電子直線加速器系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開了一種電子直線加速器系統(tǒng)。在本發(fā)明中，提出了快速切換的雙路微波系統(tǒng)，其中一路可直接接入加速管，另一路可通過衰減器、功分器、脈沖壓縮器甚至放大器等器件改變微波功率的大小，然后再輸入到加速管，以此實現(xiàn)對加速器輸入功率進行快速切換，調(diào)變加速器的輸出能量。
【專利說明】電子直線加速器系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明的實施例涉及加速器領(lǐng)域，特別是醫(yī)用和工業(yè)用加速器領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002]雙能電子直線加速器技術(shù)在集裝箱/車輛等成像檢查系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，利用高能和低能兩種能量通過不同原子系數(shù)材料的衰減特性的不同，可以實現(xiàn)物質(zhì)分辨。雙能X射檢查系統(tǒng)要求兩檔能量交替出束，由于重復(fù)頻率通常在100取量級，因此要求在毫秒的時間內(nèi)進行能量切換。電子直線加速器通常由微波功率源、微波傳輸系統(tǒng)、電子槍、力口速管等分系統(tǒng)組成，現(xiàn)有的加速器能量調(diào)變方法主要包括以下幾種:1)改變加速器輸入微波功率的大小:2)改變加速器束流負載的大?。缓?)通過特殊設(shè)計加速結(jié)構(gòu)，改變加速器其中的一部分電磁場分布來改變能量。
[0003]方法1)直接改變加速器輸入的功率源的大小的方法簡單易行。但在快速切換微波功率源輸出功率時，可出現(xiàn)微波功率源頻率變化、輸出功率不穩(wěn)定的情況。
[0004]方法2)通過改變電子槍的發(fā)射電流調(diào)節(jié)加速器的束流負載，通過更強的束流吸收更多的微波功率來降低電子束能量，然后由于劑量率和束流的大小直接相關(guān)，可調(diào)節(jié)的參數(shù)靈活性??；同時也增加的對電子槍發(fā)射的要求。
[0005]方法3)的加速結(jié)構(gòu)通常非常負雜，而且調(diào)節(jié)加速器場分布通常需要調(diào)節(jié)加速管的硬件結(jié)構(gòu)，時間響應(yīng)較慢。
[0006]基于方法1)的能量調(diào)變方法可作進一步改進，改進后的方法改變輸入加速管的微波功率，但同時微波功率源工作在同一狀態(tài)，保證兩檔能量下的微波源頻率一致，且輸出功率穩(wěn)定。此方案需要在加速管和微波源之間增加可快速切換衰減或增益的微波傳輸系統(tǒng)。
[0007]美國專利…20100039051公開了一種方法，該方法基于魔I元件，在其中的一臂接移相器，通過快速改變該臂反射相位，以改變和另一臂功率合成時候到兩個輸出口的分配比，來調(diào)節(jié)輸入到加速管的功率。但該方法工作在全反射的純駐波狀態(tài)，功率容量受到限制，且對環(huán)流器要求非常高。另外，利用這種方法，只能實現(xiàn)比功率源功率小的輸出。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]發(fā)明的目的是實現(xiàn)一種能提供兩檔以上能量輸出的電子直線加速器系統(tǒng)，輸出不同電子束能量可以快速切換。
[0009]在本發(fā)明的一個方面，提出了一種電子直線加速器系統(tǒng)，包括:第一功率分配器，具有第一端口、第二端口和第三端口，其中向所述第一端口饋入微波，從所述第二端口和所述第三端口輸出幅度相同且相位相同的第一微波束和第二微波束；第一功率混合器，具有對稱的第一端口和第二端口和對稱的第三端口和第四端口，所述第一功率混合器的第二端口耦接所述第一功率分配器的第三端口 ；第二功率混合器，具有對稱的第一端口和第二端口和對稱的第三端口和第四端口，所述第二功率混合器的第四端口耦接所述第一功率混合器的第四端口 ；第二功率分配器，具有第一端口、第二端口和第三端口，所述第二功率分配器的第三端口耦接所述第二功率混合器的第二端口，微波從所述第二功率分配器的第二端口和第三端口輸入，從所述第二功率分配器的第一端口輸出；加速管，具有接收電子束的電子束輸入端口和耦接到所述第二功率分配器的第一端口的微波饋入端口，所述微波饋入端口輸入的微波對電子束進行加速；其中，所述電子直線加速器系統(tǒng)還包括:第一移相器，設(shè)置在所述第一功率分配器的第二端口和所述第一功率混合器的第一端口之間；第二移相器，設(shè)置在所述第二功率混合器的第一端口和所述第二功率分配器的第二端口之間；功率調(diào)節(jié)器，設(shè)置在所述第一功率混合器的第三端口和所述第二功率混合器的第三端口之間；其中，所述第一移相器和所述第二移相器同步改變相移量，并且以預(yù)定的頻率在相移量0度和相移量180度之間切換，在相移量0度情況下所述電子直線加速器系統(tǒng)工作在第一狀態(tài)，在相移量180度情況下所述電子直線加速器系統(tǒng)工作在第二狀態(tài)。
[0010]根據(jù)一些實施例，所述功率調(diào)節(jié)器具體為將微波脈沖長度減小峰值功率增加的脈沖壓縮器、或者增大微波脈沖的功率的放大器。
[0011]根據(jù)一些實施例，所述功率調(diào)節(jié)器具體為減小微波脈沖的功率的衰減器或功分器。
[0012]根據(jù)一些實施例，在第一狀態(tài)下，微波從所述第一功率混合器的第三端口輸出，經(jīng)過所述功率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)功率后從所述第二功率混合器的第三端口輸入，從第一端口和第二端口輸出兩個同相信號，分別輸入到所述第二功率分配器的第二端口和第三端口，在所述第二功率分配器的第一端口輸出合成的微波。
[0013]根據(jù)一些實施例，在第二狀態(tài)下，微波從所述第一功率混合器的第四端口輸出，進入所述第二功率混合器的第四端口，從第一端口和第二端口輸出兩個反相信號，經(jīng)過第二可變移相器移相后，變成兩個同相的信號，分別輸入到所述第二功率分配器的第二端口和第三端口，在所述第二功率分配器的第一端口輸出合成的微波。
[0014]根據(jù)一些實施例，所述第一功率分配器和所述第二功率分配器具體為￡-1元件、 元件、或魔I元件。
[0015]根據(jù)一些實施例，所述第一功率混合器和所述第二功率混合器具體為魔I元件或者-3(18定向耦合器。
[0016]根據(jù)一些實施例，所述第一移相器和所述第二移相器均為電流控制的移相器，并且所述第一移相器和所述第二移相器的控制電流線路串聯(lián)。
[0017]根據(jù)一些實施例，所述第一移相器和所述第二移相器均為電壓控制的移相器，并且所述第一移相器和所述第二移相器的控制電壓線路并聯(lián)。
[0018]根據(jù)上述實施例的方案，提高了進入加速管的兩個不同幅度微波脈沖的穩(wěn)定性，同時可實現(xiàn)快速切換，提高快速切換雙能加速器的性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]下面的附圖表明了本發(fā)明的實施方式。這些附圖和實施方式以非限制性、非窮舉性的方式提供了本發(fā)明的一些實施例，其中:
[0020]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電子直線加速器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]附圖標(biāo)記列表
[0022]1:微波功率源
[0023]2:第一功率分配器
[0024]3:第一可變移相器
[0025]4:第一功率混合器
[0026]5:功率調(diào)節(jié)器
[0027]6:第二功率混合器
[0028]7:第二可變移相器
[0029]8:第二功率分配器
[0030]9:加速管
[0031]21、22、23:端口
[0032]41、42、43、44:端口
[0033]61、62、63、64:端口
[0034]81、82、83:端口
[0035]91:端口

【具體實施方式】
