DB34DB34/T3240—2018超導回旋加速器諧振腔電壓分布測試方法SuperconductingcyclotronTestmethodofvoltagedistributionforradiofrequencycavity2018-12-29發布2019-01-29實施安徽省市場監督管理局發布I123方法原理根據諧振腔并聯分路阻抗測試理論，諧振腔可作為微波二端口網絡進行處理，根據傳輸矩陣原理及互易調件，分析了探針直接測量、探針并聯特性阻抗電阻測量這兩種情況的原理，并分別計算出下腔體并聯分路阻抗與傳輸系數的關系式。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見附錄A。4測試設備測試設備包括：a)矢量網絡分析儀及標準校準器件，矢量網絡分析儀宜為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)測試環境溫度應為10℃~35℃,空氣濕度應為40%～60%;b)諧振腔外殼及矢量網絡分析儀都需接地保護；c)絕緣要求：工裝條的材質表面電阻率應大于104MQ。6測試步驟6.1以腔體中心點為圓點以孔距15mm～30mm取若干等距的測量點，如圖1所示。6.2制備工裝條，依照測量點在工裝條上開孔，開孔直徑應大于探針直徑3mm～5mm。工裝條應貼合諧振腔Dee上下間隙。圖1測量點分布示意圖6.3打開矢量網絡分析儀，以腔體諧振頻率為中心頻率，頻寬宜設置為20MHz～50MHz,校準矢量網絡分析儀。6.4將矢量網絡分析儀1端口接入諧振腔耦合饋口，調節諧振腔的調諧結構使其達到諧振頻率，再調節腔體耦合結構使其達到臨界阻抗匹配狀態。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耦合饋口探針2端口2端口矢量網絡分析儀7.1根據附錄A式（A.24）R4Z0/S，由S21數據計算出腔體并聯分路阻抗。7.2根據附錄A式（A.30）RZP——腔體功率損耗，單位為瓦（WV——腔體Dee板某測量點處電壓，單位為瓦（WR——并聯分路阻抗，單位為歐姆(?)。根據腔體功率損耗不變，依據并聯分路阻抗Rp(Rp')的分布，計算出腔體電壓分布。45(資料性附錄)諧振腔并聯分路阻抗測試理論A.1矢量分析儀測量法基礎理論(基于探針直接測量)根據式(1),將測量加速電壓等效轉化為測量并聯分路阻抗。公式推導基于以下兩點假設：——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，腔體等效于并聯分路阻抗R。圖A.1諧振腔二端口網絡由上面假設，可以得出傳輸矩陣ABCD之間的關系：V?——網絡中端口1(PORTV?——網絡中端口2(PORTI?——網絡中端口1(PORTI,網絡中端口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諧振腔二端口網絡倒置矩陣令I?=0端口1開路時，............................AD-CB=1....................................(AB=0.......................................D=1/ξ(A.13).......................由散射S矩陣和傳輸A矩陣轉換關系可得：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根據基本理論的相關結論，使用新的傳輸矩陣（A.26最終可以得到并聯分路阻抗Z0SS