? 一、項目背景

歐洲XFEL（X射線自由電子激光裝置）是國際領先的大科學裝置，其超導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行性能測試，為了進行這些試驗，DESY建造了一個新的實驗設施——AMTF（加速器模塊測試設施）。

為確保AMTF的高效運行，需對150個射頻功率測量設備進行長期穩(wěn)定監(jiān)測，且需滿足以下嚴苛要求：

?短脈沖的峰值RF功率測量:2μs至2ms

?重復率為100毫秒至1秒

?高動態(tài)(>55dB):正向校準≤1 kW，調理高達≥ 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整，以確保無誤差測量

?數據采集系統(tǒng)的開放接口

二、項目挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)功率測量設備存在操作復雜、成本高昂、適應性差等問題，而歐洲XFEL的測試需求包括：

1. 腔體與耦合器功率調節(jié)：

- 從20μs脈沖起始，逐步提升至1.3ms，功率從0增至1MW

- 重復頻率2Hz，需實時監(jiān)控反射/傳輸功率

2. 加速場校準：

- 每周期需同步測量前向功率（Pforward）、反射功率（Preflected）等5類參數

三、方案介紹

為了在空腔中達到盡可能高的加速場，必須相應地調節(jié)RF部件，例如RF功率耦合器。這種調節(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)定運行。

整個調節(jié)過程由復雜的軟件控制，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險。

在RF部件已經被調節(jié)之后，空腔的發(fā)射功率必須被校準到空腔的加速場。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，對于整個測試設備，我們必須能夠同時測量120個校準的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系列功率計設備，與DESY合作開發(fā)出了優(yōu)化的功率測量設備，其核心優(yōu)勢包括：

?一體化測量：單設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臺設備通過USB集線器組網，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，完美匹配腔體調節(jié)需求

●150臺設備已部署至DESY所有測試站

圖3.運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)定運行提供了關鍵保障?！?/p>

—— **Wohl-Dietrich M?tter**，DESY項目負責人

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計，可用于不同的測試環(huán)境。該系列頭可根據EMC標準進行有效的抗擾度測量。TS-RadiPower?消除了功率計速度這一瓶頸，可實現快速EMC測量！

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審核編輯 黃宇