合肥光源逐束团测量和横向束流反馈系统设计

 介绍了在合肥光源开展逐束团测量（横向和纵向）和横向束流反馈系统研究和研制的重要性,同时还介绍了设计思想。合肥光源高频频率为204 MHz，因此，系统至少需要100 MHz的带宽。还较详细地介绍了宽带部件和系统参数的选择原则。该系统不仅可用于研究由于高频腔中的高阶模和真空室的阻抗壁效应所引起的耦合束团不稳定性，而且还能抑制耦合束团不稳定性振荡、快速束流离子不稳定性和注入大幅度振荡等，从而将提高机器的运行性能。     

合肥光源逐束团横向反馈系统

 介绍了在合肥光源研制的一套横向(x, y方向)高频、宽带逐束团测量和反馈系统,以及抑制耦合束团不稳定性的初步实验。其中重点介绍了在该系统研制过程中所涉及的部分关键技术：矢量运算模块的开发使得反馈系统的调试简易方便;Notch滤波器用于滤除反馈信号中的直流分量以及回旋频率分量,节省反馈功率;激励条带的研制。初步的反馈实验结果表明：反馈系统开启后不稳定性振荡得到抑制。     

合肥光源基于同步光的测量与研究

介绍了合肥光源同步光测量系统, 包括条纹相机系统、快速光电测量束团长度系统、束团横向截面测量系统和光位置测量系统. 利用条纹相机系统和快速光电测量束团长度系统进行了束团长度测量和束团伸长效应的研究. 利用束流截面测量系统进行了六极铁对横向不稳定性抑制效果和横向反馈系统反馈效果的测量研究. 光位置测量系统采用丝型光位置检测器和自行研制了对数处理器, 用于测量光源点的束流位置和角度.     

基于Hilbert变换的相空间重建方法在HLS逐束团测量系统中的应用

引入基于Hilbert变换的相空间重建手段, 对合肥光源(HLS)逐束团测量系统采集的数据进行了全面的分析, 其中包括单个束流位置监测器(BPM)数据的相空间重建, 逐圈逐束团振荡相位信息、束团振荡模式信息、逐束团横向工作点(tune值)变换. 提出了新的分析束团tune值的手段, 提供传统方法无可比拟的更高的时间和频率分辨率. 还对不同模式的阻尼率进行了计算, 这为衡量逐束团反馈系统的效果提供了确实可靠的方法.     

合肥电子储存环束流不稳定性的抑制

 合肥光源二期工程改造的电子储存环调试过程中,发现多束团存储和运行时存在耦合束团不稳定性,严重地限制了注入的最高流强,并且影响了光源运行的质量。通过过正地增大正色品以及在储存环上插入八极磁铁,基本上抑制了横向的耦合束团不稳定性,保证了稳定注入束流300 mA的技术指标。     

合肥光源基于同步光的测量与研究

介绍了合肥光源同步光测量系统,包括条纹相机系统、快速光电测量束团长度系统、束团横向截面测量系统和光位置测量系统.利用条纹相机系统和快速光电测量柬团长度系统进行了束团长度测量和束团伸长效应的研究.利用束流截面测量系统进行了六极铁对横向不稳定性抑制效果和横向反馈系统反馈效果的测量研究.光位置测量系统采用丝型光位置检测器和自行研制了对数处理?用于测量光源点的束流位置和角度.     

HLS逐束团跟踪监测系统

介绍了合肥光源(HLS)逐束团跟踪监测系统, 并且展示了相关的实验、数据分析 结果. 通过同相的门电路信号和RF的分频信号控制ADC的外触发, 对该测量系统的可靠性、稳定性进行了验证. 并且利用该系统, 跟踪记录了完整的注入, 慢加速, 降频, 校正轨道, 扭摆磁铁充电, 加斜四极铁以及正常供光运行的全过程. 最后展示了该过程的横向工作点(tune值)漂移, 多束团耦合不稳定性的研究结果.     

用横向反馈系统对上海光源多束团不稳定性的诊断

在上海光源二期升级改造过程中，为了解和追踪由阻抗引起的多束团不稳定性变化以及升级后的横向反馈系统对这种不稳定性的抑制效果，在机器研究中利用新反馈处理器的诊断工具记录了束流不同状态下的横向运动过程，分析得到了最主要的横向多束团不稳定模式在束流稳态、注入瞬态以及增长-衰减过程中的变化情况，评估了横向反馈的作用效果，计算出该模式增长率/阻尼率以及增长率与束流的依赖关系。     

合肥光源逐束团相位测量及纵向不稳定性诊断

为了研究储存环束流多束团纵向运动特性,在合肥光源（HLS-II）上研制了一套逐束团相位测量系统。该系统利用示波器直接采集BPM和信号,采用过零点检测法、时间差分（Temporal Difference, TD）法相结合的方法从BPM和信号中提取出逐束团相位。介绍了逐束团相位测量系统的系统构架、相位提取方法以及在HLS-II上的一些实验结果。通过对该系统记录的5 ms时间长度的逐束团多圈相位数据的离线分析,得到多束团纵向运动的同步振荡的频率、纵向工作点、束团振荡的模式信息以及振荡模式增长率等特征信息,诊断出HLS-II在top-off恒流运行期间存在2个较强的纵向耦合束团不稳定模式,并提取出了2个振荡模式的增长率。该系统的逐束团相位测量结果及相关纵向不稳定性分析可为机器研究、纵向反馈系统调试评估及高频RF系统的性能评估等提供参考。     

