核裂变能源是解决中国未来能源供应、保障经济社会可持续发展的战略选择。加速器驱动次临界系统是安全处理核废料的有效手段，其对加速器系统的可靠性和稳定性提出了严苛的要求。耦合器作为加速器射频超导系统的核心部件，提高其运行的可靠性和稳定性是ADS嬗变系统的内在要求。
　　根据国内外超导腔耦合器的运行状况，影响超导腔耦合器的可靠性和稳定性有以下几个主要原因。一是超导腔耦合器由于超导腔失谐量、外部品质因素的误差、运行腔压的不同以及束流流强与设计值的差别经常运行在全反射或大部分反射状态;二是陶瓷窗附近的电子活动对耦合器陶瓷窗的破坏，包括超导腔场致发射电子在陶瓷窗上的电荷累积导致的沿面闪络以及耦合器自身的二次电子倍增效应;三是低温吸附，低温吸附会导致材料表面二次电子发射系数增大，影响耦合器长时间在线运行的性能和稳定性。
　　ADS先导专项注入器Ⅱ耦合器在运行过程中由于超导腔内场致发射电子的影响，出现了陶瓷窗真空漏气的问题，严重影响了加速器的可靠性和稳定性。为了提高射频超导系统的可靠性，研制了双热窗耦合器。第三章首先通过电磁设计，使得双热窗耦合器达到高效传输功率的需求，并更改了天线头屏蔽了超导腔内场致发射的电子，然后分析了双热窗耦合器的二次电子倍增特性确认了加载偏压的必要性，根据电磁模型进行了加工设计，最终在离线锻炼测试平台对双热窗耦合器进行了高功率测试，达到了行驻波功率超过12kW的设计目标。
　　直流偏置电压是抑制二次电子倍增的有效手段，但对于输入端为同轴馈管的耦合器的偏压方案还不够成熟。第四章首先提出了一种简单的偏压结构，既能达到加载偏压的目的，又能避免对功率源输出电路的影响，随后通过电磁场等效原理及CST仿真研究了偏压绝缘电容射频漏场效应，最后根据内导体有间隙的同轴传输线传输特性，提出了一种新型的串联电阻滤波电路，经过离线和在线实验研究，提高了偏压的可靠性，增加了射频超导系统的稳定性。
　　通过双热窗耦合器的在线锻炼和运行，研究了低温吸附带来的二次电子倍增效应和耦合器对超导腔的污染，利用高功率脉冲锻炼改善了超导腔的场致发射。