[实用新型]一种超导腔垂直测试模式串扰抑制系统

说明书

本实用新型公开了一种超导腔垂直测试模式串扰抑制系统，包括自激环路，其包括功率源(1)、超导腔(5)和提取天线(19)；其特征在于，还包括一直接反馈自激控制环路，其包括依次连接的低通滤波器、限幅放大器、衰减器和移相器；所述提取天线(19)从超导腔(5)提取的微波信号分为两路，一路微波信号输入所述直接反馈自激控制环路，另一路微波信号经所述自激环路传输；其中所述直接反馈自激控制环路的移相器输出信号与所述自激环路输入所述功率源(1)之前的信号进行合路后输入到所述功率源(1)，驱动所述功率源(1)进行功率输出；所述低通滤波器用于过滤掉PI模式。本申请能够实现对超导腔性能的高精度稳定测量。

技术领域

本实用新型涉及一种超导腔垂直测试模式串扰抑制系统，属于粒子加速器、超导低温技术领域。

背景技术

超导腔垂直测试是超导腔研制过程中的关键环节，通过垂直测试来检验超导腔的性能是否达到设计指标，发现超导腔的问题，并为下一步超导腔的优化改进提供指导。超导腔垂直测试是在低温(一般2K或4K)液氦环境下对超导腔的RF性能和机械性能进行测试，测量及在工作温度下的加速梯度和Q值情况。

为了更深入的探索研究物质的深层次结构，揭示自然界的奥秘和规律，并推动基础研究在技术领域的应用，超导加速器成为科学家们关注的焦点。超导加速器能够在很短的距离内将粒子加速到较高的能量，可以让这些高能粒子对撞进行高能物理研究，也可以利用粒子发出的射线进行生命物质、材料结构的分析研究。因此国内外多个大型的超导加速器项目也应运而生，如美国正在建造的直线加速器相干光源项目(LCLS-II)、上海硬X射线自由电子激光装置(SHINE)、多个国家计划联合建造的未来国际直线对撞机项目(ILC)，以及由中科院高能所提出的未来环形对撞机等工程项目(CEPC)，这些项目都需要大量的高性能1.3GHz9-cell超导腔。

1.3GHz 9-cell超导腔的制造工艺复杂，配套低温设备等价格昂贵，运行成本高，因此需要进一步提高超导腔性能，减少超导腔的数量，降低超导加速器建造和运行的成本。超导腔性能的一个重要性能参数是超导腔的表面电阻，降低超导腔的表面电阻可以提升超导腔的Q₀值，减小低温损耗，超导腔也可以工作在更高的加速梯度下，从而达到降低成本的目的。但是当超导腔的Q值提升后，在超导腔测试过程中易发生其它模式的串扰，特别是7PI/9模式，会对超导腔的测试产生严重影响，超导腔的梯度无法长时间稳定在设定梯度，无法准确的测量超导腔的失超梯度，因此需要对超导腔的串扰模式进行抑制，以保证超导腔性能的精确测量。

目前国内外对于测量非高Q超导腔通用的测量方法是通过加滤波器，对超导腔的信号进行滤波，或是相位调整来抑制其它模式的干扰，这种方法对于高Q超导腔的7PI/9模式无法抑制；对于高Q超导腔采用快速加功率，快速切功率的方法进行超导腔的测试，在其它模式起来不高的情况下快速切掉功率，并未对模式串扰进行抑制，此种情况下超导腔不能稳定在高的梯度，无法精确测量超导腔的最高性能。如图1所示为常用的超导腔垂直测试低电平系统原理图。

通用超导腔垂直测试系统主要由测试的超导腔、滤波器、方向耦合器、限幅放大器、衰减器、放大器、鉴相器、移相器、频谱仪、示波器等设备组成。超导腔、滤波器、方向耦合器、限幅放大器、移相器，以及放大器构成自激的闭环环路，向超导腔内馈入微波功率，对超导腔进行测试。

此方案存在以下缺点和不足：

通过滤波器滤波和调整移相器无法对高Q多cell超导腔的垂直测试过程中的串扰模式进行有效抑制，特别是由场致发射引起的7PI/9模式，这严重的影响了超导腔的垂直性能测试，超导腔无法稳定的进行连续波的测试，无法精确的测量超导腔的最高失超梯度，对超导腔的进一步性能优化改进和提升也造成了一定影响。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种超导腔垂直测试模式串扰抑制系统，对1.3GHz 9-cell高Q超导腔测试过程中的串扰模式进行抑制，保证测试过程中PI模式的稳定，实现对1.3GHz 9-cell高Q超导腔性能的高精度稳定测量。