DB34∕T 3240-2018 超導(dǎo)回旋加速器 諧振腔電壓分布測試方法

DB34DB34/T3240—2018超導(dǎo)回旋加速器諧振腔電壓分布測試方法SuperconductingcyclotronTestmethodofvoltagedistributionforradiofrequencycavity2018-12-29發(fā)布2019-01-29實(shí)施安徽省市場監(jiān)督管理局發(fā)布I123方法原理根據(jù)諧振腔并聯(lián)分路阻抗測試?yán)碚?，諧振腔可作為微波二端口網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行處理，根據(jù)傳輸矩陣原理及互易調(diào)件，分析了探針直接測量、探針并聯(lián)特性阻抗電阻測量這兩種情況的原理，并分別計(jì)算出下腔體并聯(lián)分路阻抗與傳輸系數(shù)的關(guān)系式。見附錄A公式(A.24)和(A.30)。諧振腔電壓分布測試原理的公式推導(dǎo)見附錄A。4測試設(shè)備測試設(shè)備包括：a)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀及標(biāo)準(zhǔn)校準(zhǔn)器件，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀宜為2端口或4端口，本地噪聲小于-100b)N型接頭、阻抗匹配的同軸線纜；c)探針、無感電阻，探針直徑宜為4mm～8mm,無感電阻的阻抗為特性阻抗，一般為50Q。5測試要求測試要求包括：a)測試環(huán)境溫度應(yīng)為10℃~35℃,空氣濕度應(yīng)為40%～60%;b)諧振腔外殼及矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀都需接地保護(hù)；c)絕緣要求：工裝條的材質(zhì)表面電阻率應(yīng)大于104MQ。6測試步驟6.1以腔體中心點(diǎn)為圓點(diǎn)以孔距15mm～30mm取若干等距的測量點(diǎn)，如圖1所示。6.2制備工裝條，依照測量點(diǎn)在工裝條上開孔，開孔直徑應(yīng)大于探針直徑3mm～5mm。工裝條應(yīng)貼合諧振腔Dee上下間隙。圖1測量點(diǎn)分布示意圖6.3打開矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，以腔體諧振頻率為中心頻率，頻寬宜設(shè)置為20MHz～50MHz,校準(zhǔn)矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。6.4將矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀1端口接入諧振腔耦合饋口，調(diào)節(jié)諧振腔的調(diào)諧結(jié)構(gòu)使其達(dá)到諧振頻率，再調(diào)節(jié)腔體耦合結(jié)構(gòu)使其達(dá)到臨界阻抗匹配狀態(tài)。3測量孔Dee諧振腔工裝條測量孔Dee耦合饋口探針腔體中心點(diǎn)耦合饋口探針2端口2端口矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀7.1根據(jù)附錄A式（A.24）R4Z0/S，由S21數(shù)據(jù)計(jì)算出腔體并聯(lián)分路阻抗。7.2根據(jù)附錄A式（A.30）RZP——腔體功率損耗，單位為瓦（WV——腔體Dee板某測量點(diǎn)處電壓，單位為瓦（WR——并聯(lián)分路阻抗，單位為歐姆(?)。根據(jù)腔體功率損耗不變，依據(jù)并聯(lián)分路阻抗Rp(Rp')的分布，計(jì)算出腔體電壓分布。45(資料性附錄)諧振腔并聯(lián)分路阻抗測試?yán)碚揂.1矢量分析儀測量法基礎(chǔ)理論(基于探針直接測量)根據(jù)式(1),將測量加速電壓等效轉(zhuǎn)化為測量并聯(lián)分路阻抗。公式推導(dǎo)基于以下兩點(diǎn)假設(shè)：——諧振腔耦合端口與傳輸線特性阻抗Z?匹配；——諧振腔處于諧振狀態(tài)，腔體等效于并聯(lián)分路阻抗R。圖A.1諧振腔二端口網(wǎng)絡(luò)由上面假設(shè)，可以得出傳輸矩陣ABCD之間的關(guān)系：V?——網(wǎng)絡(luò)中端口1(PORTV?——網(wǎng)絡(luò)中端口2(PORTI?——網(wǎng)絡(luò)中端口1(PORTI,網(wǎng)絡(luò)中端口2(PORTv?=AV?+BI?............................I?=CV?+DI?..............................1)電壓，單位為伏特(V);2)電壓，單位為伏特(V);1)電流，單位為安培(A);2)電流，單位為安培(A)。由假設(shè)1,端口1匹配：.................................6......................A=5............為了求解傳輸矩陣B、D的值，采用如圖A.2所示的倒置矩陣圖A.2諧振腔二端口網(wǎng)絡(luò)倒置矩陣令I(lǐng)?=0端口1開路時(shí)，............................AD-CB=1....................................(AB=0.......................................D=1/ξ(A.13).......................由散射S矩陣和傳輸A矩陣轉(zhuǎn)換關(guān)系可得：S=(A+B/Z?-CZ?-D)/ES?=2/E..............S??=S??..........................(A7S?2=(-A+B/Z?-CZ?+D)/E....................E=A+B/Z?+CZ?+D.......................….…(A.22ξ<1................................R≈4Z?/S2...............................(A.24)傳輸矩陣(在端口2A與2B之間),可以表示為：8根據(jù)基本理論的相關(guān)結(jié)論，使用新的傳輸矩陣（A.26最終可以得到并聯(lián)分路阻抗Z0SS