ＫＥＫＢ入射器マスターオシレーターのモニターシステム
矢野喜治1,A)、相沢修一 B)、福田茂樹 A)A)高エネルギー加速器研究機構加速器研究施設〒305‑0801 茨城県つくば市大穂１− １B)

日本高周波（株）〒226‑0011 横浜市緑区中山町 1119

概要
高エネルギー加速器研究機構の電子陽電子加速器
では粒子の加速及びリングとの同期のために10.385MHz、508.9MHz、114.2MHz、571.2MHz、2856MHzの RF を使用している。これらの周波数の RF を作る
機器がマスタ− オシレ− タ− である。ビームの安定供給にはこれらの周波数間の位相関係が長期間変化しないことが重要である。これらの RF の位相監視システムを構築したので報告する。

１．はじめに入射器のマスターオシレーターで作られた各周波数の RF は全ての基本でありビームのトリガ、バンチング及び加速のための RF などはこれらを加工、増幅して作られるものである。そのためこれらの信号を長期間安定に供給する事は非常に重要である。特に各周波数間の位相関係の安定性及び再現性は直接ビームの性能を左右するため厳重に監視されなくてはならない。また、不慮の事故によりこれらの信号が停止した場合でも迅速に元の状態を再現する事が要求される。中でも入射器に直接関係した
114.2MHz,571.2MHz,2856MHz の RF は安定性で psec、再現性で数 psec 以内を要求される。そのためこれらのシステムは恒温槽の中に設置され 28±0.3℃の環境下に置かれている。

FMD‑30 で作られたその他の周波数の RF とともに増幅、分割されトリガーシステム、KEKB リング、モニターシステムへと導かれる。

2.3 周波数逓倍／分周器(FMD‑30)
ここでは入力された 571.2MHz の RF を元に、114.2MHz 、508.9MHz は VCXO（電圧可変型水晶発振器）、2856MHz は狭帯域 YTO（誘電体発振器）でそれぞれ発振し 571.2MHz の信号を元に位相ロックをかけることで各周波数間の位相のずれを無くしている。
10.385MHz に関しては 114.2MHz を 11 分周した信号である。
571.2 MHzfor SHB2 Amplifie

114.2 MHzSG
(571.2 MHz)(HP 8662A)

Counter
1/55

Phase
Detector

114.2 MHzfor SHB1 Amplifie

VCXO

10.385 MHzCounter
1/11
10.385 MHz
for Ring Trriger
508.9 MHz
Phase
Detector

508.9 MHzfor Ring RF

VCXOCounter
1/49

143 MHzCounter
1/20
2856 MHzCounter
1/4

図.１

Phase
Detector

YTO

2856 MHzfor Sub‑Boosters

周波数逓倍／分周器

2.3 可変長移相器（トロンボーン）
２．マスターオシレーター
２．マスターオシレーター
2.1 低ノイズシンセサイザー(SG)全ての基本となる信号源であり周波数の安定性、低位相ノイズ性などからアジレント・テクノロジー
社製 HP8662A を使用している。

2.2

U/VHF アンプ

SG から導かれた 571.2MHz の信号は周波数逓倍／分周器(FMD‑30)用とサブハーモニックバンチャー(SHB‑2)用の２つに分けられこの(SHB‑2)用の RF は1

E-mail: yoshiharu.yano@kek.jp

本システムの電源を入れ直す必要が生じた場合各周波数間の位相が再現される可能性は極めて低いた
め 114.2MHz と 2856MHz のラインには可変長移相器を挿入している。これによって 114.2MHz、 571.2MHz、2856MHz の位相関係を再現することが可能になっている。508.9MHz は現在リング側にトロンボーンを入れる事で入射器側の変動に対応しているが、リングの周長の変化に伴い基本周波数を調整する必要が生じているためこの 508.9MHz のラインにも可変長移相器を入れる予定である。

