Microwave feeding system elements of superconducting linear collider cavities
The calculation and experimental results for a magic tee with movable choke plungers in Е- and Н -arms for tuning the coupling-factor and RF phase of high-power accelerating cavities are presented. The investigations were carried out at 1.3 GHz. The so-called E-H tuner shall provide the possibility...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Вопросы атомной науки и техники |
|---|---|
| Дата: | 2004 |
| Автори: | , , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Англійська |
| Опубліковано: |
Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України
2004
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79351 |
| 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: | Microwave feeding system elements of superconducting linear collider cavities / B.Yu. Bogdanovich, P.A. Bezkrovny, V.I. Kaminsky, M.V.Lalayan, N.P. Sobenin, D.A. Zavadtsev // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 2. — С. 84-86. — Бібліогр.: 2 назв. — англ. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859634882847703040 |
|---|---|
| author | Bogdanovich, B.Yu. Bezkrovny, P.A. Kaminsky, V.I. Lalayan, M.V. Sobenin, N.P. Zavadtsev, D.A. |
| author_facet | Bogdanovich, B.Yu. Bezkrovny, P.A. Kaminsky, V.I. Lalayan, M.V. Sobenin, N.P. Zavadtsev, D.A. |
| citation_txt | Microwave feeding system elements of superconducting linear collider cavities / B.Yu. Bogdanovich, P.A. Bezkrovny, V.I. Kaminsky, M.V.Lalayan, N.P. Sobenin, D.A. Zavadtsev // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 2. — С. 84-86. — Бібліогр.: 2 назв. — англ. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Вопросы атомной науки и техники |
| description | The calculation and experimental results for a magic tee with movable choke plungers in Е- and Н -arms for tuning the coupling-factor and RF phase of high-power accelerating cavities are presented. The investigations were carried out at 1.3 GHz. The so-called E-H tuner shall provide the possibility of independent external Q-factor and RF
phase adjustment for the TESLA cavity structures.
Приведено результати розрахунку й експериментального дослідження ЕН-узгоджувача і регульованих
спрямованих ответвителей, розраховані на роботу на частоті 1,3 ГГц при імпульсній потужності 1...5 М Вт.
Ен-узгоджувач дозволяє незалежно змінювати зовнішню добротність надпровідних прискорюючих
резонаторів лінійного надпровідних коллайдера TESLA і фазу хвилі, що підводять до резонаторів. У якості
такого узгоджувача імпедансів використовується погоджений подвійний хвильовий трійник, у плечах Е и Н
якого передбачені рухливі короткозамикачі.
Приведены результаты расчета и экспериментального исследования ЕН согласователя и регулируемых
направленных ответвителей, рассчитанные на работу на частоте 1,3 ГГц при импульсной мощности
1...5 МВт. ЕН-согласователь позволяет независимо изменять внешнюю добротность сверхпроводящих ускоряющих резонаторов линейного сверхпроводящего коллайдера TESLA и фазу волны, подводимой к резонаторам. В качестве такого согласователя импедансов используется согласованный двойной волноводный
тройник, в плечах Е и Н которого предусмотрены подвижные короткозамыкатели.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:14:55Z |
| format | Article |
| fulltext |
MICROWAVE FEEDING SYSTEM ELEMENTS OF
SUPERCONDUCTING LINEAR COLLIDER CAVITIES
B.Yu. Bogdanovich, P.A.Bezkrovny, V.I. Kaminsky, M.V.Lalayan, N.P. Sobenin,
D.A. Zavadtsev
Moscow Engineering Physics Institute (State University)
115409, Russia, Moscow, Kashirskoe shosse, 31
The calculation and experimental results for a magic tee with movable choke plungers in Е- and Н-arms for tun-
ing the coupling-factor and RF phase of high-power accelerating cavities are presented. The investigations were car-
ried out at 1.3 GHz. The so-called E-H tuner shall provide the possibility of independent external Q-factor and RF
phase adjustment for the TESLA cavity structures.
PACS: 29.20.-c
1. INTRODUCTION
The high-power RF distribution system of the elec-
tron-positron collider TESLA [1] is designed to ensure
independent external Q-adjustment of each supercon-
ducting cavity by a factor of 10 and also adjustment of
independent cavity RF phases. A further demand is the
individual adjustment possibility of the cavity power
feed. For this item adjustable waveguide couplers are
provided.
For Q and phase adjustment it is planned to use E-H-
tuners. An E-H-tuner is a Magic-T with a variable short-
ing plunger in each of the E- and H-arms. Such a tuner
allows an arbitrary load impedance transformation with-
in the whole Smith-chart area. In practice it is possible
to transform a reflection factor > 0.9 to a reflection
factor of 0 and to shift the RF phase over the ±1800
range. The transmission S21 can be adjusted between
0.98 and 0.03.
