Ускоряющие структуры на бегущей волне с большим набегом фазы на период

Рассмотрены характеристики ячеек круглого диафрагмированного волновода (КДВ) в высших полосах пропускания волны ТМ₀₁ с рабочим набегом фазы в пределах свыше 180° и до 1230° на период. Показано, что при оптимизации формы ячеек и введении дополнительных элементов формируются структуры на бегущей волне...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2012
Автор:	Парамонов, В.В.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України 2012
Назва видання:	Вопросы атомной науки и техники
Теми:	Элементы ускорителей
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109310
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Ускоряющие структуры на бегущей волне с большим набегом фазы на период / В.В. Парамонов // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 24-28. — Бібліогр.: 5 назв. — рус.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-109310
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1093102016-11-24T03:01:59Z Ускоряющие структуры на бегущей волне с большим набегом фазы на период Парамонов, В.В. Элементы ускорителей Рассмотрены характеристики ячеек круглого диафрагмированного волновода (КДВ) в высших полосах пропускания волны ТМ₀₁ с рабочим набегом фазы в пределах свыше 180° и до 1230° на период. Показано, что при оптимизации формы ячеек и введении дополнительных элементов формируются структуры на бегущей волне с большим, чем 180°, набегом фазы на период и превосходящие классический КДВ в первой полосе по ВЧ-эффективности. Приведены примеры рассматриваемых структур с описанием ВЧ- и дисперсионных характеристик. The cells RF parameters for the well known Disk Loaded Waveguide (DLW) are considered in higher pass bands of TM₀₁ wave, providing operating phase advance between 180°…1230° per cell. With an appropriate shape optimization and some additional elements proposed traveling wave structures with such large phase advance overlap the classical first band DLW in RF efficiency. Examples of proposed structures together with RF and dispersion properties are presented. Розглянуто характеристики комірок круглого діафрагмованого хвилеводу (КДХ) у вищих смугах пропускання хвилі ТМ₀₁ з робочим набігом фази в межах понад 180° і до 1230° на період. Показано, що при оптимізації форми комірок та введенні додаткових елементів формуються структури на бігучій хвилі з більшим, ніж 180° набігом фази на період і перевершують класичний КДХ в першій смузі по ВЧ-ефективності. Наведені приклади розглянутих структур з описом ВЧ і дисперсійних характеристик. 2012 Article Ускоряющие структуры на бегущей волне с большим набегом фазы на период / В.В. Парамонов // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 24-28. — Бібліогр.: 5 назв. — рус. 1562-6016 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109310 621.384.6 ru Вопросы атомной науки и техники Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Элементы ускорителей Элементы ускорителей
spellingShingle	Элементы ускорителей Элементы ускорителей Парамонов, В.В. Ускоряющие структуры на бегущей волне с большим набегом фазы на период Вопросы атомной науки и техники
description	Рассмотрены характеристики ячеек круглого диафрагмированного волновода (КДВ) в высших полосах пропускания волны ТМ₀₁ с рабочим набегом фазы в пределах свыше 180° и до 1230° на период. Показано, что при оптимизации формы ячеек и введении дополнительных элементов формируются структуры на бегущей волне с большим, чем 180°, набегом фазы на период и превосходящие классический КДВ в первой полосе по ВЧ-эффективности. Приведены примеры рассматриваемых структур с описанием ВЧ- и дисперсионных характеристик.
format	Article
author	Парамонов, В.В.
author_facet	Парамонов, В.В.
author_sort	Парамонов, В.В.
title	Ускоряющие структуры на бегущей волне с большим набегом фазы на период
title_short	Ускоряющие структуры на бегущей волне с большим набегом фазы на период
title_full	Ускоряющие структуры на бегущей волне с большим набегом фазы на период
title_fullStr	Ускоряющие структуры на бегущей волне с большим набегом фазы на период
title_full_unstemmed	Ускоряющие структуры на бегущей волне с большим набегом фазы на период
title_sort	ускоряющие структуры на бегущей волне с большим набегом фазы на период
publisher	Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
publishDate	2012
topic_facet	Элементы ускорителей
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/109310
citation_txt	Ускоряющие структуры на бегущей волне с большим набегом фазы на период / В.В. Парамонов // Вопросы атомной науки и техники. — 2012. — № 3. — С. 24-28. — Бібліогр.: 5 назв. — рус.
