Project of 181 MHz cavity with higher order modes damping
The project of 181 MHz RF cavity with damped higher-order modes is presented. The cavity shape is a pill-box like. Higher-order modes damping is carried out using 6 waveguide loads, which are connected to one flat cavity wall by 6 rectangular waveguides. For accelerating mode they are cutoff waveg...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2008 |
| Автори: | , , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2008
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111399 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Project of 181 MHz cavity with higher order modes damping / Y.A. Biryuchevsky, A.A. Bushuev, O.I. Deichuli, E.K. Kendjebulatov, N.V. Mityanina, V.M. Petrov, E.A. Rotov // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 3. — С. 116-118. — Бібліогр.: 8 назв. — англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-111399 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Biryuchevsky, Y.A. Bushuev, A.A. Deichuli, O.I. Kendjebulatov, E.K. Mityanina, N.V. Petrov, V.M. Rotov, E.A. 2017-01-09T18:47:17Z 2017-01-09T18:47:17Z 2008 Project of 181 MHz cavity with higher order modes damping / Y.A. Biryuchevsky, A.A. Bushuev, O.I. Deichuli, E.K. Kendjebulatov, N.V. Mityanina, V.M. Petrov, E.A. Rotov // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 3. — С. 116-118. — Бібліогр.: 8 назв. — англ. 1562-6016 PACS: 29.17+w https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111399 The project of 181 MHz RF cavity with damped higher-order modes is presented. The cavity shape is a pill-box like. Higher-order modes damping is carried out using 6 waveguide loads, which are connected to one flat cavity wall by 6 rectangular waveguides. For accelerating mode they are cutoff waveguides. For effective coupling with higher-order modes waveguides are united in pairs. Three waveguide pairs are located azimuthally by 120 degrees. The results of the cavity numerical calculations and of the RF measurements for a scaled model are given. Представлено проект резонатора із подавлюванням вищих мод на частоту 181 МГц. Резонатор має форму, близьку до циліндричної. Демпфірування вищих мод здійснюється 6 хвилеводними навантажуваннями, приєднаними до однієї із плоских стінок резонатора за допомогою 6 хвилеводів прямокутного перетину. Для робочої моди резонатора хвилеводи є позамежовими. Для ефективного зв'язку з вищими модами, хвилеводи об'єднані попарно. Пари хвилеводів розташовані рівномірно по азимуту через 1200. Приводяться результати чисельного моделювання резонатора. Описано результати ВЧ-виміров на масштабному макеті. Представлен проект резонатора с подавлением высших мод на частоту 181 МГц. Резонатор имеет форму, близкую к цилиндрической. Демпфирование высших мод осуществляется 6-ю волноводными нагрузками, присоединенными к одной из плоских стенок резонатора с помощью 6-ти волноводов прямоугольного сечения. Для рабочей моды резонатора волноводы являются запредельными. Для эффективной связи с высшими модами, волноводы объединены попарно. Пары волноводов расположены равномерно по азимуту через 1200. Приводятся результаты численного моделирования резонатора. Описаны результаты ВЧ-измерений на масштабном макете. en Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Физика и техника ускорителей Project of 181 MHz cavity with higher order modes damping Проект резонатора із подавлюванням вищих мод на частоту 181 МГц Проект резонатора с подавлением высших мод на частоту 181 МГц Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Project of 181 MHz cavity with higher order modes damping |
| spellingShingle |
Project of 181 MHz cavity with higher order modes damping Biryuchevsky, Y.A. Bushuev, A.A. Deichuli, O.I. Kendjebulatov, E.K. Mityanina, N.V. Petrov, V.M. Rotov, E.A. Физика и техника ускорителей |
| title_short |
Project of 181 MHz cavity with higher order modes damping |
| title_full |
Project of 181 MHz cavity with higher order modes damping |
| title_fullStr |
Project of 181 MHz cavity with higher order modes damping |
| title_full_unstemmed |
Project of 181 MHz cavity with higher order modes damping |
| title_sort |
project of 181 mhz cavity with higher order modes damping |
| author |
Biryuchevsky, Y.A. Bushuev, A.A. Deichuli, O.I. Kendjebulatov, E.K. Mityanina, N.V. Petrov, V.M. Rotov, E.A. |
| author_facet |
Biryuchevsky, Y.A. Bushuev, A.A. Deichuli, O.I. Kendjebulatov, E.K. Mityanina, N.V. Petrov, V.M. Rotov, E.A. |
| topic |
Физика и техника ускорителей |
| topic_facet |
Физика и техника ускорителей |
| publishDate |
2008 |
| language |
English |
| container_title |
Вопросы атомной науки и техники |
| publisher |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Проект резонатора із подавлюванням вищих мод на частоту 181 МГц Проект резонатора с подавлением высших мод на частоту 181 МГц |
| description |
The project of 181 MHz RF cavity with damped higher-order modes is presented. The cavity shape is a pill-box
like. Higher-order modes damping is carried out using 6 waveguide loads, which are connected to one flat cavity
wall by 6 rectangular waveguides. For accelerating mode they are cutoff waveguides. For effective coupling with
higher-order modes waveguides are united in pairs. Three waveguide pairs are located azimuthally by 120 degrees.