[0036]下面將詳細描述本發(fā)明的具體實施例，應(yīng)當(dāng)注意，這里描述的實施例只用于舉例說明，并不用于限制本發(fā)明。在以下描述中，為了提供對本發(fā)明的透徹理解，闡述了大量特定細節(jié)。然而，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易見的是:不必采用這些特定細節(jié)來實行本發(fā)明。在其他實例中，為了避免混淆本發(fā)明，未具體描述公知的電路、材料或方法。
[0037]在整個說明書中，對“ 一個實施例”、“實施例”、“ 一個示例’，或“示例’，的提及意味著:結(jié)合該實施例或示例描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性被包含在本發(fā)明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現(xiàn)的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當(dāng)?shù)慕M合和/或子組合將特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這里使用的術(shù)語“和/或”包括一個或多個相關(guān)列出的項目的任何和所有組合。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的實施例，采用可快速切換的雙路微波系統(tǒng)，其中一路可直接接入加速管，另一路可通過衰減器、功分器、脈沖壓縮器甚至放大器等功率調(diào)節(jié)器件改變微波功率的大小，然后再輸入到加速管，以此實現(xiàn)對加速器輸入功率進行快速切換，調(diào)變加速器的輸出能量。這樣能夠提供兩檔以上能量輸出的電子直線加速器裝置，輸出不同電子束能量可以在毫秒量級快速切換。
[0039]在一些實施例中，采用可快速調(diào)節(jié)的可變移相器，以及混合器，對將微波功率在兩路輸出間進行切換。然后對這兩路微波進行不同的功率變化。如其中一路通過脈沖壓縮器、衰減器、功分器等器件改變功率，另一路直接輸出。這兩路微波通過一個對稱的可變移相器及混合器進行切換，輸入給加速管。兩個移相器同步改變相移，可采用一套控制系統(tǒng)。在一些實施例中，上述的兩個移相器均為電壓控制的移相器或者電流控制的移相器。對于電流控制的移相器，可將兩個移相器的控制電流控制為相同，例如將二者的控制電流線路串聯(lián)，保證二者的相位變化的一致性。對于電壓控制的移相器，可將兩個移相器的控制電壓控制為相同，例如將二者的控制電壓線路并聯(lián)，保證相位變化的一致性。
[0040]在一些實施例中，采用電控移相器，可實現(xiàn)毫秒量級的相位變化，也就實現(xiàn)了毫秒量級的微波輸出切換。
[0041]圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電子直線加速器系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示的電子直線加速器系統(tǒng)包括:第一功率分配器2、第一可變移相器3、第一功率混合器4、功率調(diào)節(jié)器5、第二功率混合器6、第二可變移相器7和第二功率分配器8。該系統(tǒng)從微波功率源1接收微波，在兩種模式之間進行切換，將不同模式下的微波輸入到加速管9中，對加速管9的電子束輸入端口接收的電子束進行加速，從而實現(xiàn)至少兩個能量檔的加速電子束輸出。
[0042]第一功率分配器2具有第一端口 21、第二端口 22和第三端口 23。微波功率源1向第一端口 21饋入微波，從第二端口 22和第三端口 23輸出幅度相同且相位相同的第一微波束和第二微波束。
[0043]第一功率混合器4具有對稱的第一端口 41和第二端口 42和對稱的第三端口 43和第四端口 44，第一功率混合器4的第二端口 42耦接第一功率分配器2的第三端口 23。
[0044]第二功率混合器6具有對稱的第一端口 61和第二端口 62和對稱的第三端口 63和第四端口 64。第二功率混合器6的第四端口 64耦接第一功率混合器4的第四端口 44。
