? 一、項(xiàng)目背景

歐洲XFEL（X射線自由電子激光裝置）是國(guó)際領(lǐng)先的大科學(xué)裝置，其超導(dǎo)加速器腔體工作頻率為1.3 GHz。八個(gè)這樣的腔體和RF高功率耦合器、調(diào)諧器以及其他附件一起組裝在一個(gè)模塊中，在安裝到歐洲XFEL的加速器模塊之前，所有模塊都需要在模塊測(cè)試臺(tái)上進(jìn)行性能測(cè)試，為了進(jìn)行這些試驗(yàn)，DESY建造了一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)設(shè)施——AMTF（加速器模塊測(cè)試設(shè)施）。

為確保AMTF的高效運(yùn)行，需對(duì)150個(gè)射頻功率測(cè)量設(shè)備進(jìn)行長(zhǎng)期穩(wěn)定監(jiān)測(cè)，且需滿足以下嚴(yán)苛要求：

?短脈沖的峰值RF功率測(cè)量:2μs至2ms

?重復(fù)率為100毫秒至1秒

?高動(dòng)態(tài)(>55dB):正向校準(zhǔn)≤1 kW，調(diào)理高達(dá)≥ 1MW

?非常高的可靠性(不依賴外部觸發(fā)信號(hào))

?沒有針對(duì)不同操作模式的新調(diào)整，以確保無誤差測(cè)量

?數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開放接口

二、項(xiàng)目挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)功率測(cè)量設(shè)備存在操作復(fù)雜、成本高昂、適應(yīng)性差等問題，而歐洲XFEL的測(cè)試需求包括：

1. 腔體與耦合器功率調(diào)節(jié)：

- 從20μs脈沖起始，逐步提升至1.3ms，功率從0增至1MW

- 重復(fù)頻率2Hz，需實(shí)時(shí)監(jiān)控反射/傳輸功率

2. 加速場(chǎng)校準(zhǔn)：

- 每周期需同步測(cè)量前向功率（Pforward）、反射功率（Preflected）等5類參數(shù)

三、方案介紹

為了在空腔中達(dá)到盡可能高的加速場(chǎng)，必須相應(yīng)地調(diào)節(jié)RF部件，例如RF功率耦合器。這種調(diào)節(jié)是通過隨時(shí)間緩慢增加RF功率和脈沖長(zhǎng)度來完成的，這“清潔”了RF真空部件，以確保以后的穩(wěn)定運(yùn)行。

整個(gè)調(diào)節(jié)過程由復(fù)雜的軟件控制，并監(jiān)控許多不同的信號(hào)，以確保組件不受損害或破壞。在此調(diào)節(jié)過程中，最重要的信號(hào)是不同的RF功率值。功率測(cè)量必須隨時(shí)提供實(shí)際功率值一一錯(cuò)誤的值可能會(huì)導(dǎo)致器件上的射頻功率意外升高，并帶來性能下降或器件損壞的風(fēng)險(xiǎn)。

在RF部件已經(jīng)被調(diào)節(jié)之后，空腔的發(fā)射功率必須被校準(zhǔn)到空腔的加速場(chǎng)。對(duì)于每個(gè)腔，五個(gè)不同的功率值是正向P、反射P、透射P、PHOM1、PHOM2。每個(gè)模塊包含八個(gè)空腔，并且AMTF有三個(gè)模塊試驗(yàn)臺(tái)。因此，對(duì)于整個(gè)測(cè)試設(shè)備，我們必須能夠同時(shí)測(cè)量120個(gè)校準(zhǔn)的RF功率值(圖1)。

圖1.AMTF模塊試驗(yàn)臺(tái)功率測(cè)量框圖

德思特Raditeq提供了RadiPower系列功率計(jì)設(shè)備，與DESY合作開發(fā)出了優(yōu)化的功率測(cè)量設(shè)備，其核心優(yōu)勢(shì)包括：

?一體化測(cè)量：單設(shè)備同時(shí)支持峰值功率捕獲與脈沖曲線跟蹤（替代傳統(tǒng)下變頻器+ADC方案）

?智能重置：自動(dòng)讀取峰值后重置，實(shí)時(shí)記錄歷史最大值

?高集成度：40臺(tái)設(shè)備通過USB集線器組網(wǎng)，無縫接入DESY控制軟件

圖2.AMTF模塊試驗(yàn)臺(tái)的10個(gè)德思特Raditeq RadiPower系列功率計(jì)陣列

實(shí)測(cè)效果

●功率曲線測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍＞65 dB

●脈沖跟蹤頻率≥4 Hz，完美匹配腔體調(diào)節(jié)需求

●150臺(tái)設(shè)備已部署至DESY所有測(cè)試站

圖3.運(yùn)行期間閃光腔處反射功率的軌跡

客戶評(píng)價(jià)

“德思特Raditeq的解決方案簡(jiǎn)化了我們復(fù)雜的功率測(cè)量流程，其高可靠性和開放性接口為加速器穩(wěn)定運(yùn)行提供了關(guān)鍵保障?！?/p>

—— **Wohl-Dietrich M?tter**，DESY項(xiàng)目負(fù)責(zé)人

德思特Raditeq RadiPower系列功率計(jì)

德思特多功能USB功率計(jì)TS-RadiPower是一款快速準(zhǔn)確的射頻功率頭，帶有USB接口，連接方便。TS-RadiPower功率計(jì)專為執(zhí)行脈沖、AM、FM、跟蹤模式和峰值功率測(cè)量而設(shè)計(jì)，可用于不同的測(cè)試環(huán)境。該系列頭可根據(jù)EMC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效的抗擾度測(cè)量。TS-RadiPower?消除了功率計(jì)速度這一瓶頸，可實(shí)現(xiàn)快速EMC測(cè)量！

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審核編輯 黃宇