The results of the cavity numerical calculations and of the RF measurements for a scaled model are given.
Представлено проект резонатора із подавлюванням вищих мод на частоту 181 МГц. Резонатор має форму, близьку до циліндричної. Демпфірування вищих мод здійснюється 6 хвилеводними навантажуваннями, приєднаними до однієї із плоских стінок резонатора за допомогою 6 хвилеводів прямокутного перетину. Для робочої моди резонатора хвилеводи є позамежовими. Для ефективного зв'язку з вищими модами, хвилеводи об'єднані попарно. Пари хвилеводів розташовані рівномірно по азимуту через 1200. Приводяться результати чисельного моделювання резонатора. Описано результати ВЧ-виміров на масштабному макеті.
Представлен проект резонатора с подавлением высших мод на частоту 181 МГц. Резонатор имеет форму, близкую к цилиндрической. Демпфирование высших мод осуществляется 6-ю волноводными нагрузками, присоединенными к одной из плоских стенок резонатора с помощью 6-ти волноводов прямоугольного сечения. Для рабочей моды резонатора волноводы являются запредельными. Для эффективной связи с высшими модами, волноводы объединены попарно. Пары волноводов расположены равномерно по азимуту через 1200. Приводятся результаты численного моделирования резонатора. Описаны результаты ВЧ-измерений на масштабном макете.
|
| issn |
1562-6016 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/111399 |
| citation_txt |
Project of 181 MHz cavity with higher order modes damping / Y.A. Biryuchevsky, A.A. Bushuev, O.I. Deichuli, E.K. Kendjebulatov, N.V. Mityanina, V.M. Petrov, E.A. Rotov // Вопросы атомной науки и техники. — 2008. — № 3. — С. 116-118. — Бібліогр.: 8 назв. — англ. |
| work_keys_str_mv |
AT biryuchevskyya projectof181mhzcavitywithhigherordermodesdamping AT bushuevaa projectof181mhzcavitywithhigherordermodesdamping AT deichulioi projectof181mhzcavitywithhigherordermodesdamping AT kendjebulatovek projectof181mhzcavitywithhigherordermodesdamping AT mityaninanv projectof181mhzcavitywithhigherordermodesdamping AT petrovvm projectof181mhzcavitywithhigherordermodesdamping AT rotovea projectof181mhzcavitywithhigherordermodesdamping AT biryuchevskyya proektrezonatoraízpodavlûvannâmviŝihmodnačastotu181mgc AT bushuevaa proektrezonatoraízpodavlûvannâmviŝihmodnačastotu181mgc AT deichulioi proektrezonatoraízpodavlûvannâmviŝihmodnačastotu181mgc AT kendjebulatovek proektrezonatoraízpodavlûvannâmviŝihmodnačastotu181mgc AT mityaninanv proektrezonatoraízpodavlûvannâmviŝihmodnačastotu181mgc AT petrovvm proektrezonatoraízpodavlûvannâmviŝihmodnačastotu181mgc AT rotovea proektrezonatoraízpodavlûvannâmviŝihmodnačastotu181mgc AT biryuchevskyya proektrezonatoraspodavleniemvysšihmodnačastotu181mgc AT bushuevaa proektrezonatoraspodavleniemvysšihmodnačastotu181mgc AT deichulioi proektrezonatoraspodavleniemvysšihmodnačastotu181mgc AT kendjebulatovek proektrezonatoraspodavleniemvysšihmodnačastotu181mgc AT mityaninanv proektrezonatoraspodavleniemvysšihmodnačastotu181mgc AT petrovvm proektrezonatoraspodavleniemvysšihmodnačastotu181mgc AT rotovea proektrezonatoraspodavleniemvysšihmodnačastotu181mgc |