series	Вопросы атомной науки и техники
work_keys_str_mv	AT paramonovvv uskorâûŝiestrukturynabeguŝejvolnesbolʹšimnabegomfazynaperiod
first_indexed	2025-07-07T22:53:51Z
last_indexed	2025-07-07T22:53:51Z
_version_	1837030527625854976
fulltext	ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 24 УДК (621.384.6) УСКОРЯЮЩИЕ СТРУКТУРЫ НА БЕГУЩЕЙ ВОЛНЕ С БОЛЬШИМ НАБЕГОМ ФАЗЫ НА ПЕРИОД В.В. Парамонов Институт ядерных исследований РАН, Москва, Россия E-mail: paramono@inr.ru Рассмотрены характеристики ячеек круглого диафрагмированного волновода (КДВ) в высших полосах пропускания волны ТМ01 с рабочим набегом фазы в пределах свыше 180° и до 1230° на период. Показано, что при оптимизации формы ячеек и введении дополнительных элементов формируются структуры на бе- гущей волне с большим, чем 180°, набегом фазы на период и превосходящие классический КДВ в первой полосе по ВЧ-эффективности. Приведены примеры рассматриваемых структур с описанием ВЧ- и диспер- сионных характеристик. 1. ВВЕДЕНИЕ Круглый диафрагмированный волновод (КДВ) является наиболее распространенной и хорошо ис- следованной периодической структурой в режиме бегущей волны для ускорения электронов [1]. Рабо- чие характеристики КДВ в первой (основной) зоне Бриллюэна с набегом фазы поля на период < 180°на колебании ТМ010 очень подробно рассмотрены в ставшей классической работе [2]. Целью данной работы является рассмотрение ха- рактеристик КДВ или структуры на основе КДВ в режиме бегущей волны с набегом фазы поля в пре- делах 180°…360° или 360°…540° на период. 2. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СТРУКТУРА ПОЛЯ Для дальнейшего рассмотрения приведем опре- деления используемых ниже основных характери- стик структуры: 2 2 0 2, , 2 ( 0 , ) ) , 2 eA g gt d ik z z A e s t Zk E Q QP E z e d z EZ P d P p lla b b a ЧЧ= = Ч Ч = = Ч т (1) где d – длина периода структуры; k=2π/λ=ω/c; λ – длина волны на рабочей частоте; Pt и Ps – поток ВЧ- мощности и мощность ВЧ-потерь в поверхности структуры; α (м-1) – коэффициент затухания поля; Q – добротность; βg – относительная групповая ско- рость; EA – амплитуда ускоряющего поля (синхрон- ной гармоники); Ze (МОм/м) – эффективное шунто- вое сопротивление. В определении (1) существенно использование понятия эффективного шунтового сопротивления, которое учитывает отклонение от линейного распределения фазы ускоряющего поля по оси структуры. КДВ является периодической структурой и име- ет дисперсионную характеристику (ДХ) с зонами пропускания, которые разделены зонами запирания. Качественно формирование ДХ КДВ для волны ТМ01 подробно рассмотрено в [1-2] и схематично это преобразование показано на Рис.1. Полная ДХ КДВ содержит также ветви, происходящие от дру- гих волн гладкого волновода. Рис.1. Формирование дисперсионной характеристики КДВ для волны ТМ01 В пролетном канале КДВ, 0 < r < a, комплексное распределение продольной составляющей электри- ческого поля Ez(r,z) представляется в виде суммы пространственных гармоник: 0 0 2 2 20 1( , ) ( ) , ( , ) , 2 , 0, 1,..., , . zn zn d ik z ik z z n r n n z n n zn r n zn E r z E J k r e E E r z e d nk n k k k d d q p q -= = += = = ± ± Ґ = - е т (2) Это представление справедливо не только для первой, но и высших полос пропускания ДХ КДВ для волны ТМ01. В периодической структуре с реля- тивистской частицей v=c эффективно взаимодейст- вует гармоника, для которой на рабочей частоте вы- полнено условие синхронизма: 0 2 .n z n nk k c d d q q pw += = = = (3) Подбором размеров ячейки КДВ – длины перио- да d и радиуса ячейки