線形加速器用のスポーク共振器

スポークリゾネーター

共振器は、特定の周波数 (固有周波数または共振周波数とも呼ばれる) で自然に振動し、他の周波数よりも振幅が大きいデバイスです。振動は、本質的に音響的、機械的、または電磁気的のいずれかです。このアプリケーション ノートでは、振動は本質的に電磁気的であると仮定します。これらのタイプの共振器は、キャビティ共振器と呼ばれます。それは通常、電磁場を内部に閉じ込める中空の金属構造です。 EM 波は空洞の壁の間で前後に跳ね返り、空洞の共振周波数で強化されて定在波を形成します。これらは、マイクロ波信号を生成する発振器や送信機で広く使用され、レーダー装置やマイクロ波中継局などのフィルターとしても使用されます。RF 空洞は、加速電圧を印加することで通過する荷電粒子を操作することもできるため、粒子加速器やマグネトロンで使用されます。図 1 に示すスポーク共振器は、粒子加速に使用される特殊なタイプの空洞共振器です。

SolidWorks モデル

図 1 は、SolidWorks を使用して作成されたスポーク共振器を示しています。

図 1 - SolidWorks で設計されたスポーク共振器

この共振器は、325 MHz の第 1 共振周波数を持つように設計されています。 EM シミュレーションの目的は 2 つあります。

1. 最初の共振周波数を計算するには
2. 品質係数 (Qo 係数) を計算するには

シミュレーションは、SolidWorks 用の完全な 3D CAD 組み込み高周波シミュレーション パッケージであるHFWorksを使用して実行されます。

共振周波数計算

共振周波数の計算に使用されるシミュレーション スタディは、共振スタディと呼ばれます (図 2)。HFWorks は、任意の構造に対して複数の共振周波数を計算できます。スポーク共振器の場合、最初のモード (または最初の共振周波数) を計算し、それをテスト結果と比較します。 HFWorks は、最初の共振周波数 (図 3) を 323.02 MHz と計算します。これは、324.73 MHz のテスト結果と非常によく一致しています。

図 2 - HFWorks でレゾナンス スタディを作成する

表 1 -第 1 共振周波数の比較

Q値 (Qo) の計算

共振周波数に加えて、HFWorks は共振周波数ごとに共振器のQ値 (Qo) と蓄積エネルギーを計算します。図 4 は、最初の共振周波数に対して HFWorks によって生成されたテーブルを示しています。

図 3 -第 1 共振周波数と Qo を示す表

3D フィールド

図 5 は、共振器内の電場の分布を断面図として示しています。図 6 は、共振器内の磁場強度を断面図として示しています。 3D フィールドの結果は、エンジニアが共振器の動作を定性的に分析するのに役立ちます。

図 4 -電場のセクション プロット




図 5 -磁場強度のセクション プロット

結論

参考文献