| first_indexed |
2025-11-27T05:40:41Z |
| last_indexed |
2025-11-27T05:40:41Z |
| _version_ |
1850799548776054784 |
| fulltext |
____________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SCIENCE AND TECHNOLOGY. 2008. № 3.
Series: Nuclear Physics Investigations (49), p.116-118.
116
PROJECT OF 181 MHz CAVITY WITH HIGHER ORDER MODES
DAMPING
Yu.A. Biryuchevsky, A.A. Bushuev, O.I. Deichuli, E.K. Kendjebulatov, N.V. Mityanina,
V.M. Petrov, E.A. Rotov
The Budker Institute of Nuclear Physics, 11 Lavrentyev Prospect, Novosibirsk, 630090, Russia
E-mail: Kendjebulatov@mail.ru
The project of 181 MHz RF cavity with damped higher-order modes is presented. The cavity shape is a pill-box
like. Higher-order modes damping is carried out using 6 waveguide loads, which are connected to one flat cavity
wall by 6 rectangular waveguides. For accelerating mode they are cutoff waveguides. For effective coupling with
higher-order modes waveguides are united in pairs. Three waveguide pairs are located azimuthally by 120 degrees.
The results of the cavity numerical calculations and of the RF measurements for a scaled model are given.
PACS: 29.17+w
1. INTRODUCTION
Higher order modes (HOM) damped accelerating RF
cavities are widely used for multibunch instabilities
damping in colliders. For VEPP-4 collider a possibility
of substitution of usual "multi modes" RF cavities by
their "single mode" analogues have been considered.
One version of such "single mode" RF cavity is de-
scribed in this paper. The cavity frequency is equal to
181 MHz and cavity longitudinal size is about usual
cavity. This allows to minimize necessary changes in
colliders elements design.
Commonly used way of HOM damping is to guaran-
tee HOM RF loss in a load, which is joined to cavity by
a waveguide, which cutoff frequency is above cavity
fundamental mode frequency [1]. In proposed cavity
design an original HOM coupling elements are used.
This simplifies choice of waveguide-to-cavity joining
place and allows designing "single mode" RF cavity,
which satisfies laid requirements and is based on design
of BINP usual bimetal RF cavity [3].
2. RF CAVITY DESIGN
2.1. BASIC ELEMENTS OF RF CAVITY DESIGN
The cavity design is shown on Fig.1. Cavity base is
a bimetal RF cavity body, which is a copy of Race-
Track Microtron-Recuperator RF cavity [2,3]. One cavi-
ty wall has conical shape. This provides a little wall
deformation under atmospheric pressure (Fig.1.pos.1).
Another cavity wall has flat shape and is protected from
atmospheric pressure by additional pumped shielding
volume. Three waveguide pairs, throughout which
HOM RF power passes to loads (Fig.1.pos.6), are joined
to this wall and allocated azimuthally by 120 degrees
(Fig.1.pos.4). Waveguide loads have a poorly conduct-
ing ceramic (KT-30, [6]) elements as RF power absor-
ber. In BINP there is a reliable experience of using simi-
lar waveguide loads at building of HOM damped cavi-
ties [4,5]. The waveguides are cutoff for cavity funda-
mental mode and have sufficient length; therefore fun-
damental mode RF fields can not reach waveguide
loads. All others cavity parts are fully like Race-Track
Microtron-Recuperator cavity ones. There are:
• Cavity main coupler, which has a coaxial design
and cylindrical alumina ceramic RF window
(Fig.1.pos.3).
