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中科院高能所成功研发中国首支P波段大功率连续波速调管

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发表于 2020-03-17 16:22 超大游击队员 | 显示全部楼层 |阅读模式

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中新社北京3月12日电 (记者 孙自法)记者12日从中国科学院高能物理研究所(中科院高能所)获悉,该所备受关注的环形正负电子对撞机(CEPC)项目研发出650兆赫兹(MHz)速调管样管,近日已完成脉冲功率800千瓦(kW)和连续波功率400千瓦测试。

这是中国自主研制的首支P波段(300-1000兆赫兹)大功率连续波速调管,也是推进环形正负电子对撞机关键技术突破不可或缺的一步,并为下一步发展国际领先水平的高效率速调管奠定了坚实基础。

中科院高能所介绍说,此次速调管的研制采用产学研联合模式,由中科院高能所、中科院空天信息创新研究院、昆山国力大功率器件工业技术研究院有限公司合作完成。

在2020年春节后疫情关键时期,项目组人员在做好个人防护的同时,加班加点开展测试工作。2月底和3月上旬,样管的输出功率分别达到连续波400千瓦和脉冲800千瓦,微波转换效率达到62%的国际先进水平,1分贝(dB)带宽大于1.0兆赫兹,增益大于43分贝。

据了解,中国自1964年成功研制出第一支大功率速调管以来,国产速调管取得长足发展,但国内大科学装置中使用的P波段大功率速调管目前依然依赖进口。随着大型环形正负电子对撞机方案的提出,高效率连续波速调管已成为国际前沿热点。中科院高能所此次650兆赫兹速调管样管的研制成功,为未来高效率速调管的研制积累了宝贵经验,打下了坚实基础,对于推进环形正负电子对撞机关键技术实现突破具有重要意义。

环形正负电子对撞机是中国高能物理学家提出建设的下一代大型对撞机方案,旨在通过超高能对撞实验研究希格斯粒子之谜,推动科学家探索认知物质世界根本性质,寻找超出“标准模型”的新物理和未来发展的突破口,围绕该方案所引发的质疑与热议也一直在持续。
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 楼主| 发表于 2020-03-17 16:22 超大游击队员 | 显示全部楼层
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发表于 2020-03-17 17:30 | 显示全部楼层
速调管是利用周期性调制电子注速度来实现振荡或放大的一种微波电子管。它首先在输入腔中对电子注进行速度调制,经漂移后转变为密度调制,然后群聚的电子块与输出腔隙缝的微波场交换能量,电子将动能交给微波场,,完成振荡或放大

1937年,美国物理学家瓦里安,R.H.和S.F.瓦里安制出双腔速调管振荡器。反射速调管则是1940年由苏联工程师捷瓦科、丹尼尔捷维、布斯库诺维和柯瓦连科分别研制成功的


直射速调管
直射速调管在结构上包括以下几部分:电子枪、谐振腔、调揩系统、各腔之间的漂移管、能量耦合器、收集极和聚焦系统。具有两个谐振腔的速调管称为双腔速调管;具有两个以上谐振腔者称为多腔速调管。
双腔速调管
双腔速调管仅有两个谐振腔,即输入腔和输出腔。由电子枪产生的电子注首先到达输入腔隙缝。输入的微波信号经能量耦合器送进输入腔,在谐振腔隙缝外形成微波信号电压。在这里,电子注受到微波场的速度调制,然后进入无场漂移管。在漂移过程中电子发生群聚,在电子注内形成密度调制。密度调制的电子注与输出腔隙缝的微波场进行能量交换,电子把能量交给微波场,完成放大或振荡的功能。
微波功率经能量耦合器送至负载。
双腔速调管增益仅为10分贝左右。为了提高增益,可以在输入腔与输出腔之间设置一个或多个中间腔,构成级联放大器。这种速调管称为多腔速调管)。引入中间腔还可以提高效率;若使各腔频率略有差异,还可展宽频带。多腔速调管的特点是增益高、效率高、稳定性好、输出功率大,缺点是频带窄。多腔速调管的稳定增益可达80分贝,效率最高可达75%,脉冲功率可达60兆瓦,连续波功率可达1兆瓦。频带一般仅有1%~2%,个别大功率脉冲速调管可达10%~12%。
电子群聚 电子从阴极发射出现以后受到高电压的加速,到达输入腔隙疑时所有电子的速度是一致的。待放大的微波信号进入输入腔,在隙缝上建立起微波信号电压。隙缝上的电压随时间呈正弦变化。在不同时刻到达隙缝的电子,受到不同的瞬时电压的作用。
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发表于 2020-03-17 17:31 | 显示全部楼层

RE: 中科院高能所成功研发中国首支P波段大功率连续波速调管

速调管.jpg
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