RF模拟腔及自激励低电平控制系统研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 刘奎 |
| 答辩日期 | 2021 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所) |
| 导师 | 赵明华 |
| 关键词 | 甚高频光阴极电子枪 1.3GHz超导射频腔 低电平系统 数字RF模拟腔 自激励环路系统 |
| 英文摘要 | 上海高重复频率硬X射线自由电子激光装置工作在1 MHz的重复频率,并由甚高频(Very High Frequency,VHF)光阴极电子枪提供电子源,1.3 GHz连续波超导射频(Radio Frequency,RF)腔驱动。为获得优良品质的电子束,RF腔体需要高精度低电平(Low Level RF,LLRF)系统,稳定腔场的幅度和相位。然而,在VHF电子枪的连续波老炼或启动过程中,腔体会由于腔壁功率耗散迅速产生大量热量,引起腔体几何形状变形,进而造成腔体电磁谐振频率出现几十k Hz的失谐。腔体的机械调谐系统很难快速调谐,频繁的长距离移动也很容易损坏电机。而且腔体谐振频率较大的失谐也会造成腔体的反射功率较大,导致微波功率难以馈入腔体。另外,在1.3 GHz连续波超导射频腔中,腔体有很大的负载品质因数,导致腔体在频域上的带宽很窄。这使得腔体较小的失谐就会导致反射电压的功率很大,触发联锁保护。此外,腔内的电磁场和腔体璧电流还会造成洛伦兹力失谐效应。这导致在超导射频腔的老炼或启动过程中,超导腔的电磁模式会与机械模式相互作用,造成控制系统发生“ponderomotive”不稳定性,导致腔体难以被馈入微波功率。因此,本文设计开发了一种可用在老炼或启动过程中的自激励环路(SelfExcited Loop,SEL)低电平控制系统,通过调节环路中相位与增益,使控制系统环路频率能实时跟随腔体谐振频率,进而使得控制系统稳定,获得稳定的腔场。SEL控制系统既能在VHF电子腔的调谐系统中避免机械调节系统频繁移动,也在1.3 GHz连续波超导射频腔的低电平系统中防止发生“ponderomotive”不稳定性,而且腔体的反射功率也很低。同时,发生器驱动(Generator Driven Resonator,GDR)控制系统也被开发,用在RF腔正常工作状态。此外,本文还推导了适用于任何RF腔体的多馈腔体模型,用于研究腔体特性,为腔体测量提供理论依据。基于腔体模型,还开发了VHF电子枪和1.3 GHz连续波超导腔的RF腔数字模拟腔,用于研究测试新开发的低电平系统功能和算法。基于Micro TCA.4平台,本文完成了对1.3 GHz连续波超导腔的低电平系统和数字模拟腔的实验室测试。验证了所开发的低电平控制系统的功能和算法,证明了数字模拟腔是测试低电平系统算法和功能的可靠平台。 |
| 语种 | 中文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/33911]  |
| 专题 | 中科院上海应用物理研究所2021-2022年 |
| 作者单位 | 1.中国科学院上海应用物理研究所 2.中国科学院大学; |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘奎. RF模拟腔及自激励低电平控制系统研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所). 2021. |
入库方式： OAI收割
来源：上海应用物理研究所
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