b, можно обеспечить условие (3), по крайней мере теоретически, для любой гар- моники в любой полосе пропускания КДВ для вол- ны ТМ01. Но эффективность взаимодействия Ze и требуе- мая для обеспечения заданного темпа ускорения проходящая ВЧ-мощность Pt определяются относи- тельной амплитудой синхронной гармоники EA в разложении поля (2). На оси структуры функция \|Ez(0,z)\| является непрерывной и имеет конечную вторую производную. Поэтому коэффициенты En в разложении Фурье (2) убывают не медленнее, чем n-(1+ε), ε>0. В первой полосе пропускания в ячейке КДВ реа- лизуется колебание ТМ010 и доминирующей в раз- ложении (2) является основная гармоника с n= 0. ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 25 Набег фазы поля на период находится в пределах 0<θ <180°. В этой полосе выбор длины периода d>λ/2 автоматически означает переход на гармоники n=-1 или n = 1, которые имеют существенно мень- шую, по сравнению с основной, амплитуду [1-2]. Во второй зоне пропускания (см. Рис.1) в ячейке реализуется колебание ТМ011. Для ячейки КДВ с плоскостями зеркальной симметрии основная гар- моника с n=0 в разложении (2) отсутствует и доми- нирующей является гармоника с n= -1. Набег фазы поля на период составляет 180°<θ <360°, включая скачок в 180°, обеспечиваемый самой структурой поля колебания ТМ011. Аналогично и для более высоких полос пропус- кания. Например, в пятой полосе пропускания в ячейке существует колебание ТМ014. Гармоники с n = 0,-1,1,-2 в разложении (2) отсутствуют. Домини- рующей является гармоника с n = 2, с которой и начинается разложение (2). Набег фазы поля нахо- дится в пределах 720°<θ <900°, где 720° обеспечи- вается четырьмя изменениями знака поля в колеба- нии ТМ014. Для поиска разумно эффективной структуры на основе КДВ с большим (>180°) набегом фазы на период целесообразно рассмотреть характеристики КДВ в высших полосах пропускания волны ТМ01. 3. ХАРАКТЕРИСТИКИ ЯЧЕЕК КДВ В ВЫСШИХ ПОЛОСАХ ПРОПУСКАНИЯ Характеристики ячеек КДВ в режиме бегущих волн для второй и третьей полос пропускания волны ТМ01 рассчитаны с использованием комплекса про- грамм MULTIMODE [3]. Применен алгоритм нако- пления базы данных, описанный в [4]. Размеры ячейки однозначно определяются тремя свободны- ми параметрами – радиусом апертуры a, длиной периода d и толщиной диафрагмы t. Радиус ячейки Rc выбирается из условия настройки частоты необ- ходимой моды на заданную величину. Разработан- ная система накопления [4] перебирает сочетания свободных параметров в заданных пределах и с за- данным шагом, изменением радиуса ячеек Rc произ- водит подстройку каждого сочетания на требуемую частоту и для настроенных вариантов запасает зна- чения характеристик. Характеристики ячеек, таким образом, рассчитаны для первой, второй и третьей полос пропускания вол- ны ТМ01 и относительной фазовой скорости β = 1, предполагая рабочую частоту f = 3000 МГц. Радиус апертуры изменялся в пределах 0,04 λ <a<0,32 λ, тол- щина диафрагмы выбрана фиксированной t=3,8 мм, учитывая рекомендации [2]. Свободный параметр θ0 изменялся в пределах 10°< θ0 < 170° и длина периода ячейки в первой полосе d1, второй d2 и третьей d3 выбиралась из условия синхронизма: 0 0 0 1 2 3 (2 ) (2 ), , 2 2 2 d d dl q l p q l p q p p p - += = = . (4) На Рис.2 показаны поверхности βg(a,θ0) для яче- ек КДВ во второй (Рис.2,а) и третьей (Рис.2,б) поло- сах пропускания волны ТМ01. На Рис.3 для тех же условий показаны поверхности Ze(a,θ0). Рис.2. Поверхности βg(a,θ0) для ячеек КДВ во второй (а) и третьей (б) полосах пропускания