S波段相对论速调管放大器的相位测量

 基于高频信号相位测量原理,提出了S波段相对论速调管放大器相位测量的方法。对S波段800 kW速调管放大器进行了验证实验,并测试了S波段相对论速调管放大器的相位。实验结果表明：速调管输入和输出微波相位差随束压升高而减小,随束流升高而增大,微波相位差不随注入微波功率大小和磁场变化而变化。     

HLS-Ⅱ直线加速器能量调节及应用

为了高效地对直线加速器输出束流能量进行调节,设计了合肥光源（HLS-II）直线加速器束流能量调节方案。该方案在调试阶段通过能谱分析系统观察束团状态并测量束流能量,储存环注入阶段使用3个束流位置探测器（BPM）对束流能量进行在线测量;使用自动相位扫描程序对速调管输出相位进行扫描,获得各加速段的能量增益公式;定量调节速调管的输出相位和高压,实现直线加速器输出束流能量的快速调节。在线应用结果表明,该方案能快速实现束流能量调节,调节后的束流具有良好品质,束流横向能散小于0.22%,注入速率明显改善。     

提高微波功率源性能的一种新型控制系统

本控制系统用于抑制大功率速调管输出微波功率宏脉冲平顶波纹,改善电子直线加速器输出束流的品质.控制方法采用微分线性逼近和矩阵算法对系统的输入和输出进行分析,求出代表系统响应的传输矩阵,从而将复杂的激励一响应计算转化为简单的代数运算.实验结果显示出宏脉冲平项波纹得到了有效抑制,说明采用自适应前馈控制来获得平坦的宏脉冲平顶是切实可行的.     

基于欠采样技术的束流相位测量电子学系统设计北大核心CSCD

采用欠采样技术为中国散裂中子源(CSNS)直线加速器研制了全数字化束流相位测量电子学系统。介绍了该系统的测量原理、整体设计情况,并进行了实验测试。测试采用324 MHz,100 mVpp的正弦信号,测试结果显示相位分辨率优于0.1°,通道间相位不一致性可控制在±0.2°以内,满足设计指标要求。     

BEPCⅡ直线加速器重大改造和束流调试进展

BEPCⅡ直线加速器的重大改造旨在获得高流强、小发射度和小能散的正负电子束, 以满足对撞机亮度提高两个两级的要求. 这对直线加速器各系统和束流物理是一个挑战. 文章介绍了直接决定束流性能的新电子源、新正电子源、新微波功率源、相位控制系统和束流测量系统等的改造情况; 叙述了束流物理研究; 介绍了束流调试进展情况和进一步改进计划.     

相对论强流长脉冲速调管放大器

 为了研制高功率长脉冲速调管放大器,对其输入腔进行了3维粒子模拟研究。建立了S波段速调管放大器输入腔开放腔的3维模型,计算了开放腔的谐振频率和有载Q值。将束压束流从原来的600 kV,5.4 kA提高到837 kV,12.48 kA,实现了长脉冲100 ns的稳定运行,调制束流与实验结果一致。在结构不变的情况下,将束压束流提高到900 kV,16 kA时出现了模式竞争,只能稳定运行到50 ns。为了克服模式竞争,将耦合孔改为对称的双耦合孔后,输入腔系统可以稳定运行到100 ns。     

常规速调管空间功率合成微波源

基于常规速调管,研制了用于开展空间功率合成实验的微波源系统。介绍了50 MW超大功率速调管发射机的系统组成、大功率速调管、相位控制及高功率测试系统等。重点阐述了超大功率速调管发射机的关键技术,并针对超大功率发射机的设计难点提出了具体的解决方案。为提高超大功率发射机的可靠性,设计了基于绝缘栅双极晶体管（IGBT）的感应叠加型全固态调制器。给出了超大功率发射机的测试结果,并探讨了超大功率速调管发射机的改进方法。最后对基于常规速调管,研制用于空间功率合成微波源系统的发展进行了展望。     

相对论速调管放大器的相位特性研究

理论分析了影响相对论速调管放大器(RKA)输出微波相位的相关因素,同时采用粒子模拟程序分析了RKA输出微波相位随电压、束流、电子束尺寸、电子束前沿和延迟时间等电子束参数以及腔体和漂移管长度等几何参数的变化,另外还开展了RKA相位特性的初步实验研究. 研究结果表明,电压、束流和电子束尺寸的改变,会造成RKA相移的改变,引导磁场、电子束前沿和延迟时间以及注入微波功率在适当范围内改变不会造成明显的RKA相移改变. RKA的相位灵敏度为2.6°,相位抖动小于20°. 关键词： 相对论速调管放大器 相位特性 功率合成 高功率微波     

