆脱频率和电压的限制，利用谐振器合成多个谐波，以达到实现高电压、高频率的任意周期信号合成的目的。
附图说明
[0028]图1是本专利技术一实施例中任意波形合成装置结构示意图；
[0029]图2是本专利技术一实施例中五次谐波合成锯齿波的装置结构示意图；
[0030]图3是本专利技术一实施例中五次谐波合成装置的系统结构示意图；
[0031]图4本专利技术一实施例中二次、三次、四次、五次谐波合成锯齿波的线性度比较图。
具体实施方式
[0032]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例的附图，对本专利技术实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本专利技术的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式
也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
[0034]现有的多谐波合成装置中，是由两个四分之一波长谐振腔(QWR)构成，且两个腔体的工作原理相同；四分之一波长谐振腔的谐振频率f
′
为：
[0035][0036]式中，c为光速，p为自然数，L为腔长。
[0037]四分之一波长谐振腔的基础频率f0为：
[0038][0039]由此可知，单一的腔体只能工作在基础频率f0的奇数倍，即：f0，3f0，5f0，
…
。
[0040]为了补充频率为2f0的谐波，缩短了其中一个腔的长度(减为1/2)，即短腔的工作频率为2f0的奇数倍，即2f0，6f0，10f0，
…
。
[0041]由于缺少了四次谐波(4f0),谐波合成时只能选择最高到3次谐波合成的方案。
[0042]为解决现有技术中缺少四次谐波、八次谐波
…
，以及只能最高到3次谐波合成的受限问题，本专利技术根据傅里叶展开，任何周期函数都f(t)可以由正余弦三角函数的无穷级数表示为：
[0043][0044]式中，ω0为角频率，n为正整数，a0为直流分量，a
n
为n倍频余弦谐波的幅度，b
n
为n倍频正弦谐波的幅度，t为时间。
[0045]本专利技术可以产生不同阶次的正余弦三角信号(谐波)，通过叠加的方式，实现任意波形的合成。
[0046]本专利技术突破了传统结构无法产生四次、八次等谐波的限制，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种任意波形合成装置，其特征在于，包括：真空盒体，其内设置有电极板，且所述真空盒体的上下端分别设置有用于束流通过的通孔；第一谐振腔，设置在所述真空盒体的一侧，用于将产生的偶次电场集中在所述电极板的上端；第二谐振腔，与所述第一谐振腔并列设置在所述真空盒体的一侧，且位于所述第一谐振腔的下方，用于将产生的奇次电场集中在所述电极板的下端；所述第一谐振腔采用二分之一波长谐振腔，所述第二谐振腔采用四分之一波长谐振腔。2.如权利要求1所述任意波形合成装置，其特征在于，所述第一谐振腔的外导体长度与所述第二谐振腔的外导体长度相同，所述第一谐振腔的内导体长度小于所述第二谐振腔的内导体长度。3.如权利要求2所述任意波形合成装置，其特征在于，所述第一谐振腔的长度为：其中，L为所述第一谐振腔的长度，P为正整数，λ
r
为谐振波长。4.如权利要求1所述任意波形合成装置，其特征在于，所述第一谐振腔上设置有第一谐振腔调谐器、偶次谐波发生器和取样器；所述偶次谐波发生器的设置数量根据使用需求进行设置，且所述偶次谐波发生器与所述取样器的设置数量相同。5.如权利要求4所述任意波形合成装置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴峥嵘，孙列鹏，施龙波，金珂安，江国栋，
申请(专利权)人：中国科学院近代物理研究所，
类型：发明
国别省市：