волны ТМ01 Область существования волны ТМ011 во второй полосе, 0° < θ0 < 140°, ограничена трансформацией типа колебания. При увеличении θ0 период структу- ры становится короче. Для поддержания частоты необходимо увеличивать радиус ячейки Rc, что при- водит к понижению частоты колебания ТМ020. При θ0 > 140° вторым в ячейке становится колебание ТМ020, даже при увеличенной, согласно (4), длине периода. В третьей полосе аналогичная причина ограничивает область существования колебания ТМ012 диапазоном 70°< θ0 <180°. Рис.3. Поверхности Ze(a,θ0) для ячеек КДВ во второй (а) и третьей (б) полосах пропускания волны ТМ01 Как видно из Рис.2, 3, характер известных для первой полосы зависимостей βg(a,θ0) и Ze(a,θ0) со- храняется – βg растет с увеличением радиуса апер- туры, а Ze уменьшается. Для дальнейшего рассмот- рения приняты компромиссные по βg(a,θ0) и Ze(a,θ0) значения: a= 0,12λ, θ0~30°…40° для второй (колеба- ния ТМ011) и a= 0,12λ, θ0 ~150° для третьей полосы (колебания ТМ012). Рис.4. Распределения фазы поля на оси структуры по длине периода для первой (θ=120°), второй (θ=320°) и третьей (θ=510°) полос пропускания На Рис.4 показаны распределения фазы уско- ряющего поля по периоду на оси структур для коле- баний ТМ010, ТМ011 и ТМ012, что соответствует пер- вой, второй и третьей полосе, соответственно. Тон- кими прямыми линиями показаны соответствующие фазы для синхронной частицы. Общий набег фазы ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 26 составляет 120, 320 и 510° соответственно. В распре- делениях для колебания ТМ011 есть одна, и для коле- бания ТМ012 две области резкого изменения фазы на 180°, обусловленные структурой полей колебаний, вносящие основной вклад в общий набег фазы. Изме- нение фазы поля скачком на 180° происходит при стоячей волне. В высших полосах для бегущей волны резкие изменения фазы присутствуют при малой ве- личине \|βg\| ~ 10-3 и с увеличением \|βg\| распределения фазы становятся более плавными. Рис.5. Распределения амплитуды \|Ez\| и эффектив- ного ускоряющего поля Ezeff на оси структуры по длине периода для второй (θ=320°) и третьей (θ=510°) полос пропускания На Рис.5 показаны распределения амплитуд Ez на оси ячеек для второй (θ = 320°) и третьей (θ = 510°) полос в сравнении с распределениями эффективного ускоряющего поля, учитывающими разность фаз поля и синхронной частицы. Как видно из Рис.4, разность фаз поля и частицы достигает большой величины, близкой к 90°, в окрестности областей резкого изменения фазы поля. Но на оси ячеек по- ложение областей резкого изменения фазы поля со- ответствует областям минимумов амплитуды. По- этому существенного понижения общей эффектив- ности ускорения из-за большой величины разности фаз в высших полосах не происходит. Но для кор- ректного определения эффективности ускорения в высших полосах необходимо использовать именно эффективное шунтовое сопротивление Ze (1) и при- водить величину коэффициента пролетного времени T, учитывающего и в режиме бегущей волны раз- ность фаз поля и синхронной частицы: 0 0 (0 , ) . \| (0 , ) \| z d ik z z d z E z e d z T E z d z Ч = т т (5) Аналогичная процедура формирования ячеек КДВ, но без предварительной оптимизации с помо- щью комплекса MULTIMODE, применена и для более высоких полос пропускания – с четвертой по седьмую. Для четвертой и шестой полос выбрано θ0 = 40°, для пятой и седьмой – θ0 = 150°, по анало- гии со второй и третьей полосами, соответственно. Сформированные таким образом структуры по- казаны на Рис.6. Возможность формирования