• Coaxial feeding line, which has a wave impedance
of 75 Ohm. The diameters of its outer and inner conduc-
tors are 160 mm and 45 mm respectively (Fig.1.pos.3).
• Two main tuners, which are used for tuning cavity
fundamental mode (Fig.1.pos.2).
• Cavity pick-up loop, which provides an electrical
signals used by RF control system to operate cavity
fundamental mode frequency and accelerating voltage.
Fig.1. Design of HOM damped cavity:
1 - body of bimetal (copper clad stainless steel) RF
cavity, 2 - main cavity tuners, 3 - cavity main coupler
and a part of feeder, 4 - waveguide section for HOM
damping, 5 - pumped shielding cavity, 6 - waveguide
HOM loads
2.2. HOM COUPLING
An arrangement of HOM coupling and tuning ele-
ments on the flat cavity wall is shown in Fg.2. A pecu-
liarity of this cavity design is that, every waveguide
section consists of two waveguides with rectangular
cross-section, which have a common wide wall
(Fig.2.pos.2). These common wide walls have parts,
which continue into RF cavity and are antennae
(Fig.2.pos.3). This waveguide sections design provide
effective coupling with HOM at various patterns of
HOM RF field (Fig.3). This simplifies choice of coupl-
ing hole place on RF cavity shape.
117
Fig.2. Flat cavity wall with HOM coupling and tuning
elements:
1 - RF cavity flat wall, 2 - HOM coupling holes of one
waveguide section, 3 - HOM coupling antenna of wave-
guide sections, 4 - cavity HOM tuners
Fig.3. Waveguide section excitement by HOM fields:
a) sin-phase excitement, b) anti-phase excitement
2.3. HOM TUNING ELEMENTS
Fixed HOM tuning elements (Fig.2.pos.4) allow to
increase a coupling with dampers and to decrease a longi-
tudinal impedances of two HOM, which frequencies
equal 423 MHz and 485 MHz, and which have a complex
fields patterns (cylindrical cavity TM020 & TM310 hybr-
ids, Fig.4, Microwave Studio [7] simulation).
Fig.4. Longitudinal electric field multiplier patterns of
HOM with longitudinal impedance ~ 1 kOhm
3. NUMERICAL SIMULATION
3-D numerical simulation was made with Micro-
wave Studio [7]. A calculated spectrum up to 900 MHz
consists of about 150 modes. Some cavity simulation
results are given in Table.
HOM damped cavity parameters
Cavity size: length x height x
width
1400 x 2400 x
2700 mm
Necessary length of beam tube 1000 mm
Fundamental mode parameters
Frequency 181 MHz
Tuning range of frequency 300 kHz
Quality factor (Q) 34000…36000
Transit time factor (τ) 0.86
Effective impedance (ρ·τ2) 112 Ohm
Shunt impedance (ρ·τ2·Q) 3.8…4.0 MOhm
Wall loss at Uaccel = 850 kV 90…95 kW
HOM (up to 900 MHz) parameters
Max ║ (ρ·τ2) ≤ 20 Ohm
Max ║ (ρ·τ2·Q) ≤ 1 kOhm
Max ┴ (ρ·τ2) ≤ 800 Ohm/m
Max ┴ (ρ·τ2·Q) ≤ 30 kOhm/m
4. SCALE-MODEL MEASUREMENT RESULTS
For investigating cavity HOM spectra simplified cavi-
ty scale-model (scale is 1:5) was made (Fig.5 down).
Transmission coefficient S12 between two capacitance
probes placed on model axis was measured by vector
analyzer. Measured frequency span is 500…8500 MHz.
Fig.5. HOM spectra measurement of bimetal RF cavity
(up) and HOM damped RF cavity (down) scale-models
Measurement results are shown on Fig.6. According to
this data we can consider that real cavity HOM will
been damped effectively up to frequency about
1300 MHz. Measurement results of bimetal cavity
scale-model (Fig.5 up) are given on Fig.7 to compare.
