针对北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCII)直线加速器的实际情况和具体需求，为了提高峰值功率计测量精度、进一步降低反射保护报警响应时间并提供实时波形检测手段，对基于集成电路的射频检波芯片进行了调研，研制了一种基于对数检波器、现场可编程门阵列(FPGA)、高速模数转换器(ADC)的新型峰值功率计。通过对不同工作频率下的多点校准，建立分段传递函数，实现功率计校准工作。对功率计样机进行了系统测试，实现了实验室功率测量误差±0.2 dB，BEPCII在线测试的反射保护响应时间2 μs的成绩，功率计已稳定上线运行一段时间。此外，新型峰值功率计具有宽线性动态范围、反射保护报警、内置双通道检波器、用户和工程师双界面、实时波形显示、波形任一点功率测量等特点。

为了使速调管陶瓷窗免受大功率微波反射信号的损伤, 延长速调管使用寿命, 要求当前反射信号功率超过阈值后, 系统能够在下一个脉冲到达之前发出报警信号, 进而切断触发信号, 实现对速调管的保护。提出了3种较高性价比、易实施的方案, 即PicoScope虚拟示波器的遮罩报警方案、基于自带检波和报警输出功能的芯片制作反射保护插件以及原功率计的升级改进。创新性地提出“3+1”反射保护响应时间测试法, 并对上述3种方案进行详细测试。最终后两种方案取得较好的结果, 综合考虑后, 将改进型功率计作为最终实施方案。目前该改进型功率计已稳定可靠地上线运行超过1年。

设计了工作于S波段的波导耦合型预聚束器和束流相位探测腔.为了增加功率容量,预聚束器采用波导耦合机制代替了传统的同轴耦合环耦合,而偏心圆结构的设计能够补偿因耦合窗口的引入导致的径向电场不对称,进一步改善了强流束流品质.预聚束器设计指标与测试结果:耦合系数1.73,空载品质因数2195,腔体谐振频率的可调范围为2 854.55~2 856.9 MHz.为实现测量束流相对射频脉冲的时间,进行强流输入功率补偿,选择了能够在线进行束流相位实时测量的束流相位探测腔,采用旋转对称结构,并通过两个同轴耦合环提取束流通过时激发的感应信号,作为直线相控系统的参考信号.束流相位探测腔设计与测试结果:空载品质因数2392,3 dB带宽为2.05 MHz,腔体谐振频率的可调范围为2 805.45~2 809.45 MHz.所有器件的仿真设计与测试结果基本一致.

微波组近年来研制了一系列S波段干负载.使用CST对S波段系列干负载进行仿真优化设计,仿真结果在中心频率2856 MHz处电压驻波比均小于1.04,满足电压驻波比小于1.1的频带宽度都大于100 MHz.以上所有干负载的实际加工产品低功率测试电压驻波比均小于1.05,其中14介质柱高功率干负载已由韩国完成了高功率测试,测试时在重复频率60 Hz,脉冲宽度1 μs,速调管输出50.7 MW的情况下,干负载电压驻波比为1.09且工作状态稳定.其他各型干负载也都已安装于国内外加速器上,经过了长时间的稳定运行,性能可靠.

随着波导式耦合行波加速管设计梯度的日益提高,为了防止加速管输入耦合器电场的横向动量在束流通过加速器耦合器时引起束流品质的下降,侧壁开有两个对称耦合孔的对称双馈圆柱腔获得了广泛的应用。研制的S波段J型波导馈电加速管即为双馈圆柱腔中的一种,研制样管在老练平台上老练时的最高加速梯度达到30 MV/m。然而因为四极场的存在,开有两个耦合孔的圆柱耦合腔内,仍然会引起轴向电场的幅度和相位在横向的梯度,从而使束流发射度变差。在理论上对J型波导馈电的跑道式耦合腔进行了研究,通过与圆柱腔进行比对模拟计算,证明跑道式耦合器可以很好地改善轴向电场在横向平面内非近轴区域沿圆周的场强一致性,从而减小四极场的影响。重要的是,J型波导馈电跑道式耦合腔的机械加工、测试比圆柱腔更加容易实现,是未来双馈加速器发展的一个理想方向。

C波段（5712 MHz）能量倍增器——SLED是我国研制的首台C波段能量倍增器。简述了利用三维电磁场仿真软件HFSS和CST对C波段能量倍增器的高品质因数储能腔、耦合孔、3 dB桥等进行优化设计的情况，对加工的能量倍增器做了射频低功率测试，实验测试和理论计算的一致性很好，测试结果表明所有技术参数指标均达到了设计要求。