ячеек КДВ в более высоких полосах пропускания с типом колебания ТМ01j при j>7 ограничена трансформаци- ей типа колебания в ячейке. С ростом j увеличивает- ся радиус ячейки Rc и понижается частота колебания ТМ020. При этом сужается по θ0 область существо- вания колебания ТМ01j и реализовать при j>7 коле- бание TM01j в j+1-й полосе не удается. Рис.6. Относительные размеры ячеек КДВ на частоте 3000 МГц при работе на первой или высших полосах пропускания волны ТМ01 Основные ВЧ-характеристики ячеек КДВ, соот- ветствующих показанным на Рис.6 вариантам, при- ведены в Табл.1. Таблица 1 Основные ВЧ-характеристики ячеек КДВ на частоте 3000 МГц при a=12 мм для работы в первой или высших полосах пропускания N θ0, град. Rc, мм βg, % Q, 103 Ze, MOм/м T TM010 120 39,49 2,19 14,1 60,86 0,956 TM011 320 48,08 -1,36 18,7 29,43 0,862 TM012 510 56,02 0,58 25,6 18,24 0,739 TM013 680 65,51 -0,39 31,7 12,23 0,714 TM014 870 70,73 0,22 36,4 9,48 0,672 TM015 1040 79,55 -0,17 40,1 7,15 0,675 TM016 1230 83,01 0,11 45,9 6,05 0,643 Эффективность типичных ячеек КДВ с большим набегом фазы на период (θ > 180°), для чего КДВ используется в высших полосах пропускания волны ТМ01, быстро уменьшается с увеличением числа вариаций поля по z. При этом увеличиваются попе- речные размеры структуры. Для дальнейшего рас- смотрения существенным является рост добротно- сти колебаний в ячейках на высших полосах. 4. ИЗМЕНЕНИЯ В СТРУКТУРАХ Основной причиной низкой эффективности яче- ек КДВ в высших полосах пропускания является особенность распределения полей колебаний ТМ01j, имеющих области с сильным радиальным полем. На Рис.7 показано распределение электрического поля колебания ТМ012 в ячейке КДВ с θ=510°. Для конту- ра EBCF (см. Рис.7) ВЧ-напряжение: 0 . C D D r z rF C B S E dr E dz E dr H dSjwmm+ + =т т т т (6) Рис.7. Распределение электрического поля колебания ТМ012 в ячейке КДВ ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 27 Отрезки ВЕ и СF расположены в пучности ради- альной компоненты поля Er. ВЧ-напряжение вдоль этих отрезков составляет большую часть (возрас- тающую с увеличением радиуса ячейки в высших полосах) полного ВЧ-напряжения по контуру, опре- деляемого потоком магнитного поля. Но в ускоре- нии частиц ВЧ-напряжение вдоль отрезков ВЕ и СF не участвует. Пучности Er в колебаниях ТМ01j совпадают по z с узлами Hϕ. Если металлизировать часть отрезков ВЕ и СF, то относительно возрастет часть ВЧ- напряжения, направленная вдоль оси структуры. Также понизится частота рабочего колебания, а сле- довательно, уменьшится радиус ячеек. При этом можно ожидать относительно небольшого увеличе- ния ВЧ-потерь. Этот подход реализован введением шайб в ячейки КДВ. Шайбы расположены в пучностях радиальной компоненты электрического поля и число шайб в каждой ячейке равно числу вариаций поля по z. До- полнительно, для увеличения добротности рабочего колебания, введено закругление диафрагмы КДВ. Рис.8. Структуры с шайбами в ячейках КДВ с частотой 3000 МГц для работы в высших полосах пропускания волны ТМ01 Сформированные таким образом из типичных ячеек КДВ (см. Рис.7) структуры показаны на Рис.8, а их основные ВЧ-параметры приведены в Табл.2. Таблица 2 Основные ВЧ-характеристики ячеек КДВ с шайба- ми на частоте 3000 МГц при a=12 мм в высших полосах пропускания N βg,% Q,103 Ze, MOм/м Т A t E P lЧ ТМ010 2,19 14,1 60,86 0,956 351,9 ТМ011 -0,91 24,4 50,32 0,808 376,6 ТМ012 0,87 33,5 60,29 0,786 360,0 ТМ013 -0,83 37,4 61,91 0,775 354,8 ТМ014 0,77 40,2 64,01 0,768 360,6 ТМ015 -0,76 42,4 65,85 0,763 358,9 