HLSⅡ储存环中束流横向四极振荡的激励和测量及相关研究

摘要

为了研究横向四极振荡对束流参数的影响，增进对束流产生的横向高阶尾场作用的理解，在HLSⅡ储存环中分别在单束团和多束团模式下对束流进行横向四极振荡的激励和测量，分析了短程横向四极尾场对单束团下横向四极振荡频率的影响。测量了由于注入不匹配导致的横向四极振荡。
　　本文首先调研了国内外研究现状，介绍了对束流进行横向四极振荡的激励和测量的不同方法。综合比较后，确定了在HLSⅡ储存环中对束流进行横向四极振荡激励和测量的实验方案，即分别选择使用条带型横向四极激励器和条带BPM作为激励和测量束流横向四极振荡的激励器和检测器。
　　对束流横向四极振荡的激励和测量相关理论进行介绍，首先对束流的运动进行介绍，重点介绍了对束流进行横向四极振荡的激励原理、激励方法和测量方法，分析了短程横向四极尾场对束流横向四极振荡的影响，最后对实验中用到的信号时频域分析原理做了简要介绍。
　　对条带型横向四极激励器进行结构参数优化设计，保证激励器中电极的特性阻抗与外部传输线的特性阻抗匹配，对条带激励器进行建模，分析计算激励器的电极端口反射参数。对条带型横向四极激励器的功能进行仿真，验证能激励起束流的横向四极振荡。对横向四极激励器进行机械加工、特性阻抗和端口反射参数的测量。
　　参考条带型横向四极激励器的设计方法，对条带BPM进行结构参数设计，在微波工作室(CST)中对条带BPM建模，分析条带BPM电极的耦合影响。在Matlab软件中应用边界元法对条带BPM进行建模，仿真计算了位置灵敏度和横向四极信号等参数。
　　搭建了条带BPM的离线标定平台，对条带BPM进行离线标定。对位置灵敏度进行计算，并与模拟仿真结果进行比较，发现不管是采用差比和法还是对数比法，误差都不超过3％;计算了两种方法对应的Mapping图以及拟合经验多项式公式;对条带BPM的电极和信号进行了离线标定，发现归一化和信号在区间(0mm，0mm)到(5mm，5mm)范围内变化不超过±6％，与模拟结果一致;最后对横向四极信号以及电极增益因子也进行了离线标定。
　　在HLSⅡ储存环中对束流进行横向四极振荡的激励和测量，搭建实验平台，分别在多束团和单束团下进行水平和垂直方向四极振荡的激励和测量;分析了短程横向四极尾场对单束团下横向四极振荡频率的影响;在注入时也基于条带BPM测量了束流横向四极振荡。另外基于条带BPM做了一些在线实验，包括束流位置、条带BPM电极增益因子等的测量。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．1．1 合肥光源概述

1．1．2 合肥光源重大维修改造工程

1．1．3 课题的研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 横向四极振荡的激励

1．2．2 横向四极振荡的测量

1．2．3 HLS Ⅱ储存环中束流横向四极振荡的激励和测量方案

1．3 论文主要内容和创新点

第二章 束流横向四极振荡的激励和测量相关理论

2．1 束流的运动

2．1．1 横向运动

2．1．2 纵向运动

2．1．3 束流横向运动和纵向运动的耦合

2．1．4 束流时域和频域信号分析

2．1．5 束流横向四极振荡和二极振荡的关系

2．2 束流横向四极振荡的激励

2．2．1 束流横向四极振荡的激励原理

2．2．2 束流横向四极振荡的不同激励方法

2．2．3 短程横向四极尾场对束流横向四极振荡的影响

2．3 束流横向四极振荡的测量

2．3．1 基于条带BPM的测量

2．3．2 基于磁四极检测器的测量

2．4 信号频域分析原理

2．4．1 模拟信号和数字信号的频域表示法

2．4．2 模拟信号的采样

第三章 条带型横向四极激励器的研制

3．1 条带型横向四极激励器的设计

3．1．1 横向四极激励器的结构参数设计

3．1．2 横向四极激励器的电极端口反射参数计算

3．1．3 横向四极激励器的功能仿真

3．2 横向四极激励器的机械加工及测试

3．2．1 TDR测量电极特性阻抗

3．2．2 电极端口反射参数的测量

第四章 HLS Ⅱ储存环条带BPM的设计计算与模拟仿真

4．1 条带BPM的设计

4．1．1 条带BPM的结构参数设计

4．1．2 条带BPM的电极耦合系数计算

4．2 条带BPM的模拟仿真计算

4．2．1 条带BPM的建模

4．2．2 条带BPM灵敏度模拟计算

4．2．3 条带BPM对应的Mapping图和多项式拟合

4．2．4 和信号仿真

4．2．5 横向四极信号仿真

4．3 条带BPM的机械加工

第五章 条带BPM的离线标定与电极增益因子的离线测量

5．1 条带BPM的离线标定

5．1．1 离线标定平台搭建

5．1．2 信号采集与处理系统

5．1．3 离线标定位置灵敏度

5．1．4 离线标定对应的Mapping图和多项式拟合

5．1．5 和信号离线标定

5．1．6 横向四极信号离线标定

5．2 条带BPM电极增益因子离线测量

5．2．1 条带BPM电极增益因子测量方法

5．2．2 条带BPM电极增益因子拟合误差分析

5．2．3 离线测量条带BPM电极增益因子

第六章 相关实验研究

6．1 横向四极振荡的激励和测量

6．1．1 实验平台的搭建

6．1．2 多束团下横向四极振荡的激励和测量

6．1．3 单束团下横向四极振荡的激励和测量

6．1．4 短程尾场对单束团下横向四极振荡频率的影响

6．1．5 注入时横向四极振荡的测量

6．2 基于条带BPM的束流参数测量

6．2．1 束流位置测量

6．2．2 条带BPM电极增益因子在线测量

6．2．3 束流流强测量

6．2．4 束流寿命测量

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文和参与的科研情况