S波段束流相位探测腔与偏心式波导耦合预聚束器的设计

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2392,3dB带宽为2.05MHz,腔体谐振频率的可调范围为2 805.45~2 809.45MHz。所有器件的仿真设计与测试结果基本一致。     

BEPCII直线加速器相控系统设计研究

为了补偿由于各种因素引起的微波相位漂移,BEPCII直线加速器需要建立微波相位反馈控制系统.能量最大法将用来确定每台功率源的最佳相位.沿直线加速器速调管长廊铺设相位稳定同轴线提供相位参考.现在已经完成了关键部件,如PAD单元、IfA 单元的开发.搭建了相控最小系统对系统进行了验证.     

长脉冲相对论速调管中束流脉冲缩短的研究

介绍L波段长脉冲相对论速调管放大器研究中，长脉冲强流相对论电子束(IREB)经过输入腔和中间腔间隙后的脉冲缩短问题.分析了造成束流脉冲缩短的主要机理之一是高频系统的角向非均匀模式与电子束相互作用而使得束流扩散形成的，并经过实验参数的调节，减轻了长脉冲IREB的脉冲缩短问题，得到了较强的基波调制电流.从长脉冲加速器引出500 kV，3.5 kA，1.3 μs的电子束，经过输入腔和两个群聚腔的调制后，得到了2.0 kA的基波调制电流，束流脉冲宽度由0.3 μs增加到1 μs，束流脉冲缩短问题得到明显减轻. 关键词： 相对论速调管放大器 脉冲缩短 高功率微波 长脉冲强流相对论电子束     

BEPCⅡ直线加速器相控系统PAD的研制

相位和幅度测量是BEPCⅡ直线加速器相控系统中最重要的部分之一. 基于模拟和 数字I/Q解调器, 构建了两种PAD, 并分别在实验室和速调管长廊进行了测试. 基于LMS方法的校准算法用于补偿模拟I/Q解调器的各种不匹配误差. 实验 证明, 两种PAD都能正常稳定地运行, 可以满足相控系统对相位和幅度测量的要求.     

数字BPM时钟锁相电路的设计与实现

为实现数字BPM时钟系统的锁相,设计了一种基于锁相环同步原理的低抖动、低相位噪声的时钟同步系统。根据锁相环电路工作原理,对数字BPM时钟同步系统的硬件及固件程序进行了设计,实现了外部输入时钟信号与系统内部产生的主工作时钟信号的锁相,并且时钟信号输出的频率及相位均可调整以满足后端ADC采样的要求。测试结果表明,设计可以完成对一定频率范围内变化的外部输入时钟信号的锁相,输出时钟信号抖动满足束流实验要求,为数字BPM后续算法研究提供了基础。     

BEPCⅡ逐束团测量系统的研制及应用研究

基于北京正负电子对撞机二期工程储存环,研制了一套逐束团束流测量系统。系统包括模拟前端、数据采集处理控制和显示软件三个部分。储存环束流位置探头的四路信号作为逐束团测量系统的输入,该系统宽带模拟前端完成信号幅度相位的调理,并保证束团间无干扰;四路500 MHz模数转换器对信号采样实现逐束团测量;基于现场可编程门阵列的数字信号处理逻辑计算得到每个束团的位置。系统在线实时束流位置测量分辨率优于4.5μm,同时该测量系统可实现实时逐束团振荡幅度和工作点的测量。系统还拥有存储大容量逐束团原始数据的功能,为日常的机器研究提供了有力的测量手段。     

常温直线加速器RF系统的建模

为了研究针对RF系统的新的控制方法,用Matlab软件为常温直线加速器的RF系统建立了一个数学模型。模型包括了速调管、SLED和行波加速管等一些典型的微波器件。RF系统模型被用于研究系统在不同输入信号下的输出情况,并用于确定SLED的相位翻转时间和RF系统的工作点。一种新的控制算法,自适应前馈控制算法,也在RF系统模型上得到了验证,并取得了良好的结果。这些都证明所建立的RF系统模型是有效的。     