ТМ016 0,73 43,6 65,65 0,760 364,7 Введение шайб не меняет величину набега фазы поля на ячейку. Сохраняется высокая добротность рабочего колебания. Существенно уменьшается ра- диус структуры, определяемый теперь шайбами и для всех структур, показанных на Рис.8, Rc ~ 65 мм. Введение шайб приводит к разделению функций в структуре. Величина βg бегущей волны определя- ется радиусом отверстия в диафрагме ячейки КДВ. А эффективность ускорения определяется структу- рой с шайбами, которая используется в режиме, близком к стоячей волне π -вида. Известно, что та- кой режим характеризуется наивысшей ВЧ- эффективностью. С ростом числа шайб в ячейке величина Ze выходит на плато, определяемое перио- дическим отрезком с шайбами. Как видно из Табл.2, структуры с шайбами в ячейках КДВ при использовании в высших полосах пропускания имеют эффективность не хуже класси- ческого КДВ в первой полосе. Характеристики показанных на Рис.8 структур приведены в Табл.2 для равных радиусов отверстий в шайбе и диафрагме, a = 12 мм. С разделением функций определения βg и ВЧ-эффективности ра- венство радиусов отверстий в диафрагме ad и шай- бах aw не является обязательным. C уменьшением aw величина Ze структур возрастает без изменения ве- личин βg и Q. При выборе типичной для структур на стоячей волне S диапазона величины aw= 5 мм ве- личина Ze ячеек на колебаниях ТМ013 и ТМ014 (см. Табл.2) возрастает до 71,93 и 75,39 MOм/м со- ответственно. Структура с шайбами хорошо известна и естест- венным шагом в повышении ее эффективности яв- ляется дополнение шайб трубками дрейфа [5]. Структура с шайбами и трубками дрейфа для ис- пользования в пятой полосе пропускания волны ТМ01 показана на Рис.9. Рис.9. Структура с шайбами и трубками дрейфа в ячейке КДВ По сравнению со структурами с шайбами, см. Табл.2, введение трубок дрейфа сопровождается небольшим, ~ 15 %, снижением добротности рабо- чего колебания. Немного уменьшается радиус структуры и возрастает групповая скорость. Но из- за увеличения коэффициента пролетного времени T и повышения средней напряженности электрическо- го поля на оси величина Ze возрастает. При радиусе апертуры трубок дрейфа at = 12 мм реализуется Q= 34300, Ze= 75,47 МОм/м, βg= 0,822 % и Q = 35800, Ze= 99,13 МОм/м, βg = 0,812 % при at = 5 мм. Хотя оптимизация размеров шайб и трубок дрейфа для получения максимального Ze не прово- дилась, полученные результаты показывают, что структуры с шайбами, а также с шайбами и трубка- ми дрейфа в ячейках КДВ при использовании в ре- жиме бегущей волны в высших полосах пропуска- ния волны ТМ01 могут иметь более высокую ВЧ- эффективность по сравнению с классическим КДВ в первой полосе. 5. ДИСПЕРСИОННЫЕ СВОЙСТВА По самой идее формирования рассматриваемых структур рабочая ветвь дисперсионной характери- стики любой структуры не является низшей. В зави- симости от рабочего набега фазы на период, ниже ISSN 1562-6016. ВАНТ. 2012. №3(79) 28 рабочей ветви ДХ находится несколько ветвей коле- баний типа ТМ01j и несколько ветвей колебаний с вариациями поля по азимуту. На Рис.10 в качестве примера показана ДХ ячеек КДВ с рабочим набегом фазы θ = 510°. Введение в ячейки шайб и трубок дрейфа существенным образом ДХ варианта не ме- няет. Рис.10. Дисперсионная характеристика КДВ с рабочим колебанием ТМ012 в ячейке, θ =510°, m − число вариаций поля по азимуту Отметим некоторые общие свойства ДХ рас- сматриваемых структур. Все рассматриваемые структуры с набегом фазы θ > 200° в представляющей интерес области пара- метров являются сильнодисперсными