For matching the RF power distribution system to
cavities with different quench thresholds, the investiga-
tion of adjustable hybrid couplers is underway. For the
TESLA machine it is planned to feed 18 cavities with
one 5-MW klystron-output. Therefore waveguide
couplers having different coupling factors between 1/18
(12.6dB) and 1/2 (3.0 dB) with an adjustment range of ±
20% (±1 dB) are necessary. The directivity should not
be less than 25 dB. In a first step an adjustable 3 dB and
12.5 dB hybrid couplers are investigated because of
their maximum and minimum adjusting range.
2. E-H TUNER
Fig.1 shows a magic tee, matched to reflection factor
of <–28 dB, using inductive irises in the E- and H-arms
(3 and 4 respectively) [2].
The EH-tuner parameters dependence on manufac-
turing inaccuracy simulation was done. The maximum
tolerance is 0.5…1 mm. The fully operational EH-tuner
prototype was manufactured and tested. The calibration
was done and the main rf parameters were measured.
EH-tuner was matched by irises for reflection factors
S11 from all ports less than –30 dB. Being matched EH-
tuner was calibrated in low power rf network including
waveguide to coaxial adapters and Agilent Network An-
alyzer 8752. The calibration procedure included scatter-
ing matrix parameters S11 and S21 amplitude and phase
measurement in the whole plungers moving range being
equal half of wavelength.
Fig.1: Magic tee, matched using inductive irises
The calibration was done automatically under con-
trol of specially developed with LabVIEW computer
code. The calibration results are presented on fig.2.
They form the set of circles while one circle corre-
sponds to one plunger moving at the other hold its posi-
tion. The curves cover the whole diagram area. This in-
dicates that the EH–tuner developed is capable to pro-
vide practically any coupling between feeding waveg-
uide and accelerating cavity, provide the necessary ex-
ternal quality factor or match any load. There are two
different plungers positions yielding arbitrary load
match as demonstrated on fig.3.
___________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SIENCE AND TECHNOLOGY. 2004. 2.№
Series: Nuclear Physics Investigations (43), p.84-86. 84
Fig.2 Calibration results - S12
The necessary power capability for the E-H tuner is
280 kW x 1.3 ms pulse power with a totally reflecting
load. This corresponds to 1100 kW to a matched load.
Therefore it is important to provide optimum conditions
for the short circuit current at the sliding shorts and min-
imum field strength at sparking endangered locations.
The maximum field strength inside all the gaps does
not exceed 65% of the incident wave. The transmission
ratio RF leak / RF input is –65 dB in this design.
The choke plungers are motorized by stepping mo-
tors. In a calibration mode the computer moves both
plungers successively over the full sliding range defined
by limit sensors and measures the S-matrix via a net-
work-analyzer. Plunger positions and associated S-pa-
rameters are stored in a computer table. In the normal
operating mode the user can define desired S-parame-
ters, coupling factors or phases, which are then adjusted
automatically by the computer-controlled plungers.
The fully operational EH tuner prototype including
the waveguide tee, two movable plungers with actua-
tors, electronic control unit and the necessary software
and technical documentation were passed to DESY for
high power tests.
Fig.3. EH-tuner with load S11 reflection coefficient
versus plunger position. 82,011 =нS
3. ADJUSTABLE HYBRID COUPLERS
In order to demonstrate the coupler proposed suits
for the whole rf power feeding system the computer
simulation was done for two couplers with directivity of
12.6 dB and 3 dB. The simulation was done with HFSS
ver. 5.5 code.
Adjustable directional couplers for independent ad-
justment of RF input power for the TESLA cavity struc-
tures are investigated. The calculations show that the de-
scribed principle allows the design of a hybrid coupler
with an adjustable coupling factor over a range of 2 dB
with the directivity more than 29 dB - Table. The pa-
rameters are defined as following:
2
11SR = 2
14SC =
2
12
14
=
S
SD
Fig.4: Adjustable direction coupler with inductive
plungers
(1 – waveguide bridge, 2 – waveguide with mov-
able plunger, 3 – plunger positioning system with
end switches, 4 – step motor, 5 – waveguide bend,
6 – standard flange)
Parameter 3dB
coupler
12,5dB
coupler
Coupling factor C adjusting
range, dB
2…4 11.5…13.5
Plungers moving range, mm 32 18
Directivity D in full tuning
range, dB, less than
36 29
Input reflection coefficient
in adjusting range, dB, less
than
-39 -29
The waveguide with the plunger width is large than
the standard waveguide. Because of this fact the H10 and
H20 could propagate and the special plunger design was
necessary to ensure its electric strength. The small mov-
ing range of 30 mm allowed the membrane-type plunger
usage. It is more compact and easier to manufacture as
compared to the choke type. The membrane-type
plunger designed for hybrid coupler designed is present-
ed in fig.5. Two plungers are simultaneously positioned
with step motors.