230 MeV超导回旋加速器磁场调节棒驱动系统研制

在230 MeV超导回旋加速器中,磁场调节棒及其驱动系统是束流调试的重要辅助装置。为满足束流对中和束流引出所需的磁场,设计并研制了16套磁场调节棒及其驱动装置。机械执行机构采用美国Thomson公司的精密直线执行器,其重复定位精度为±0.01 mm,位置传感器采用德国Novotechnik公司的直线位移电子尺,其重复精度为0.002 mm。此外,运动控制采用PLC加直线位移传感器负反馈闭环的方案。在实际工况下,系统定位精度达到0.05 mm,重复精度达到±0.02 mm,优于设计要求。此外,对该系统进行了静电放电测试、电快速瞬变脉冲群测试和浪涌抗扰度测试,结果满足医用电气设备电磁兼容标准YY 0505-2012/IEC 6060 1-1-2:2004的要求。该驱动系统的研制,克服了在强电离辐射、高磁场强度、狭小安装空间的特殊环境中达到高定位精度和高重复精度的难点,对优化束流的径向进动、减小加速区域的相干振荡振幅、提高引出区的束流引出效率等具有重要意义。     

高灵敏度等时性回旋加速器束流相位测量系统

介绍了兰州重离子加速器（HIRFL）束流相位测量装置。该装置的研制基于双平衡混频原理，利用了高频信号混频滤波技术，具有较高的测量灵敏度。通过安装在加速器中的容性感应探针探测等时性回旋加速器束流相位历程，对于调束中获取等时场信息并对磁场进行优化,从而提高引出束流强度和束流品质是非常重要的。该装置通过等时场相位优化实验，检验了相位测量数据的可靠性，测量精度达到±0.5°。     

非PLL相位平均型参考线原型验证

射频相位参考线是粒子加速器的重要组成部分之一,为射频低电平控制系统(LLRF)、束流诊断系统、定时系统等提供稳定的相位锁定参考信号。为减少远距离传输过程中由环境温度变化导致的射频传输线中的射频相位漂移,多个加速器装置中已经采用射频相位参考线提供射频相位参考,这些相位参考的实现方案主要是基于恒温控制和基于光纤锁相。与这些方案相比,采用相位平均方法不仅可以保持长距离节点之间的相位稳定,而且更易于现场安装与维护。现有的带有锁相环(PLL)的终端短路方式实现相位平均参考线的方案仍有一些节点数量限制等方面的不足,本文对相位平均参考线结构进行了去除PLL的简化设计并进行了验证,以期增加更多的相位分配节点以及降低对射频器件参数的要求。对非PLL的单端输入终端短路相位平均方案与两端输入各节点间互为参考的相位平均方案分别进行了实验测试,结果表明两者的相位RMS精度可以达到0.1°~0.3°。并对不同的相位平均实现方案中相位不稳定的产生原因进行了分析,结果表明,除环境温度外,同轴线缆材质、合成相位与幅度的不平衡合成等也是重要影响因素。     

分离扇回旋加速器的等时场在线优化

针对兰州重离子加速器冷却储存环（HIRFL-CSR）的分离扇回旋加速器（SSC）的等时场优化问题,依托HIRFL-CSR的主数据库系统Oracle,设计了系统控制界面,该界面不仅能够读取和给定电源电流值,而且能够实时更新束流相位信息。根据束流相位的实时数据,利用Kb-Kr方法以及Lagrange插值算法建立的等时场,实现了对SSC束流等时场的在线优化。优化后的等时场可以有效控制束流相位的漂移,提高束流品质。     

多重电子超越现象对高功率注入大间隙速调管中束流群聚特性的影响

当注入功率较高时, 大间隙速调管输入腔的基频电流分布中, 除常规意义上的最佳群聚电流峰值(第一峰值电流)外, 出现了与第一峰值电流幅值相当的第二峰值电流. 结合群聚理论和粒子模拟结果, 研究和讨论了第二峰值电流产生的机理. 研究结果表明, 第二峰值电流的出现由高电压调制系数下出现的多重电子超越效应造成. 当二极管电压600 kV, 束流5 kA, 工作频率3.6 GHz 时, 利用多重超越效应可在保持最佳群聚距离基本不变的前提下, 把大间隙速调管的束流群聚深度由80%提高到92%, 群聚束流的基频功率也从2.2 GW提高到2.8 GW, 增幅约27%. 关键词： 大间隙速调管放大器 高功率注入 多重电子超越 束流群聚