узкополосны- ми структурами с малой шириной полос пропуска- ния для всех типов волн. Низшей всегда является ветвь колебаний с m = 1 – одной вариацией поля по азимуту. Прямая синхронного взаимодействия v = c пере- секает первую ветвь всегда при θ > 180°. Серьёзным недостатком рассматриваемых струк- тур является присутствие в близости (> 30 МГц) к рабочей ветви ветвей паразитных колебаний с m = 1 и m = 3 – одной и тремя вариациями поля по азимуту. Вопрос влияния паразитных колебаний как на динамику пучка, так и на ВЧ-характеристики струк- тур нуждается в дополнительной проработке, вместе с разработкой способа крепления шайб в структуре. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Показана возможность создания ускоряющих структур на бегущей волне с набегом фазы поля на период значительно больше 180°, для чего следует использовать ячейки КДВ в высших полосах про- пускания волны ТМ01. При введении в ячейки шайб с трубками дрейфа эффективность ВЧ-структуры превышает эффективность классического КДВ в первой полосе. Недостатком данных структур, требующим дальнейшей проработки, является наличие в окрест- ности рабочей точки паразитных колебаний с ва- риациями поля по азимуту. Данная работа выполнена при финансовой под- держке Министерства образования и науки Россий- ской Федерации, контракт № 16.518.11.7037 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. G.A. Loew, R.B. Neal. Accelerating structures. In Linear Accelerators / ed. P. Lapostole, A. Septier. Amsterdam: «North-Hol. Pub. Co». 1970, p.39-107. 2. О.А. Вальднер, Н.П. Собенин, Б.В. Зверев, И.С. Щедрин. Справочник по диафрагмирован- ным волноводам. Москва: «Атомиздат», 1969. 3. М.С. Касчиев и др. Расчет полного спектра коле- баний в осесимметричных и продольно-одно- родных резонаторах, волноводах и в периодиче- ских структурах // Труды 9 Всесоюзного совеща- ния по УЗЧ, Дубна, 1985, т.1, с.137. 4. V. Paramonov. The data library for accelerating structures development. RF parameters of the Drift Tube structure // Proc. of the 1996 LINAC Confer- ence, Geneva, CERN, 1996, v.2, p.493. 5. В.Г. Андреев, В.В. Пашковский. Ускоряющая структура с шайбами и трубками дрейфа для протонных линейных ускорителей // Журнал Технической Физики. 1970, т.40, в.3, с.523-5. Статья поступила в редакцию 23.09.2011 г. TRAVELING WAVE ACCELERATING STRUCTURES WITH A LARGE PHASE ADVANCE V.V. Paramonov The cells RF parameters for the well known Disk Loaded Waveguide (DLW) are considered in higher pass bands of TM01 wave, providing operating phase advance between 180°…1230° per cell. With an appropriate shape optimization and some additional elements proposed traveling wave structures with such large phase advance over- lap the classical first band DLW in RF efficiency. Examples of proposed structures together with RF and dispersion properties are presented. ПРИСКОРЮЮЧІ СТРУКТУРИ НА БІГУЧІЙ ХВИЛІ З ВЕЛИКИМ НАБІГОМ ФАЗИ НА ПЕРІОД В.В. Парамонов Розглянуто характеристики комірок круглого діафрагмованого хвилеводу (КДХ) у вищих смугах пропус- кання хвилі ТМ01 з робочим набігом фази в межах понад 180° і до 1230° на період. Показано, що при оптимі- зації форми комірок та введенні додаткових елементів формуються структури на бігучій хвилі з більшим, ніж 180° набігом фази на період і перевершують класичний КДХ в першій смузі по ВЧ-ефективності. Наве- дені приклади розглянутих структур з описом ВЧ і дисперсійних характеристик.

Ускоряющие структуры на бегущей волне с большим набегом фазы на период

Репозитарії

Схожі ресурси