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超导腔垂直测试数字化自激励环路研制

冯立文 王芳 林林 郝建奎

冯立文, 王芳, 林林, 等. 超导腔垂直测试数字化自激励环路研制[J]. 强激光与粒子束, 2021, 33: 024001. doi: 10.11884/HPLPB202133.200216
引用本文: 冯立文, 王芳, 林林, 等. 超导腔垂直测试数字化自激励环路研制[J]. 强激光与粒子束, 2021, 33: 024001. doi: 10.11884/HPLPB202133.200216
Feng Liwen, Wang Fang, Lin Lin, et al. Development of digital self-excited loop in vertical tests of superconducting cavity[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2021, 33: 024001. doi: 10.11884/HPLPB202133.200216
Citation: Feng Liwen, Wang Fang, Lin Lin, et al. Development of digital self-excited loop in vertical tests of superconducting cavity[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2021, 33: 024001. doi: 10.11884/HPLPB202133.200216

超导腔垂直测试数字化自激励环路研制

doi: 10.11884/HPLPB202133.200216
基金项目: 国家自然科学基金项目NSAF基金项目(U1630110)
详细信息
    作者简介:

    冯立文(1985—),男,硕士,工程师,从事超导腔射频技术与加速器控制研究;lwfeng@pku.edu.cn

    通讯作者:

    王 芳(1983—),女,博士,高工,从事超导腔射频技术与加速器控制研究;fangwang@pku.edu.cn

  • 中图分类号: TL503.2

Development of digital self-excited loop in vertical tests of superconducting cavity

  • 摘要: 介绍北京大学垂直测试系统的数字化自激励环路系统,重点分析了实际测试中避免多单元(cell)超导腔模式串扰的方法以及偏离四倍频采样对信号幅度和相位的影响。该系统运行稳定可靠,可有效区分1.3 GHz 9-cell超导腔$ {\rm{{\text{π}}}} $模与$ 8{\rm{{\text{π}}}}/9 $模,解决了多cell超导腔测试中模式串扰问题。分析了超导腔自激励环路在垂直测试中的应用,介绍了北京大学垂直测试系统的数字化自激励环路,采用上下变频方案的射频前端和包括有限脉冲响应滤波器的数字算法,系统简洁扩展性强。重点分析了实际测试中避免多cell超导腔模式串扰的方法以及偏离四倍频采样对信号幅度和相位的影响。在多种不同频率超导腔的垂直测试中该系统运行稳定可靠,可有效区分1.3 GHz 9-cell超导腔$ {\text{π}} $模与$ 8{\rm{{\text{π}}}}/9 $模,解决了多cell超导腔测试中模式串扰问题。
  • 图  1  自激励环路图原理图

    Figure  1.  Schematic of self excited loop

    图  2  $ {Q}_{{\rm{L}}} $=1×1010的1.3 GHz超导腔谐振曲线

    Figure  2.  Resonance curve of a 1.3 GHz cavity with $ {Q}_{{\rm{L}}} $=1×1010

    图  3  数字化自激励系统中的射频前端与时钟示意图

    Figure  3.  Schematic of digital SEL RF front-end and timing system

    图  4  FPGA内的数字算法

    Figure  4.  Algorithm in the FPGA

    图  5  不同频率偏差时被采样信号的幅度和相位随采样点数$ N $的变化

    Figure  5.  Normalized amplitude and phase of the IF signal with different frequency shift versus number of samples $ N $

    图  6  在1.3 GHz 单cell超导腔测试中$ {A}_{{\rm{d}}} $归一化幅度随着环路相移的变化

    Figure  6.  Normalized amplitude $ {A}_{{\rm{d}}} $ versus phase shift in the vertical test of a 1.3 GHz 1-cell cavity

    图  7  超导腔谐振时环路相移和数字域幅度$ {A}_{{\rm{d}}} $随着频率偏移的变化

    Figure  7.  Phase shift ${\rm{set}}\,\varphi$ and normalized amplitude $ {A}_{{\rm{d}}} $ versus frequency shift when the cavity is in resonance

    图  8  不同本振信号频率时幅度信号$ {A}_{{\rm{d}}} $的长时间稳定性

    Figure  8.  Long term stability of normalized amplitude $ { A}_{{\rm{d}}} $ with different $ {f}_{{\rm{LO}}} $

    图  9  不同本振频率时环路中激励信号的频率和提取信号功率随着环路相移的变化

    Figure  9.  Resonant frequency and pickup signal power versus phase shift with different $ {f}_{{\rm{LO}}} $

    图  10  9-cell超导腔在北京大学和德国DESY国家实验室得到的垂直测试结果

    Figure  10.  Vertical results of a 9-cell superconducting cavity tested by PKU and DESY

  • [1] Aghababyan A, Altarelli M, Altucci C, et al. XFEL: The European X-ray free-electron laser — technical design report[M]. Germany: DESY XFEL Project Group. 2006.
    [2] Galayda J N. LCLS-II: A high power upgrade to the LCLS[C] //Proc of IPAC. 2018: 18-23.
    [3] Zhu zhiyuan, Zhao Zhentang, Wang Dong, et al. SCLF: an 8-GeV CW SCRF linac-based X-ray FEL facility in Shanghai[C] //Proc of FEL. 2017: 182-184.
    [4] Kostin D, Möller W D, Sekutowicz J, et al. Tesla type 9-cell cavities continuous wave tests[C]//Proc of SRF. 2009: 338-341.
    [5] Allison T, Delayen J R, Hovater C, et al. A digital self excited loop for accelerating cavity field control[C]//Proc of PAC. 2007: 2481-2483.
    [6] Ben-Zvi I. SRF cavity testing using a FPGA self excited loop[OL]. https://cds.cern.ch/record/2320432.
    [7] 侯洪涛. 500 MHz 单cell 超导高频腔测试技术研究[D]. 上海: 中国科学院上海应用物理研究所, 2010: 63-64.

    Hou Hongtao. Study on testing of 500 MHz single cell superconducting radio frequency cavities[D]. Shanghai: Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, 2010: 63-64
    [8] Chang Wei, He Yuan, Wen Lianghua, et al. A vertical test system for China-ADS project injector superconducting cavities[J]. Chinese Physics C, 2014, 38: 057001. doi: 10.1088/1674-1137/38/5/057001
    [9] 张娟, 戴建枰, 黄泓, 等. 基于Labview 的超导腔测试数据采集系统[J]. 核电子学与探测技术, 2013, 33(9):1098-1103. (Zhang Juan, Dai Jianping, Huang Hong, et al. Data acquisition system of superconducting cavity test based on Labview[J]. Nuclear Electronics & Detection Technology, 2013, 33(9): 1098-1103 doi: 10.3969/j.issn.0258-0934.2013.09.014
    [10] 杨际森, 潘卫民, 王洪磊, 等. 超导腔数字自激垂直测试系统[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32:045106. (Yang Jisen, Pan Weimin, Wang Honglei, et al. Digital self-excited vertical test system of superconducting cavity[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2020, 32: 045106
    [11] Liu Rong, Wang Zheng, Pan Weimin, et al. FPGA-based amplitude and phase detection in DLLRF[J]. Chinese Physics C, 2009, 33(7): 594-598. doi: 10.1088/1674-1137/33/7/017
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-07-27
  • 修回日期:  2020-10-20
  • 刊出日期:  2021-01-07

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