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。     

合肥光源数字横向逐束团反馈系统

为了克服横向耦合束团不稳定性对合肥光源的不利影响,在合肥光源(HLS)研制了一套数字横向逐束团反馈系统。该系统使用直接采样前端,同时针对合肥光源水平方向工作点和垂直方向工作点太过接近的情况,修改了数字处理器的FPGA程序,使得单个处理器能够实现独立的双通道反馈。束流试验验证了反馈系统能有效抑制横向不稳定性,并可以提高注入流强。     

合肥光源数字横向逐束团反馈系统

为了克服横向耦合束团不稳定性对合肥光源的不利影响,在合肥光源(HLS)研制了一套数字横向逐束团反馈系统。该系统使用直接采样前端,同时针对合肥光源水平方向工作点和垂直方向工作点太过接近的情况,修改了数字处理器的FPGA程序,使得单个处理器能够实现独立的双通道反馈。束流试验验证了反馈系统能有效抑制横向不稳定性,并可以提高注入流强。     

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。     

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。     

纵向逐束团束流反馈冲击器模型腔的研制

纵向束流反馈系统是近年来国际上迅速发展并广泛应用的抑制储存环纵向耦合束团不稳定性的方法,冲击器是其中的关键部件之一.结合BEPCⅡ设计参数,研制了纵向束流反馈冲击器模型腔,并且利用同轴线法测量了该模型腔的阻抗和带宽,满足设计要求.该模型腔设计采用脊波导加载带鼻锥的pillbox腔体的方案,束流管道设计为BEPCⅡ标准跑道形.     

小波分析方法在合肥光源逐束团测量系统中的应用

介绍了小波分析方法在逐束团束流位置测量系统中的应用。小波分析方法在高频处频率窗口较宽,具有较高的时间分辨力,使用小波分析可分离并提取信号的振荡成分及基线漂移成分,各成分在时间轴上的位置与原信号相同,原有的线性关系保持不变,在处理非平稳信号时不会造成信号明显劣化,如幅度失真和相位偏差。基于小波分解和重构的时间序列多分辨力滤波处理非平稳信号时不会造成信号明显劣化,保证了追踪束团振荡强度、相位、频率和振荡模式随时间变化的结果更真实可信。在合肥光源中,小波分析方法成功用于横向振荡振幅包络的提取及增长率、阻尼率的计算,也可用于提取横向振荡振幅包络及计算增长率和阻尼率,为机器研究、束流诊断和逐束团反馈系统调试提供了准确的依据。     

小波分析方法在合肥光源逐束团测量系统中的应用

介绍了小波分析方法在逐束团束流位置测量系统中的应用。小波分析方法在高频处频率窗口较宽,具有较高的时间分辨力,使用小波分析可分离并提取信号的振荡成分及基线漂移成分,各成分在时间轴上的位置与原信号相同,原有的线性关系保持不变,在处理非平稳信号时不会造成信号明显劣化,如幅度失真和相位偏差。基于小波分解和重构的时间序列多分辨力滤波处理非平稳信号时不会造成信号明显劣化,保证了追踪束团振荡强度、相位、频率和振荡模式随时间变化的结果更真实可信。在合肥光源中,小波分析方法成功用于横向振荡振幅包络的提取及增长率、阻尼率的计算,也可用于提取横向振荡振幅包络及计算增长率和阻尼率,为机器研究、束流诊断和逐束团反馈系统调试提供了准确的依据。     

模式独立分析方法在加速器逐束团研究中的应用

在加速器束流诊断中,为了对获取到的逐束团位置数据降噪处理,以获得测量精度更高的数据用于进一步研究,上海光源束测组在束流注入阶段位置数据分析中引入并扩展了模式独立分析方法。将此方法中的数据处理对象由多个束流位置探头获取到的逐圈位置数据矩阵更改为单探头逐束团多圈位置矩阵,通过对矩阵进行奇异值分解提取其主要运动模式。此方法有效地将随机噪声与具有物理意义的真实信号分离开来,提取出加速器物理学家真正关注的束流运动模式,便于后续的束流不稳定性分析。     

BEPCII横向束流反馈系统前端电子学

 选择了一台商业化的前端电子学RFTF（radio frequency front-end for transverse feedback system）用于BEPCII横向束流反馈系统, 这是跟进世界先进加速器技术的具体实施。在BEPC同步运行模式下对RFTF的性能进行了测试实验，结果表明使用RFTF可以得到理想的波形，能够满足BEPCII横向反馈系统的需要，但是，当储存环出现不稳性时，系统无法正常工作，这就要求BEPCII纵向不稳定很小或者用纵向反馈系统来抑制存在的纵向不稳定。     

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。     

BEPCⅡ横向束流反馈系统条带电极的设计及模拟计算

 用高频结构模拟程序HFSS优化设计条带电极kicker并计算了它的反射参数和横向分流阻抗。从模拟得到的反射参数可以看出，在要求的250MHz带宽范围内, 反射的功率小于7%，说明了条带与功率传输线是阻抗匹配的；模拟得到的横向分流阻抗与公式计算得到的结果基本上一致。当频率250MHz时，得到了1 300Ω的分流阻抗，在此种条件下，需要反馈功率为123W方能抑制束流不稳定性，这为电极的机械设计和在反馈系统中选择功率放大器提供了最基本的依据。     

BEPCII横向束流反馈系统前端电子学

选择了一台商业化的前端电子学RFTF（radio frequency front-end for transverse feedback system）用于BEPCII横向束流反馈系统, 这是跟进世界先进加速器技术的具体实施。在BEPC同步运行模式下对RFTF的性能进行了测试实验,结果表明使用RFTF可以得到理想的波形,能够满足BEPCII横向反馈系统的需要,但是,当储存环出现不稳性时,系统无法正常工作,这就要求BEPCII纵向不稳定很小或者用纵向反馈系统来抑制存在的纵向不稳定。     

改进的合肥光源逐束团流强测量方案

 对于多束团运行的储存环,逐束团流强的测量是研究注入填充和束流不稳定性阈值等的重要内容。介绍了加速器常用的一些逐束团监测手段,在此基础上,利用HLS（Hefei Light Source）现有的逐束团测量设备,并配合相应前端信号处理电路,进行了HLS储存环逐束团流强测量。实验线路方面,在传统的高频频率倍频信号检波的基础上,尝试了新的与同步方波信号检波的方法。分别在多束团和单束团情况下对HLS的束团流强进行了连续检测实验,对实验结果进行线性拟合,得到了定标结果,结果表明系统的1阶线性拟合标准偏差均在1%左右;最后对其中非线性部分的物理本质进行了解释。     

合肥光源横向反馈系统的改进与试验结果

介绍了在合肥光源横向模拟反馈样机系统进行的改造和升级。主要包括前端束流位置信号处理模块的重建和与直流成分剔除单元模块。同时还进行了信号矢量合成模块的优化与改造、增加独立可调增益模块以及优化信号传输线路在内的重要改进。对改进后的反馈系统进行了抑制耦合束团不稳定性试验,相关试验数据分析结果表明,反馈系统提供的注入阻尼率提高了一个数量级。     

合肥光源横向反馈系统的改进与试验结果

介绍了在合肥光源横向模拟反馈样机系统进行的改造和升级。主要包括前端束流位置信号处理模块的重建和与直流成分剔除单元模块。同时还进行了信号矢量合成模块的优化与改造、增加独立可调增益模块以及优化信号传输线路在内的重要改进。对改进后的反馈系统进行了抑制耦合束团不稳定性试验,相关试验数据分析结果表明,反馈系统提供的注入阻尼率提高了一个数量级。