? 一、項目背景

歐洲XFEL（X射線自由電子激光裝置）是國際領(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試臺上進(jìn)行性能測試，為了進(jìn)行這些試驗，DESY建造了一個新的實驗設(shè)施——AMTF（加速器模塊測試設(shè)施）。

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

?短脈沖的峰值RF功率測量:2μs至2ms

?重復(fù)率為100毫秒至1秒

?高動態(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)

?沒有針對不同操作模式的新調(diào)整，以確保無誤差測量

?數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的開放接口

二、項目挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)功率測量設(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，需實時監(jiān)控反射/傳輸功率

2. 加速場校準(zhǔn)：

- 每周期需同步測量前向功率（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，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)是通過隨時間緩慢增加RF功率和脈沖長度來完成的，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，以確保組件不受損害或破壞。在此調(diào)節(jié)過程中，最重要的信號是不同的RF功率值。功率測量必須隨時提供實際功率值一一錯誤的值可能會導(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。

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。對于每個腔，五個不同的功率值是正向P、反射P、透射P、PHOM1、PHOM2。每個模塊包含八個空腔，并且AMTF有三個模塊試驗臺。因此，對于整個測試設(shè)備，我們必須能夠同時測量120個校準(zhǔn)的RF功率值(圖1)。

圖1.AMTF模塊試驗臺功率測量框圖

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

?一體化測量：單設(shè)備同時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：自動讀取峰值后重置，實時記錄歷史最大值

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

圖2.AMTF模塊試驗臺的10個德思特Raditeq RadiPower系列功率計陣列

實測效果

●功率曲線測量動態(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臺設(shè)備已部署至DESY所有測試站

圖3.運(yùn)行期間閃光腔處反射功率的軌跡

客戶評價

“德思特Raditeq的解決方案簡化了我們復(fù)雜的功率測量流程，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項目負(fù)責(zé)人

德思特Raditeq RadiPower系列功率計

德思特多功能USB功率計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功率計專為執(zhí)行脈沖、AM、FM、跟蹤模式和峰值功率測量而設(shè)計，可用于不同的測試環(huán)境。該系列頭可根據(jù)EMC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效的抗擾度測量。TS-RadiPower?消除了功率計速度這一瓶頸，可實現(xiàn)快速EMC測量！

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審核編輯 黃宇