___________________________________________________________
PROBLEMS OF ATOMIC SIENCE AND TECHNOLOGY. 2004. 2.№
Series: Nuclear Physics Investigations (43), p.84-86.85
Fig.5. Membrane based plunger for adjustable hy-
brid-coupler. Waveguide type 276 x 82.55 mm
REFERENCES
1. R. Brinkmann, G. Materlik, J. Rossbach, A. Wagn-
er. Conceptual Design of a 500 GeV e+e− Linear
Collider with Integrated X-ray Laser Facility,
DESY 1997-048, ECFA 1997-182, v.1.
2. M.A.Egorov, V.I.Kaminsky, D.A.Zavadtsev,
A.A.Zavadtsev Characteristics Calculation of Dir-
ectional Coupler for Accelerator High-Power
Feedes // Proc. of the 17-th Particle Accelerator
Conference, Alushta, Ukraine. 2001.
ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМЫ СВЧ ПИТАНИЯ СВЕРХПРОВОДЯЩИХ РЕЗОНАТОРОВ ЛИНЕЙНОГО
КОЛЛАЙДЕРА
Б.Ю. Богданович, П.А. Бескровный, В.И. Каминский, М.В. Лалаян, Н.П. Собенин, Д.А. Завадцев
Приведены результаты расчета и экспериментального исследования ЕН согласователя и регулируемых
направленных ответвителей, рассчитанные на работу на частоте 1,3 ГГц при импульсной мощности
1...5 МВт. ЕН-согласователь позволяет независимо изменять внешнюю добротность сверхпроводящих уско-
ряющих резонаторов линейного сверхпроводящего коллайдера TESLA и фазу волны, подводимой к резона-
торам. В качестве такого согласователя импедансов используется согласованный двойной волноводный
тройник, в плечах Е и Н которого предусмотрены подвижные короткозамыкатели.
ЕЛЕМЕНТИ СИСТЕМИ НВЧ ЖИВЛЕННЯ НАДПРОВІДНИХ РЕЗОНАТОРІВ ЛІНІЙНОГО
КОЛЛАЙДЕРА
. .БЮ Богданович, . .П А Безкровний, . .В І Каминский, . .М В Лалаян, . .Н П Собенин, . .ДА Завадцев
Приведено результати розрахунку й експериментального дослідження ЕН-узгоджувача і регульованих
спрямованих ответвителей, розраховані на роботу на частоті 1,3 ГГц при імпульсній потужності 1...5 МВт.
-Ен узгоджувач дозволяє незалежно змінювати зовнішню добротність надпровідних прискорюючих
резонаторів лінійного надпровідних коллайдера TESLA , і фазу хвилі що підводять .до резонаторів У якості
такого узгоджувача імпедансів використовується погоджений подвійний хвильовий , трійник у плечах Е и Н
якого передбачені рухливі короткозамикачі.
