合肥光源40kW高频固态发射机的研制进展

介绍了用于合肥光源800 MeV电子储存环高频系统的204 MHz,40 kW固态发射机的研制进展。该发射机为双塔结构,由130个330 W功放模块进行三级合成。其关键部件的样件包括10路功放和2.5kW八合一,20 kW八合一以及40 kW二合一功率合成器各1件的制作和测试已完成。测得各合成器输出端驻波比不超过1.05,功放模块的增益达到26 dB,幅相偏差小于0.1 dB和5°,达到设计要求。     

上海光源储存环高频功率源

上海光源(SSRF)是一台能量为3.5GeV的中能第三代光源.储存环的设计束流是300mA,总的束流功率约625kW,借鉴国际先进经验,从THALES等公司引进500MHz 300kW(cw)高频发射机(包括速调管和相应的PSM型电源)及350kW(Cw)环流器等作为三套高频功率源的主体,一一供给三套超导高频腔,加速电子以补偿其同步辐射以及其他功率损耗.近一年来我们完成了储存环高频厅和其水冷、风冷、配电系统的建设,台速调管的制造厂验收测试,三套发射机的就位安装和调试,第一套发射机的现场验收测试,第一台环流器的安装和高功率验收测试,第一套高频功率源的高功率传输系统在不同反射相位下的满功率老炼.第二、三套发射机的现场验收测试正在进行中,预计10月份全·部完成.迄今为止所有的验收项目均达到技术指标.本文简要地叙述了SSRF高频功率源的选型、技术指标、设计方案、总体布局,重点介绍了现场验收测试的结果.     

上海光源储存环高频功率源

上海光源(SSRF)是一台能量为3.5GeV的中能第三代光源. 储存环的设计束流是300mA, 总的束流功率约625kW, 借鉴国际先进经验, 从THALES等公司引进500MHz 300kW (CW)高频发射机(包括速调管和相应的PSM型电源)及350kW (CW)环流器等作为三套高频功率源的主体, 一一供给三套超导高频腔, 加速电子以补偿其同步辐射以及其他功率损耗. 近一年来我们完成了储存环高频厅和其水冷、风冷、配电系统的建设, 4台速调管的制造厂验收测试, 三套发射机的就位安装和调试, 第一套发射机的现场验收测试, 第一台环流器的安装和高功率验收测试, 第一套高频功率源的高功率传输系统在不同反射相位下的满功率老炼. 第二、三套发射机的现场验收测试正在进行中, 预计10月份全部完成. 迄今为止所有的验收项目均达到技术指标. 本文简要地叙述了SSRF高频功率源的选型、技术指标、设计方案、总体布局, 重点介绍了现场验收测试的结果.     

Development of a 500 MHz high power RF test stand

A flexible high power RF test stand has been designed and constructed at IHEP to test a variety of 500 MHz superconducting RF components for the upgrade project of the Beijing Electron Positron Collider (BEPCⅡ), such as the input coupler, the higher order modes (HOMs) absorber and so on. A high power input coupler has been conditioned and tested with the RF power up to 250 kW in continuous wave (CW), traveling wave (TW) mode and 150 kW CW in standing wave (SW) mode. A prototype of the HOMs absorber has been tested to absorb power of 4.4 kW. An introduction of the test stand design, construction and high power tests is presented in this paper.     

Fabrication of the high power input coupler for BEPCⅡ superconducting cavities

The BEPCII storage ring adopts two 500 MHz superconducting cavities (SCC). Each one is equipped with a 500 MHz input power coupler. The coupler is to feed 150 kW power in continuous wave (CW) mode with both standing and traveling wave modes. Due to high power feeding and high frequency of the coupler, its fabrication is a big challenge. The fabrication started with two key components,the window and the antenna. Up to now, two sets including windows and antennas have been made by IHEP. And a 270 kW RF power in CW has passed through the coupler during the high power test. The fabrication details are presented in this paper.     

BEPCⅡ高频功率源技术要求和设计

北京正负电子对撞机升级改造工程(BEPCⅡ)将采用频率为500MHz的高频系统取代现有的200MHz高频系统,其对撞模式的束流流强设计指标为0.91A, 这对高频功率源提出了很高的要求. 本文根据BEPCⅡ总体指标和高频系统的相关技术参数, 提出了其高频功率源的总体布局、技术指标和设计要求以及配套设施的设计方案,在此基础上我们已完成了第一套高频功率源的安装和调试, 并通过了专项和整机的测试验收.     

