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。     

CiADS束流负载效应前馈补偿的仿真评估

在高功率超导质子直线加速器中，束流负载效应是影响超导腔幅相稳定性的一个重要因素。本工作基于谐振腔建场模型，开发了超导腔系统束流负载效应的时域仿真程序，分析了束流负载效应对超导腔幅相稳定性的影响，并在C-ADS注入器II上通过相关实验测量对仿真结果进行了验证。利用该程序，评估了CiADS超导直线加速器脉冲束流的脉冲长度，以及前馈补偿的时序抖动和束流纹波等因素对腔中电磁场幅相稳定度的影响。仿真结果表明:在当前CiADS直线加速器设计参数下，为满足超导腔中电磁场0.1%与在高功率超导质子直线加速器中，束流负载效应是影响超导腔幅相稳定性的一个重要因素。本工作基于谐振腔建场模型，开发了超导腔系统束流负载效应的时域仿真程序，分析了束流负载效应对超导腔幅相稳定性的影响，并在C-ADS注入器II上通过相关实验测量对仿真结果进行了验证。利用该程序，评估了CiADS超导直线加速器脉冲束流的脉冲长度，以及前馈补偿的时序抖动和束流纹波等因素对腔中电磁场幅相稳定度的影响。仿真结果表明:在当前CiADS直线加速器设计参数下，为满足超导腔中电磁场0.1%与$0.1^{\circ}$的幅相稳定度指标，前馈时序抖动的偏差不能超过0.79 μs，束流流强的直流偏差不能超过0.9%，并且给出了束流纹波的最大抖动幅值与纹波频率之间的关系。这些结果将为CiADS超导直线加速器相关子系统技术指标的确定提供依据。     

高频环行器打火原因的分析

合肥光源(HLS)储存环高频系统环行器在工作中出现了两种形式的打火——谐波打火和束流丢失打火. 谐波打火的原因已经找到并予以解决, 但丢束打火的机制尚未明确. 文中描述了丢束后高频系统的响应过程, 分析了一些可能造成环行器打火的因素. 为了防止环行器打火受损, 建立了快速联锁保护电路, 该电路在历次打火中成功地保护了环行器.     

紧凑型自聚束微波电子枪设计研究

 提出一种新的紧凑型强流电子枪结构。紧凑型自聚束微波电子枪是一个多驻波腔结构,最大特点是腔与腔之间相互没有耦合,每腔可分别独立馈入功率和调节相位。通过选择合适的馈入功率和高频相位搭配,能够得到较优的束流品质。在此基础上采用外注入电子束的结构,能进一步增大流强和降低能散度,同时消除电子反轰对阴极工作的不利影响。利用Superfish和Parmela程序对腔体结构和束流动力学反复进行计算,确定了一组结构和工作参数。模拟结果表明出束微脉冲峰值流强可以到18 A,能散度小于2‰,横向发射度小于6 πmm·mrad。最后给出腔体冷侧结果,与模拟计算结果吻合得较好。     

HLS储存环高频调制实验

在合肥光源(HLS)储存环上进行了高频调制实验, 结果表明采用调制频率接近同步振荡频率f_s的高频幅度或相位调制, 可以提高束流寿命. 而通常采用的是2f_s的调制方式. 实验测量了最佳调制频率和合适的调制度, 以及不同流强下调制引起寿命增长的程度. 同时观察到束流频谱中高次分量的降低, 这有利于抑制多束团耦合不稳定性.     

行波谐振环和陶瓷窗高功率老炼

 为了老炼国家同步辐射实验室200 MeV直线加速器新陶瓷窗，制作了一个功率增益4.5，最高峰值功率60 MW的波导行波谐振环。对谐振环的工作原理和技术参数进行了简单介绍。对陶瓷窗功率老炼的步骤和应注意的技术细节进行了较详细的分析，提出了克服电子倍增效应的一些方法。陶瓷窗老炼峰值功率为30 MW，平均功率3.7 kW，脉冲长度2.5μs。     

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。     

新型低beta超导腔调谐算法分析与测试

为了使腔体在复杂电磁环境下处于谐振状态,保持超导腔加速电压的幅度相位稳定,研发了一种应用于自激锁相模式的腔体新型调谐算法。利用正交电压Q值控制调谐器调谐,从而消除了输入和输出间的相位误差,给出了理论推导过程与该算法的可靠性分析。该算法已应用于中国科学院近代物理研究所ADS项目超导加速器中,简化了传统控制模式中的信号采样数量,提高了系统控制精度与抗干扰能力,使腔体克服了在调谐过程中由于功率上冲引起的氦压波动。保证了超导腔在工作状态下,频率稳定在162.5 MHz,频率误差小于17 Hz。For the purposes of keeping the resonant cavity steady in a complex electromagnetic environment and maintaining stable amplitude and phase, a new tuning algorithm for superconducting RF cavity operated in self-excited phase-locked mode has been developed. The quadrature voltage was employed to control the tuner under the phase-locked condition, so as to eliminate phase measurement between the input and the output. This paper demonstrates the principle of this "Minimum Q" tuning algorithm and presents an analysis of the stability of the system. The algorithm is applied to the superconducting accelerator of the Institute of Modern Physics' ADS project. The "Minimum Q" tuning algorithmnot only simplifies the number of signal sampling but also improves the control accuracy and anti-interference ability of the system, while enables the cavity to overcome the helium pressure fluctuation which caused by power overshoot. It ensures that the frequency of the superconducting cavity is stable at 162.5 MHz, and the frequency error is less than 17 Hz.     

增益和相位一致性对功率合成效率的影响

发射机在功率合成的时候，由于各固态功率源模块间存在着增益和相位的差异，会导致功率合成效率的下降。针对这一问题，本文通过建立增益和相位的一致性对功率合成效率影响的模型，并结合MATLAB软件进行计算模拟，得到不同增益和相位分布下的最低合成效率分布，为发射机功率合成系统设计提供了具体的相位和增益指标，并为发射机的评估和验收提供了有力的理论依据。     

基于FPGA的能量倍增器相位翻转系统的研制

介绍了基于可编程逻辑门阵列(FPGA)的能量倍增器(SLED)相位翻转系统。该系统主要由微波IQ调制器、FPGA和高速DAC组成。在FPGA的控制下,DAC输出两路双极性脉冲电平信号,加载于调制器的IQ端,将微波连续波输入信号转变为4μs脉冲输出信号,并且在3μs时刻微波相位发生180°跳变。经测试,相位翻转精度为180°±2°,翻转相位的长期稳定度优于±0.5°;相位翻转系统驱动的6台SLED的输出功率增益均超过7dB,最高达到7.54dB,增益的长期稳定度达到±0.1dB。