高频腔性能测试

同步辐射用高频腔可分为有源腔与无源腔。有源腔用于补充电子束团因产生同步辐射而损失的能量,无源腔通过电子束团在其中的谐振调节电子束团的动力学行为,提高电子束流的托歇克(Touschek)寿命。 本实验基于合肥光源提供的一个有源高频腔和上海光源提供的两个无源高频腔(其中一个由铌超导材料制成)进行高频腔相关性能测量与分析。

实验室介绍

高频腔性能测试实验的实验室位于物理楼328房间。

实验室可提供的主要器材

  • Agilent ENA 射频矢量网络分析仪

网络分析仪

  • 步进电机 缆线 各种体积微扰体等
  • 三个高频腔。为讨论方便,这里为三个腔编号:1号腔为合肥光源提供的有源铜腔。当然,在本实验中,对所有的腔,网络分析仪即为测量时的激励源,除此之外并不存在其他的源。2号腔为上海光源提供的无源超导铌腔,3号腔为上海光源提供的无源铜腔。其中3号腔为两个半腔扣合,除以图中的方式结合成哑铃形外,也可反扣成类似1号和2号腔的锣形。

实验目的

学习并了解同步辐射用高频谐振腔的功能及性能参数的测量方法,测量3个腔体的谐振频率与中心轴上电场分布并分析数据。

实验原理

关于网络分析仪:

网络分析仪是本实验所用的主要设备,其上配置了一个信号发生器,可以对微波频段进行频率扫描测量。它有两个信号端口,都可以输出或输入信号。单端口测量状态下,将激励信号加在端口上,通过测量反射信号的幅度和相位,可以测量反射参数。双端口测量状态下,则可以测量阻抗等传输参数。网络分析仪设置模式及被测的物理量和相应的参数符号见表1。

本实验中,可以将两端口分别连接探针置于高频腔的两端,通过测量一个频段下信号在两端口间的传输强度S21;或封闭高频腔的一端,只在其中一端连接探针,测量发射信号传输到封闭端再反射回来的强度S11,可以测量高频腔的谐振频率f;通过测量在加入不同微扰块后的谐振频率,可以测量高频腔中的电场分布。

测量原理:

谐振频率:在腔体两端口处分别连接一探针,固定于高频腔的两端。将网络分析仪定标之后,测量一个频率范围内两端口间的传输信号强度S21与频率的关系曲线,高频腔的高次模式虽然都不在中间腔区域内谐振,但在束流管的两端可以产生共振,造成两探针间传输信号强度的吸收峰。实验中基频即为谐振频率;其他谐振峰为高次模的谐振。

中心轴线电场分布:根据Slater微扰法理论,微扰体引起的频率偏移由当地的电场和磁场的强度决定,即:

其中K1、K2、K3、K4是常数,E、H分别是电场和磁场,式中已标明其分量方向。通过选择不同性质的微扰体,使其只对所关心的模式的某个分量起作用,这样频率偏移量就能反映场分量的幅值。测量频率偏移量,就能得到电场相对强度的分布,其满足的关系为:

实验内容

1.测量三个腔体的谐振频率并对测量中网络分析仪上出现的曲线给出解释(如除谐振频率外的峰代表什么?)

2.测量三个腔体中心轴线上的相对电场分布,作出电场分布图。

实验拓展

1.在三个腔体的测量中,你有没有发现3号腔的测量比其他两个腔困难得多?如果有,具体表现在哪些地方?你认为这些困难是什么原因造成的?你能否提出新的测量方案来改进?

2.实验中所用的探针长度和微扰体的尺寸对测量工作有什么影响?如何选择最合适的探针长度和微扰体尺寸?用控制变量法设计相关实验来验证你的想法。

3.设计实验方案来测量1号腔和2号腔的品质因数。

参考文献

 
exp/highfrequency.txt · 最后更改: 2012/10/27 22:16 由 xy-zhang
 
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