３．位相監視システム
3.1 概要マスターオシレーターで作られたそれぞれの周波数の RF は各機器に送られる直前で分岐されデジタ
ルサンプリングオシロスコープとミキサーを使った位相監視システムで位相の監視を行っている。

図.２

図.３

デジタルサンプリングオシロスコープ

3.3 ミキサー

メインドライブシステム

マスターオシレーター、RF アンプ、位相監視シス
テム全体をメインドライブシステムと呼んでいる。

3.2

フトウェアーのアップグレード（TekVISA）でオンラインモニターが可能にる。さらに、スペクトラム・アナライザ機能が追加されるとコネクターの接続替えをする事なくして各信号のスペクトルを監視する事が可能になる。

デジタルサンプリングオシロスコープ

デジタルサンプリングオシロスコープ(TDS-8000)
で直接モニター波形を観察する事で各周波数間の位相の確認を行っている。現在は TDS-8000 のソフトウ
ェアの関係で現場での監視のみになっているが、ソ入 射 器 の ビ ー ム 性 能 を 左 右 す る 114.2MHz 、571.2MHz、 2856MHz の RF 信号は簡単な整数倍の関係にあるため、ミキサーを使う事によって各周波数間の位相のずれを監視することが可能である。
つまり、114.2MHz の 5 倍の高調波を 571.2MHz と比較することで 114.2MHz と 571.2MHz の位相のずれを直流レベルに表す事が出来る。571.2MHz と 2856MHz についても同様でそれらの電圧をデーターレコーダーに記録する事でそれぞれの位相の監視を行っている。

データーレコーダー
恒温槽１恒温槽２

温度
恒温槽１

U/VHFアンプ温度
恒温槽２

TriggerSG
571 MHzFMD‑30カウンター

571 MHz

SHB2
移相器
LPF

Trigger

114 MHz

SHB1

移相器

KEKB

10 .8MHz

ミキサー
ミキサー

LPF

オシロ
508 MHzKEKB

114MHz
VS
571MHz571MHzVS2856MHz

移相器

オシロ2856MHz

A,B,C,1 sector
移相器
E/O
E/O

図.４

メインドライブシステムブロック図

2,3,4,5 sector(Optical Lines)

30℃
恒温槽‑229℃

恒温槽‑128℃+0.5mV

571MHzvs 0.0mV
2856MHz+0.5mV

114MHzvs571MHz0.0mV‑0.5mV‑0.5mV
2002/02/06

02/26

03/17

４．まとめ
４．まとめ
本監視システムの有用性を示すものとして、今年の５月に起きた SG の故障と恒温槽１の故障によるメインドライブシステムの配線替え後の復旧時間の早さがあげられる。また、KEKB リングの周長の変動に対応してビームの入射時に SG の周波数を変更することが必要となっているが、その時発生する可能性のある位相の飛びに対しても有効である。この現象は周波数変更時にある桁が桁上がりをする時に現れるもので、原因はこの時 SG の出力レベルがμsecの期間ゼロになるためである。この位相の飛びを完

04/26（114 vs 571) 1度/0.1mV @ 571MHz（571 vs 2856) 1度/0.1mV @ 2856MHz

図.５に長期間の位相変動の記録を示す。 571MHz
対 2856MHz、114MHz 対 571MHz 共に約３度以内におさまっている。ここでヒゲ状に見える軌跡はマスターオシレーターの周波数を変更した時に生じている。

04/06

全に回避することは現在のシステムでは不可能であるが、問題が生じた場合可変長移相器の調整によって元の位相関係に戻す事は可能である。
現在の問題点は、設置場所であるクライストロンギャラリーの温度変動の影響が測定に現れていることである。この問題を回避するために系全体を恒温ブースの中に入れ温度管理する必要がある。
さらに、恒温槽の寿命も短いためコンプレッサーを使用しないタイプの恒温槽を開発中である。

参考文献[1] 放射光入射器増強計画ーKEKB に向けて
[2] LOW-POWER RF SYSTEM FOR KEKB INJECTOR

LINAC. APAC-98