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A low-noise front-end for an X-band particle deflector at DESY
Zitierlink: https://doi.org/10.15480/882.4402
Publikationstyp
Doctoral Thesis
Date Issued
2022
Sprache
English
Author(s)
Advisor
Referee
Title Granting Institution
Technische Universität Hamburg
Place of Title Granting Institution
Hamburg
Examination Date
2022-03-03
Institut
TORE-DOI
Citation
Technische Universität Hamburg (2022)
Peer Reviewed
false
In dieser Arbeit wird ein low-level-RF (LLRF)-System für die neuartige polarisierbare transversal ablenkende Struktur PolariX TDS entwickelt, installiert und an der FLASHForward-Beamline bei DESY in Betrieb genommen. Die PolariX TDS arbeitet im X-Band bei 12 GHz und erfordert ein LLRF-System, das Signale in diesem Frequenzband messen und verarbeiten kann. Mit einem Ansatz zur Wiederverwendung des bereits existierenden S-Band LLRF-Systems, das Signale bei 3 GHz verarbeiten kann, wird neue Hardware entwickelt, die HF-Signale zwischen 12 GHz und 3 GHz umwandelt.
Die zugrundeliegenden Komponenten dieser Konvertierungshardware sind HF-Mischer, Filter, Verstärker und Frequenzvervielfacher. Verschiedene Kandidaten für all diese Komponenten werden charakterisiert und hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften verglichen. Da die endgültige Systemleistung stark vom Phasenrauschen abhängt, wird das Hauptaugenmerk der Charakterisierung auf dieses gelegt.
Mit den ausgewählten Komponenten werden Leiterplatten entworfen, simuliert, produziert und in hermetisch dichte Gehäuse verpackt, bevor sie in 19"-Module eingebaut werden. Nach der Fertigstellung werden die Module ebenfalls im Labor charakterisiert.
Als letzter Schritt wird der Prototyp der PolariX TDS zusammen mit dem entwickelten LLRF-System in der FLASHForward-Beamline installiert. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme werden erste Messungen im laufenden Beschleuniger durchgeführt. Zur Analyse des Kurzzeitverhaltens werden mögliche Verfahren zur Eliminierung der Langzeiteffekte durchgeführt.
Die Aktorkette, bestehend aus LLRF-System, Klystron und dessen Vorverstärker, wird vermessen und charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen eine gewisse Diskrepanz zwischen erwarteten und gemessenen Werten und es wird eine Analyse möglicher Quellen des Problems durchgeführt.
Mit Hilfe von strahlbasierten Messungen wird eine Beziehung zwischen der HF und dem Strahl hinsichtlich Phasen- und Amplitudenrauschen untersucht. Dies zeigt eine gute Leistung des Gesamtsystems hinsichtlich der kurzzeitigen Phasenstabilität im Allgemeinen. Es werden jedoch kleine Abweichungen vom erwarteten Verhalten gesehen, analysiert und Verfahren zu deren Behebung vorgeschlagen. Analysen des Langzeitverhaltens zeigen einen groÿen Unterschied zwischen den HF- und den strahlbasierten Messungen, dessen Ursachen noch Gegenstand der Forschung sind.
Obwohl nicht so wichtig wie das Phasenrauschen, wird auch das Amplitudenrauschen untersucht und ähnlich wie beim Langzeitverhalten zeigt die gemessene HF eine bessere Leistung als die strahlbasierten Messungen.
Die zugrundeliegenden Komponenten dieser Konvertierungshardware sind HF-Mischer, Filter, Verstärker und Frequenzvervielfacher. Verschiedene Kandidaten für all diese Komponenten werden charakterisiert und hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften verglichen. Da die endgültige Systemleistung stark vom Phasenrauschen abhängt, wird das Hauptaugenmerk der Charakterisierung auf dieses gelegt.
Mit den ausgewählten Komponenten werden Leiterplatten entworfen, simuliert, produziert und in hermetisch dichte Gehäuse verpackt, bevor sie in 19"-Module eingebaut werden. Nach der Fertigstellung werden die Module ebenfalls im Labor charakterisiert.
Als letzter Schritt wird der Prototyp der PolariX TDS zusammen mit dem entwickelten LLRF-System in der FLASHForward-Beamline installiert. Nach erfolgreicher Inbetriebnahme werden erste Messungen im laufenden Beschleuniger durchgeführt. Zur Analyse des Kurzzeitverhaltens werden mögliche Verfahren zur Eliminierung der Langzeiteffekte durchgeführt.
Die Aktorkette, bestehend aus LLRF-System, Klystron und dessen Vorverstärker, wird vermessen und charakterisiert. Die Ergebnisse zeigen eine gewisse Diskrepanz zwischen erwarteten und gemessenen Werten und es wird eine Analyse möglicher Quellen des Problems durchgeführt.
Mit Hilfe von strahlbasierten Messungen wird eine Beziehung zwischen der HF und dem Strahl hinsichtlich Phasen- und Amplitudenrauschen untersucht. Dies zeigt eine gute Leistung des Gesamtsystems hinsichtlich der kurzzeitigen Phasenstabilität im Allgemeinen. Es werden jedoch kleine Abweichungen vom erwarteten Verhalten gesehen, analysiert und Verfahren zu deren Behebung vorgeschlagen. Analysen des Langzeitverhaltens zeigen einen groÿen Unterschied zwischen den HF- und den strahlbasierten Messungen, dessen Ursachen noch Gegenstand der Forschung sind.
Obwohl nicht so wichtig wie das Phasenrauschen, wird auch das Amplitudenrauschen untersucht und ähnlich wie beim Langzeitverhalten zeigt die gemessene HF eine bessere Leistung als die strahlbasierten Messungen.
Subjects
Particle accelerators
Radio frequency
X-Band
Transverse Deflecting Structure
PolariX
DDC Class
530: Physik
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Dateiname
Reukauff_Matthias_A_low-noise_front-end_for_an_X-band_particle_deflector_at_DESY_Digital.pdf
Größe
81.51 MB
Format
Adobe PDF