合肥光源逐束团测量系统研制

 逐束团测量装置属于宽带和实时测量，足以分辨重复频率为204 MHz的相邻束团的信号，设计功能包括横向水平和垂直Beta振荡，纵向同步相位振荡，束团填充等信息的实时检测。对信号频谱分析，系统参数设计，前端射频检测，锁相环信号合成，高速数据采集以及基于PXI的整个系统作了详细介绍，分析了若干调试和实验结果，并讨论了合肥光源储存环目前存在的不稳定性及该测试手段在诊断中的应用。     

Stability of an ion beam in synchrotrons with digital filters in the feedback loop of a transverse damper

The stability of an ion beam in synchrotrons with digital filters in the feedback loop of a transverse damper is treated. A transverse feedback system (TFS) is required in synchrotrons to stabilize the high intensity ion beams against transverse instabilities and to damp the beam injection errors. The TFS damper kicker (DK) corrects the transverse momentum of a bunch in proportion to its displacement from the closed orbit at the location of the beam position monitor (BPM). The digital signal processing unit in the feedback loop between BPM and DK ensures a condition to achieve optimal damping. Damping rates of the feedback systems with digital filters are analysed in comparison with those in an ideal feedback system.     

逐圈测量系统在合肥光源数字反馈调试中的应用

 使用逐圈测量系统作为观测手段,通过对逐圈测量系统采集所得数据进行分析,判断了数字反馈系统调试过程中的反馈效果。在改变六极铁电流以逐步改变储存环的色品值的过程中,通过逐圈测量系统观察了束流不稳定性,计算得到振荡增长时间和阻尼时间分别为0.258 ms和1.172 ms。并测量和计算了工作点、相空间等束流特性参数,分析了束流靠近和穿越5/9共振线的完整过程。     

BEPCⅡ横向束流反馈系统样机在BEPC上的实验

为了抑制BEPCⅡ产生的耦合束团不稳定性, 提高储存环中的流强, 研制了一套逐束团横向束流反馈系统的样机并在BEPC上做了实验, 得到了理想的结果. 当束团不稳定时, 频谱仪上可以观察到横向边带, 此时将反馈系统闭环工作于阻尼状态时, 横向边带立即消失. 本文介绍了样机系统的组成、各部分的功能和实验结果.     

The Experiments of Transverse Feedback System on the BEPC

In order to cure the transverse coupled-bunch instabilities of BEPCⅡ and improve the beam current of the rings, a prototype of transverse bunch-by-bunch feedback system was studied and made. The experiment of this prototype on the BEPC storage ring shows that this system can work well. The beam instabilities can be successfully suppressed when the feedback loop is closed. This paper describes the prototype of the transverse feedback system and the preliminary test results.     

BEPCII横向束流反馈系统的梳状滤波器

 BEPCII是一个多束团、大流强的装置, 由于高频腔的高次模和电阻壁阻抗等因素，不可避免地会出现束流不稳定性。BEPCII中采用束流反馈系统来抑制束流不稳定性。横向束流反馈系统主要包括前端电子学、信号处理电子学、反馈器件和放大器等几个部分。梳状滤波器是信号处理电子学的重要部件，利用两根长短不同的电缆以及一个功分器和合成器构成了一种简单有效的梳状滤波器，其梳状深度达到-41 dB，使用这种梳状滤波器的横向反馈系统成功地抑制了束流中出现的不稳定性。     

Digital bunch-by-bunch transverse feedback system at SSRF

In order to suppress multi-bunch couple instabilities caused by transverse impedance, a bunch-by-bunch transverse feedback system based on a FPGA digital processor is commissioned at SSRF storage ring. The RF front end has two COD pre-rejected attenuators for increasing the system arrangement and signal noise ratio, and the 3*RF Local signal comes from the BPM’s sum signal using a FIR filter for avoiding the effect of longitudinal oscillation. The digital processor receives the coupled horizontal and vertical oscillation signals in the base band and transforms the coupled signals to the horizontal and vertical feedback signals with two series double-zeroes FIR filters. A matlab GUI is applied for producing the FIR coefficients when the tune is shifted. The horizontal and vertical Kickers have a special design for increasing the shunt impedance. Then the multi-bunch instabilities are suppressed respectively and the minimum damping time is about 0.4 ms.

     

Beam stability in synchrotrons with digital transverse feedback systems in dependence on beam tunes

The beam stability problem in synchrotrons with a digital transverse feedback system (TFS) is studied. The TFS damper kicker (DK) corrects the transverse momentum of a bunch in proportion to its displacement from the closed orbit measured at the location of the beam position monitor (BPM). It is shown that the area and configuration of the beam stability separatrix depend on the beam tune, the feedback gain, the phase balance between the phase advance from BPM to DK and the phase response of the feedback chain at the betatron frequency.     

Transient beam response in synchrotrons with a digital transverse feedback system

The transient beam response to an external impulse force in synchrotrons with a digital transverse feedback system is studied. The experimental data on damping coherent transverse oscillations of bunch excited by a discrete-time unit impulse in the Large Hadron Collider (LHC) are analyzed. Good agreement between the measured and theoretically predicted decrements has been obtained. A method of feedback fine tuning based on measurements of the bunch response to a harmonic excitation impulse is discussed.