基于PLC的40 kW发射机控制系统的设计与实现

根据广播发射机实际的控制要求,设计了以PLC作为核心控制器的40 kW发射机控制系统,概述了系统的硬件设计,详细介绍了基于集成开发环境的软件设计;经过实验室测试和现场联调,该系统实现了对发射机的开关机控制、数据实时监测、故障分析及处理、历史信息记录及查询、参数设置等功能,不仅能够满足发射机所有的控制要求,还具备强大的远程控制能力和人机交互能力,有良好的可靠性和实时性。     

超声低温测试系统及其应用

本文介绍用于超声实验的低温测试系统;可同时对衰减和声速进行测试,频率范围为5MHz—250MHz,声速测试精度为10~(-5)。列举的实验结果说明,该系统在4.2K至300K温度范围内,工作稳定,数据可靠。     

W波段分布作用速调管的研制

简要介绍了一种W波段分布作用速调管的设计思路、设计方案和模拟结果,并给出了该管的测试结果。该管采用大压缩比圆柱电子枪和永磁聚焦系统,阴极电压17 kV,阴极电流0.78 A;高频系统由5间隙和11间隙(输出腔)的分布作用腔组成,采用长短槽梯形结构。样管实现了脉冲输出功率大于2 kW、带宽500 MHz、增益40 dB、工作比5%等指标。     

HL-1M装置离子回旋共振加热系统及初步实验

新建成的HL-1M装置离于回旋共振加热(ICRH)射频系统,经工程联调,已达到输出功率500kW、脉宽100ms、频率26～36MHz。在环向场B     

Ka波段分布作用速调管发射机实验系统

介绍一个Ka波段分布作用速调管(EIK)发射机的实验系统,使用的核心器件是一只国产分布作用速调管样管,中心频率为35.01 GHz,脉冲输出功率为10 kW,最大工作比0.5%。该实验系统是为Ka/W波段双频毫米波测云仪发射机关键器件国产化进行的预研。实验系统一方面要对EIK样管的性能进行全面测试,对EIK样管在应用中可能存在的问题进行分析;另一方面优化发射机电路,满足EIK样管最佳工作要求。实验结果表明,国产Ka波段分布作用速调管技术取得了长足的进步,Ka波段大功率EIK发射机将进入实用阶段。     

SSRF高频低电平系统

整个高频系统包括谐振加速腔、高频功率源和180kW发射机、低电平控制与连锁保护.高频工作频率为499.65MHz.SSRF 500MHz低电平控制系统由信号源、反馈控制回路(频率调谐环路、相位控制环路、幅度控制环路)和连锁保护等构成.加速器高频腔控制系统的稳定性是加速器设计中一项重要指标,特别是在高流强条件下,更是对高频的稳定性提出了较高的要求.如何在加速器中合理地利用先进技术,是整机工作在稳定可靠而又易于控制的状态是低电平系统分析与设计的任务.由于高频系统庞大,低电平控制的对象复杂,作为加速器高频系统中的控制,无论其基础理论还是电子线路,在其各自的领域中都属于比较成熟的东西,但将他们结合起来,组成一个系统并要求系统性能最优,也有一些特殊的难度和要求.例如强束流与加速腔之间的耦合,用腔到束流的传递函数来描述,都是其他系统控制领域中所没有的问题,又要考虑几百千瓦的微波功率器件,它们之间还存在着复杂的耦合,这都增加了系统设计的难度.同时各种回路组成系统时,随机产生的干扰信号也是必须考虑的因素.SSRF系统对低电平控制的要求:1)使各腔间电压相位一致;2)使总加速电压和幅度稳定;3)使腔的频率正确调谐;4)发生异常状态时,保证设备的安全连锁.本文介绍了这个系统的构成和原理、技术指标、安装调试和测试结果     

162.5 MHz高功率耦合器测试腔体设计

功率耦合器是粒子加速腔射频功率馈送的关键部件。耦合器在安装至加速腔之前,必须进行常温高功率测试和锻炼,以检验加工工艺和设计指标,提高其射频性能。详细介绍了中国科学院近代物理研究所ADS25 MeV加速器样机162.5 MHz耦合器测试平台的改进设计。针对原有接触式测试锻炼方式的不足,提出非接触式测试锻炼方案。对耦合器测试锻炼过程进行了物理抽象,采用理论模拟的方法分析测试腔体功率传输。基于分析结果设计了低损耗、宽通带、多用途的非接触式耦合器测试腔体。该腔体可实现20 kW测试功率下60 W左右的腔体损耗和15 MHz-3 dB带宽。Fundamental power couplers (FPC) are crucial components for feeding RF power to the accelerating cavities. Before being installed on the accelerating cavity, a coupler must be tested and conditioned at room temperature to check its fabrication quality, to verify its design specifications, and improve its RF performance. This paper thoroughly introduced the design of a test stand for the 162.5 MHz coupler of ADS 25 MeV demo facility at IMP, CAS. In order to overcome the shortcomings of the original contacting test method, a noncontacting test scheme was proposed. A physical model was built for the the coupler test and the test cavity power transmission was analyzed theoretically. Based on the analysis results, a low-loss, wide-passband and multipurpose non-contacting coupler test cavity was designed. With the new test cavity, a power loss of around 60W and a -3 dB bandwidth of 15 MHz at a test power of 20 kW was achieved.     