[0045]第二功率分配器8具有第一端口 81、第二端口 82和第三端口 83。第二功率分配器8的第三端口 83耦接第二功率混合器6的第二端口 62，微波從第二功率分配器8的第二端口 82和第三端口 83輸入，從第二功率分配器8的第一端口 81輸出。加速管9具有接收電子束的電子束輸入端口(未示出)和耦接到第二功率分配器8的第一端口 81的微波饋入端口 91，該微波饋入端口 91輸入的微波對電子束進行加速。
[0046]該電子直線加速器系統(tǒng)還包括第一可變移相器3、第二可變移相器7和功率調(diào)節(jié)器5。第一可變移相器3設(shè)置在第一功率分配器2的第二端口 22和第一功率混合器4的第一端口 41之間。第二移相器7設(shè)置在第二功率混合器6的第一端口 61和第二功率分配器8的第二端口 82之間。功率調(diào)節(jié)器5設(shè)置在第一功率混合器4的第三端口 43和第二功率混合器6的第三端口 63之間。第一可變3移相器和第二可變移相器7同步改變相移量，并且以預(yù)定的頻率在相移量0度和相移量180度之間切換，在相移量0度情況下所述電子直線加速器系統(tǒng)工作在第一狀態(tài)，在相移量180度情況下所述電子直線加速器系統(tǒng)工作在第二狀態(tài)。
[0047]在如圖1所示的系統(tǒng)示意圖中，第一功率分配器2和第二功率分配器8可以選用￡-1元件。第一功率混合器4可以選用魔I元件，對于端口 41和42的輸入，端口 43輸出為端口 41和42輸入之和，端口 44輸出為端口 41的輸入與端口 42的輸入之差。對于端口43的輸入，端口 41和端口 42分別輸出同相等幅信號。對于端口 44輸入，端口 41和端口42分別輸出反相等幅信號。類似地，第二功率混合器6可以選用魔I元件，對于端口 61和62的輸入，端口 63輸出為端口 61和62輸入之和，端口 64輸出為端口 61的輸入與端口 62的輸入之差。對于端口 63的輸入，端口 61和端口 62分別輸出同相等幅信號。對于端口 64輸入，端口 61和端口 62分別輸出反相等幅信號。
[0048]在一些實施例中，功率調(diào)節(jié)器5選用脈沖壓縮器，將微波脈沖長度減小、峰值功率增加。微波功率源1的輸入通過￡-1'元件分為兩個等幅同相信號。
[0049]狀態(tài)一:當(dāng)?shù)谝豢勺円葡嗥?和第二可變移相器7的相移量為0時，微波從功率混合單元4的端口 43輸出，經(jīng)過功率調(diào)節(jié)器5壓縮后從第二功率混合器6的端口 63輸入，從端口 61和端口 62輸出兩個同相信號，因為第二可變移相器7的相移量為0，因此微波脈沖通過第二功率分配器8輸入加速管。因為經(jīng)過了功率調(diào)節(jié)器5的壓縮，因此微波脈沖的峰值功率增加，此時加速器9輸出能量為高能檔。
[0050]狀態(tài)二:當(dāng)?shù)谝豢勺円葡嗥?和第二可變移相器7的相移量為180度時，微波從第一功率分配器4的端口 44輸出后直接從第二功率混合器6的端口 64輸入，從端口 61和62輸出兩個反相信號，因為第二可變移相器7的相移量為180度，兩個信號變?yōu)橥?，因此微波脈沖通過第二功率分配器8輸入加速管9。此時加速器輸出能量為低能檔。
[0051]在一些實施例中，第一功率分配器2和第二功率分配器8也可以選用11-1元件，或魔丁元件。第一功率混合器4和第二功率混合器6也可以選用-3(18定向耦合器(90度混合器)。功率調(diào)節(jié)器5也可以采用衰減器，此時狀態(tài)一對應(yīng)低能檔、狀態(tài)二對應(yīng)高能擋。
[0052]雖然已參照幾個典型實施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)理解，所用的術(shù)語是說明和示例性、而非限制性的術(shù)語。