[发明专利]用于脉冲供电的微波发生器的灵活阻抗匹配

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有微波发生器和与该微波发生器经由传输元件连接的脉冲发生器的设备装置。此外，本发明涉及一种用于运行这种设备装置的方法。

背景技术

为了产生在微波范围内的电磁场、特别是具有在大约0.3至300GHz范围内的频率的电磁场，典型地采用以所谓的渡越时间管形式的微波发生器，诸如磁控管或速调管。利用这种渡越时间管可以在脉冲运行中，即向渡越时间管施加脉冲供电电流的情况下，实现在兆瓦范围内的功率。为了加速电子束，尤其在电子线性加速器中需要这样的场，如其在医学技术中被采用的那样。

在这种设备装置中尤其是将电流脉冲从脉冲发生器有效传输到微波发生器的成本很高。

这一点尤其在于，如果供电电压超过了（随后称为击穿电压的）阈值，则渡越时间管、例如磁控管的电性能典型地突然改变。就此，可以通过等效电路图良好近似地描述磁控管的电路技术特性，其中在其后连接欧姆电阻的开关与衰减的串连振荡电路并联连接。在供电电压低于击穿电压的情况下磁控管运行相应于开关打开的等效电路图状态。在该运行状态（下面称为准备模式）下磁控管在供电电路中基本上作为串联振荡电路起作用。

超过击穿电压相应于在等效电路图中闭合开关。在该第二运行状态（下面称为工作模式）下磁控管在供电电路中基本上作为电阻作起用，其阻抗相对于串联振荡电路的阻抗是低欧姆的。

在磁控管脉冲运行时，利用每个电流脉冲或每个电压脉冲暂时超过击穿电压，这在等效电路图中等于暂时闭合开关。在此每次超过和低于击穿电压导致负载突然改变，该负载代表在供电电路中的磁控管。负载或阻抗的突然变化在没有特别防范的情况下导致在向磁控管馈电的供电电流的时间变化中的不期望的波动。

为了尽可能抑制该电流波动，通常进行供电电路的阻抗匹配。通常通过与磁控管并联地连接动态负载、特别是电容器来进行阻抗匹配。

在该方案中除了别的之外如下情况是不利的：为阻抗匹配而在供电电路中连接的部件必须单独地与供电电路的其余组件、特别是脉冲发生器和磁控管调谐，这基本上难以灵活地构造结构。相应地，通常在没有重新进行阻抗匹配的情况下不能更换这些组件中的一个，也就是例如给出的（单独）磁控管或给出的（单独）脉冲发生器。此外，通常即使不影响阻抗匹配也不能移置彼此调谐的组件，特别是当由此缩短或延长传输线路（即传输元件的长度）时。

作为用于阻抗匹配的额外电路组件的附加或替换，通常与磁控管并联连接RC网络（衰减网络），该RC网络使电压上升受到在制造商一方为各自的磁控管规定的值的限制。一方面，通过衰减网络避免了过快的电压上升，响应于该过快的电压上升磁控管会在振荡开始时受到管冲击并且失效。另一方面，通过正确地调谐衰减网络也避免了过慢的电压上升，该过慢的电压上升同样不会导致振荡开始，并且该过慢的上升会导致增加在管中的损失。但是，为衰减网络所需的部件产生附加开销并且基于此在运行磁控管时具有一定的故障风险。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于电匹配具有微波发生器和与该微波发生器经由传输元件连接的脉冲发生器的设备装置的灵活方案。

为了运行设备装置采用按照本发明的方法，该设备装置包括脉冲发生器、微波发生器和传输元件。脉冲发生器在此用于产生用于微波发生器的电流脉冲或电压脉冲，并且与微波发生器为了传输电流脉冲或电压脉冲经由传输元件连接。在通过脉冲发生器、微波发生器和传输元件形成的供电电路中，传输元件形成动态阻抗（即，在脉冲随时间变化期间实现阻抗变化）。

优选采用开头提到的类型的渡越时间管、特别是采用磁控管或速调管作为微波发生器，其电路技术特性（如开头所描述的那样）通过准备模式和工作模式来表征并且在超过击穿电压时突然改变。

在设备装置运行时，通过随时间改变的电压变化和随时间改变的电流强度变化这样设置每个电压脉冲或电流脉冲，使得在达到击穿电压时传输元件的阻抗与在工作模式下的微波发生器的阻抗相匹配（也就是精确地或至少近似地相称）。在此优选地，所设置的电压或电流强度变化在设备装置正常运行时对于所有电压脉冲或电流脉冲是相同的。