86
MICROWAVE FEEDING SYSTEM ELEMENTS OF
SUPERCONDUCTING LINEAR COLLIDER CAVITIES
Fig.2 Calibration results - S12
3. Adjustable Hybrid Couplers
References
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-79351 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1562-6016 |
| language | English |
| last_indexed | 2025-12-07T13:14:55Z |
| publishDate | 2004 |
| publisher | Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Bogdanovich, B.Yu. Bezkrovny, P.A. Kaminsky, V.I. Lalayan, M.V. Sobenin, N.P. Zavadtsev, D.A. 2015-03-31T14:13:30Z 2015-03-31T14:13:30Z 2004 Microwave feeding system elements of superconducting linear collider cavities / B.Yu. Bogdanovich, P.A. Bezkrovny, V.I. Kaminsky, M.V.Lalayan, N.P. Sobenin, D.A. Zavadtsev // Вопросы атомной науки и техники. — 2004. — № 2. — С. 84-86. — Бібліогр.: 2 назв. — англ. 1562-6016 PACS: 29.20.-c https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79351 The calculation and experimental results for a magic tee with movable choke plungers in Е- and Н -arms for tuning the coupling-factor and RF phase of high-power accelerating cavities are presented. The investigations were carried out at 1.3 GHz. The so-called E-H tuner shall provide the possibility of independent external Q-factor and RF phase adjustment for the TESLA cavity structures. Приведено результати розрахунку й експериментального дослідження ЕН-узгоджувача і регульованих спрямованих ответвителей, розраховані на роботу на частоті 1,3 ГГц при імпульсній потужності 1...5 М Вт. Ен-узгоджувач дозволяє незалежно змінювати зовнішню добротність надпровідних прискорюючих резонаторів лінійного надпровідних коллайдера TESLA і фазу хвилі, що підводять до резонаторів. У якості такого узгоджувача імпедансів використовується погоджений подвійний хвильовий трійник, у плечах Е и Н якого передбачені рухливі короткозамикачі. Приведены результаты расчета и экспериментального исследования ЕН согласователя и регулируемых направленных ответвителей, рассчитанные на работу на частоте 1,3 ГГц при импульсной мощности 1...5 МВт. ЕН-согласователь позволяет независимо изменять внешнюю добротность сверхпроводящих ускоряющих резонаторов линейного сверхпроводящего коллайдера TESLA и фазу волны, подводимой к резонаторам. В качестве такого согласователя импедансов используется согласованный двойной волноводный тройник, в плечах Е и Н которого предусмотрены подвижные короткозамыкатели. en Національний науковий центр «Харківський фізико-технічний інститут» НАН України Вопросы атомной науки и техники Элементы ускорителей Microwave feeding system elements of superconducting linear collider cavities Елементи системи НВЧ живлення надпровідних резонаторів лінійного коллайдера Элементы системы СВЧ питания сверхпроводящих резонаторов линейного коллайдера Article published earlier |
| spellingShingle | Microwave feeding system elements of superconducting linear collider cavities Bogdanovich, B.Yu. Bezkrovny, P.A. Kaminsky, V.I. Lalayan, M.V. Sobenin, N.P. Zavadtsev, D.A. Элементы ускорителей |
| title | Microwave feeding system elements of superconducting linear collider cavities |
| title_alt | Елементи системи НВЧ живлення надпровідних резонаторів лінійного коллайдера Элементы системы СВЧ питания сверхпроводящих резонаторов линейного коллайдера |
| title_full | Microwave feeding system elements of superconducting linear collider cavities |
| title_fullStr | Microwave feeding system elements of superconducting linear collider cavities |
| title_full_unstemmed | Microwave feeding system elements of superconducting linear collider cavities |
| title_short | Microwave feeding system elements of superconducting linear collider cavities |
| title_sort | microwave feeding system elements of superconducting linear collider cavities |
| topic | Элементы ускорителей |
| topic_facet | Элементы ускорителей |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/79351 |
| work_keys_str_mv | AT bogdanovichbyu microwavefeedingsystemelementsofsuperconductinglinearcollidercavities AT bezkrovnypa microwavefeedingsystemelementsofsuperconductinglinearcollidercavities AT kaminskyvi microwavefeedingsystemelementsofsuperconductinglinearcollidercavities AT lalayanmv microwavefeedingsystemelementsofsuperconductinglinearcollidercavities AT sobeninnp microwavefeedingsystemelementsofsuperconductinglinearcollidercavities AT zavadtsevda microwavefeedingsystemelementsofsuperconductinglinearcollidercavities AT bogdanovichbyu elementisisteminvčživlennânadprovídnihrezonatorívlíníinogokollaidera AT bezkrovnypa elementisisteminvčživlennânadprovídnihrezonatorívlíníinogokollaidera AT kaminskyvi elementisisteminvčživlennânadprovídnihrezonatorívlíníinogokollaidera AT lalayanmv elementisisteminvčživlennânadprovídnihrezonatorívlíníinogokollaidera AT sobeninnp elementisisteminvčživlennânadprovídnihrezonatorívlíníinogokollaidera AT zavadtsevda elementisisteminvčživlennânadprovídnihrezonatorívlíníinogokollaidera AT bogdanovichbyu élementysistemysvčpitaniâsverhprovodâŝihrezonatorovlineinogokollaidera AT bezkrovnypa élementysistemysvčpitaniâsverhprovodâŝihrezonatorovlineinogokollaidera AT kaminskyvi élementysistemysvčpitaniâsverhprovodâŝihrezonatorovlineinogokollaidera AT lalayanmv élementysistemysvčpitaniâsverhprovodâŝihrezonatorovlineinogokollaidera AT sobeninnp élementysistemysvčpitaniâsverhprovodâŝihrezonatorovlineinogokollaidera AT zavadtsevda élementysistemysvčpitaniâsverhprovodâŝihrezonatorovlineinogokollaidera |