由于本發(fā)明能夠以多種形式具體實施而不脫離發(fā)明的精神或?qū)嵸|(zhì)，所以應(yīng)當(dāng)理解，上述實施例不限于任何前述的細節(jié)，而應(yīng)在隨附權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)廣泛地解釋，因此落入權(quán)利要求或其等效范圍內(nèi)的全部變化和改型都應(yīng)為隨附權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種電子直線加速器系統(tǒng),包括: 第一功率分配器，具有第一端口、第二端口和第三端口，其中向所述第一端口饋入微波，從所述第二端口和所述第三端口輸出幅度相同且相位相同的第一微波束和第二微波束； 第一功率混合器，具有對稱的第一端口和第二端口和對稱的第三端口和第四端口，所述第一功率混合器的第二端口耦接所述第一功率分配器的第三端口； 第二功率混合器，具有對稱的第一端口和第二端口和對稱的第三端口和第四端口，所述第二功率混合器的第四端口耦接所述第一功率混合器的第四端口； 第二功率分配器，具有第一端口、第二端口和第三端口，所述第二功率分配器的第三端口耦接所述第二功率混合器的第二端口，微波從所述第二功率分配器的第二端口和第三端口輸入，從所述第二功率分配器的第一端口輸出； 加速管，具有接收電子束的電子束輸入端口和耦接到所述第二功率分配器的第一端口的微波饋入端口，所述微波饋入端口輸入的微波對電子束進行加速； 其中，所述電子直線加速器系統(tǒng)還包括: 第一移相器，設(shè)置在所述第一功率分配器的第二端口和所述第一功率混合器的第一端口之間； 第二移相器，設(shè)置在所述第二功率混合器的第一端口和所述第二功率分配器的第二端口之間； 功率調(diào)節(jié)器，設(shè)置在所述第一功率混合器的第三端口和所述第二功率混合器的第三端口之間； 其中，所述第一移相器和所述第二移相器同步改變相移量，并且以預(yù)定的頻率在相移量O度和相移量180度之間切換，在相移量O度情況下所述電子直線加速器系統(tǒng)工作在第一狀態(tài)，在相移量180度情況下所述電子直線加速器系統(tǒng)工作在第二狀態(tài)。
2.如權(quán)利要求1所述的電子直線加速器系統(tǒng)，其中所述功率調(diào)節(jié)器具體為將微波脈沖長度減小峰值功率增加的脈沖壓縮器、或者增大微波脈沖的功率的放大器。
3.如權(quán)利要求1所述的電子直線加速器系統(tǒng)，其中所述功率調(diào)節(jié)器具體為減小微波脈沖的功率的衰減器或功分器。
4.如權(quán)利要求1所述的電子直線加速器系統(tǒng)，其中，在第一狀態(tài)下，微波從所述第一功率混合器的第三端口輸出，經(jīng)過所述功率調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)功率后從所述第二功率混合器的第三端口輸入，從第一端口和第二端口輸出兩個同相信號，分別輸入到所述第二功率分配器的第二端口和第三端口，在所述第二功率分配器的第一端口輸出合成的微波。
5.如權(quán)利要求1所述的電子直線加速器系統(tǒng)，其中，在第二狀態(tài)下，微波從所述第一功率混合器的第四端口輸出，進入所述第二功率混合器的第四端口，從第一端口和第二端口輸出兩個反相信號，經(jīng)過第二可變移相器移相后，變成兩個同相的信號，分別輸入到所述第二功率分配器的第二端口和第三端口，在所述第二功率分配器的第一端口輸出合成的微波。
6.如權(quán)利要求1所述的電子直線加速器系統(tǒng)，其中所述第一功率分配器和所述第二功率分配器具體為E-T元件、H-T元件、或魔T元件。
7.如權(quán)利要求1所述的電子直線加速器系統(tǒng)，其中所述第一功率混合器和所述第二功率混合器具體為魔T元件或者-3dB定向耦合器。
8.如權(quán)利要求1所述的電子直線加速器系統(tǒng)，其中，所述第一移相器和所述第二移相器均為電流控制的移相器，并且所述第一移相器和所述第二移相器的控制電流線路串聯(lián)。
9.如權(quán)利要求1所述的電子直線加速器系統(tǒng)，其中，所述第一移相器和所述第二移相器均為電壓控制的移相器，并且所述第一移相器和所述第二移相器的控制電壓線路并聯(lián)。
【文檔編號】H05H9/00GK104470192SQ201310432067
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月22日
【發(fā)明者】唐傳祥, 施嘉儒, 靳清秀, 陳懷璧, 黃文會 申請人:同方威視技術(shù)股份有限公司, 清華大學(xué)