冷却储存实验环功率源的设计与计算

 对兰州重离子加速器冷却储存环实验环(CSRe)的高频系统功率源的设计作了详细的工程计算,工作频率范围为0.5~2.0 MHz,工作于基波及二次谐波模式,发射机不仅能工作于点频连续波模式,而且还可以工作在扫频调制模式,输出最大功率达到70 kW。满足最高加速或减速电压10 kV的设计要求,能够用于捕获放射性次级束并将束流的能量从400 MeV/u 减速到 30 MeV/u。     

基于双螺旋谐振器的UHF（超高频）低频段窄带高温超导滤波器设计

由于弱耦合要求和基片尺寸限制,相对带宽小于0.5%的UHF低频段(～500 MHz)窄带高温超导滤波器一直是滤波器设计制作中的难点.本文应用双螺旋弱耦合谐振器设计制作了中心频率为500 MHz,相对带宽为0.4%的窄带高温超导滤波器.通过采用80 m微带线宽工艺,六节滤波器尺寸仅为28ram 8mm.测量结果表明,未经调谐,通带内最小和最大插损分别为0.12 dB、0.46 dB,反射损耗小于-13.9 dB;带边陡峭度为34 dB/MHz,带外抑制为70dB.设计及测试结果表明,双螺旋谐振器比较适用于低频窄带滤波器的设计.     

BEPCⅡ BPM模拟研究

基于减少光电子的要求,BEPCⅡ真空管道采用antechamber结构,TE模截止频率可能低于BPM信号处理频率500MHz.本文主要模拟研究TE10模对位置测量的影响,发现TE10模截止频率低于500MHz时,将带来束流位置测量误差10.1μm;改变狭缝长度,在TE10模截止频率高于500MHz时,测量误差将在可以接受的范围内.同时,模拟研究了BPM尾场对束流的影响,计算了相应尾场阻抗     

中国散裂中子源二期双spoke超导腔设计

中国散裂中子源是中国第一台、世界第四台脉冲型散裂中子源,其已于2020年2月达到100 kW功率的设计指标,运行稳定高效,供束效率位于国际前列。中国散裂中子源二期升级方案中总束流功率将升级到500 kW,其中直线加速器段将采用超导加速腔结构,束流能量由80 MeV提高到300 MeV。其中在80～165 MeV能量段采用324 MHz双spoke超导腔,在165～300 MeV能量段采用648 MHz 6-cell椭球超导腔。采用CST、COMSOL等仿真软件完成324 MHz双spoke超导腔的电磁、机械设计及优化,达到实际运行指标要求。为了提高腔运行的稳定性,在腔的设计中对E_P/E_acc着重进行了优化,使其尽量降低。     

X频段连续波100 kW吸收式谐波滤波器研制

为了抑制深空探测高功率发射机谐波能量对接收机的干扰,提出了一种基于渐变漏壁式波导加载吸收负载结构的超大功率谐波滤波器.分析了该结构滤波器衰减损耗特性,并结合电磁场仿真软件,对滤波器整体结构进行了仿真,依据仿真尺寸对滤波器进行了结构设计和样件加工,经过对样件测试,滤波器通带最大插入损耗小于0.3 dB,二次、三次及四次谐波抑制度分别大于75, 50, 35 dB,测试结果与仿真结果基本一致.对滤波器样件进行了高功率实验,在外加液冷条件下,连续波功率容量可达100 kW以上,成功研制出了一种X频段吸收式超大功率谐波滤波器,并已经应用于某型号大功率地面发射机,指标性能良好.     

BEPCⅡ高频系统的建造

北京正负电子对撞机二期(BEPCⅡ)的高频系统已于2006年11月投入运行,它包括了3个子系统:超导腔、发射机和低电平控制系统.与以前的高频系统相比,工作频率由200MHz变为499.8MHz,超导腔取代了常温腔.在过去一年的运行中,高频系统表现良好,达到了设计指标.     

自主研制核磁共振波谱仪的性能评估

主要介绍自主研制500 MHz核磁共振谱仪的性能评估情况,旨在建立一台功能完整的核磁共振波谱仪. 首先利用系统调试使控制台各个硬件单元在用户软件控制下实现NMR实验中的基本功能,然后通过性能测试保障功率线性度、信号稳定性和场频联锁的可靠性,实验验证了谱仪溶剂峰压制的效果,并获得良好的探头线形指标（0.43/5.46/10.73 Hz）和¹H灵敏度指标（信噪比为728∶1）,表明自主研制500 MHz核磁共振波谱仪系统能够满足常规核磁共振实验需求.