Fig.6. HOM damped RF cavity scale-model spectrum
118
Fig.7. Bimetal RF cavity scale-model spectrum
CONCLUSION
Some estimates of beam longitudinal oscillation in-
crements, which are caused by interaction between a
beam and HOM of 6 accelerating cavities, were made
for VEPP-4 collider (method is given in [8]). These es-
timates shown that substitution of existing "multi mod-
es" RF cavities by described "single mode" ones can
increase maximum increments by:
• about 3000 times, at collider operating energy of
1.56 GeV, accelerating voltage of 400 kV and beam
current of 4*3 mA (2e,2p).
• about 30 times, at collider operating energy of
5 GeV, accelerating voltage of 5100 kV and beam cur-
rent of 4*40 mA (2e,2p).
REFERENCES
1. H. Padamsee. Review of experience with HOM
damped cavities.
http://accelconf.web.cern.ch/accelconf/e98/PAPERS
/THX02B.PDF
2. V.S. Arbuzov, et al. RF System of the Race-Track
Microtron-Recuperator for High Power Free Elec-
tron Laser //Problems of Atomic Science and Tech-
nology. Issue: “Nuclear-Physics Research” (38).
2001, №3, p.89-91.
3. N. Gavrilov, et al. RF Cavity for the Novosibirsk
Race-Track Microtron-Recuperator: Budker INP
preprint 94-92, Novosibirsk, 1994.
4. V. Volkov, et al. Single mode RF cavity for VEPP-
2000 storage ring based collider // Proc. of EPAC
2004. Lucerne, Switzerland.
5. V.S. Arbuzov, et al. Commissioning of the new RF
system with HOM damped RF cavity // Proc. of
PAC 2005. Knoxville, Tennessee.
6. В.Н. Волков и др. Высокочастотная нагрузка
высших мод одномодового резонатора на
178 МГц: Препринт ИЯФ 2002-37, Новосибирск,
2002.
7. CST Microwave Studio. http://www.cst.com
8. N.V. Mityanina. The stability of multipole longitu-
dinal oscillation of multibunch beams in storage
rings with the account of beam coupling with the en-
vironment: Budker INP preprint 99-46, Novosibirsk,
1999.
ПРОЕКТ РЕЗОНАТОРА С ПОДАВЛЕНИЕМ ВЫСШИХ МОД НА ЧАСТОТУ 181 МГц
Ю.А. Бирючевский, А.А. Бушуев, О.И. Дейчули, Е.К. Кенжебулатов, Н.В. Митянина, В.М. Петров,
Е.А. Ротов
Представлен проект резонатора с подавлением высших мод на частоту 181 МГц. Резонатор имеет форму,
близкую к цилиндрической. Демпфирование высших мод осуществляется 6-ю волноводными нагрузками,
присоединенными к одной из плоских стенок резонатора с помощью 6-ти волноводов прямоугольного сече-
ния. Для рабочей моды резонатора волноводы являются запредельными. Для эффективной связи с высшими
модами, волноводы объединены попарно. Пары волноводов расположены равномерно по азимуту через
1200. Приводятся результаты численного моделирования резонатора. Описаны результаты ВЧ-измерений на
масштабном макете.
ПРОЕКТ РЕЗОНАТОРА ІЗ ПОДАВЛЮВАННЯМ ВИЩИХ МОД НА ЧАСТОТУ 181 МГц
Ю.А. Бирючевський, А.А. Бушуєв, О.І. Дейчулі, Є.К. Кенжебулатов, Н.В. Мітяніна, В.М. Петров,
Є.А. Ротов
Представлено проект резонатора із подавлюванням вищих мод на частоту 181 МГц. Резонатор має фор-
му, близьку до циліндричної. Демпфірування вищих мод здійснюється 6 хвилеводними навантажуваннями,
приєднаними до однієї із плоских стінок резонатора за допомогою 6 хвилеводів прямокутного перетину. Для
робочої моди резонатора хвилеводи є позамежовими. Для ефективного зв'язку з вищими модами, хвилеводи
об'єднані попарно. Пари хвилеводів розташовані рівномірно по азимуту через 1200. Приводяться результати
чисельного моделювання резонатора. Описано результати ВЧ-виміров на масштабному макеті.
|