線形加速器用電流モニターにおける信号伝送解析とノイズ低減技術
Signal transmission analysis and noise reduction technique for current monitor
in linear accelerators
T. Suwada (tsuyoshi.suwada@kek.jp), Acc. Lab. KEK
1. G80I3*%'F ]A\1[J$O6.
2. SHigh-power klystronFast kicker 7 ,-CK*%'$V " T.
3. W@ #,-CK*%'$DX9;  B
N5" .
4. =2?4ZPCKHL"M+/&^Qa.)( (CoreMonitor/CM)*%'$V "  >T!*%'UE
4Z<_`Y!:R" .

2-4 Sep 2020, Tsuyoshi Suwada/KEK Acc.Lab.

令和2年度第17回年日本加速器学会リモート会議, WEPP13

1KEK

()ノイズ対策前CM3

CM3CM1CM2CM2Long pulse

CM150 mV/div
200 ns/div

ノイズ対策後CM3CM1

対策後, CM3のノイズ波形が大きく低減

CM2Ee- = 55 MeV, Pe- = 600 W
Pulse width: Short (1~10 ns), Long (1!s)
Repetition = 50Hz
2-4 Sep 2020, Tsuyoshi Suwada/
KEK Acc.Lab.

令和2年度第17回年日本加速器学会リモート会議, WEPP132

CM Vacuum pipe

Gnd.の基本的な考え:
・ BNC Gnd.をAcc Gnd.から浮かす・余計なGnd. Loopを作らない

CeramicBeam current Ib

Magnetic fieldsBeam

Output voltage Vo

Io Induced current
CoilR0Terminator R0

V o Output voltage

Core monitor

・ ビーム磁場をコイルで検出
・ ビームとコイルの相互作用(電磁誘導)を利用
・ ビーム電流に比例した電圧値に変換
・ 1:Nのトランスの電圧増幅器として動作

Self-inductance L1Stray capacitance CAcc Gnd.
Current 21Ib
Beam

Mutual-inductance M
One-turn coil (beam)

111

Mutual-inductance M

Ii

Self-inductance L1

Terminator R0
Test input voltage Vi

2-4 Sep 2020, Tsuyoshi Suwada/
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令和2年度第17回年日本加速器学会リモート会議, WEPP133

CM

1:N Transformer

信号源への置換
VG = (jωL(ω))I0

オシロの電源ラインを通してシャーシ、端子入力Gnd.がGnd.に導通
Line1Line2

Line3

Earth Gnd. (Gnd. Line)
BNC端子・CM3: 金属ネジ/カプトン
でCase Gnd.と絶縁・CM1, 2:セラミックネジ/カプトンでCase Gnd.と導通
2-4 Sep 2020, Tsuyoshi Suwada/
KEK Acc.Lab.

仮想的ノイズ源 e3

信号解析のための等価回路

令和2年度第17回年日本加速器学会リモート会議, WEPP134

CMCM side 

信号伝送モード

Oscillo. side

Differential modeC àC àD modeD àD modeC àD àD mode

Common mode
第3のGndラインの形成
Vac. Pipe Gnd. → WG → Kly. → Kly.PS → PS分電盤 Gnd.
→ Osc. Gnd.

D àC àD mode

CMLoad

CM・二線の伝送線路ではDifferential (D) modeの伝送が基本.
CM1, CM2 Acc. Gnd. On
・三線の伝送線路ではCommon (C) mode(和) とDifferential (D) mode (差)の伝送が基本. CM3 Acc. Gnd. Off・ D mode: V2 (z=0) = V2(z=l) = 0, C mode: V2 (z=0) ≠ V2(z=l) ≠ 0・インピーダンスの非対称配置によりD から C へのモード変換が生じる à ノイズ発生/信号歪みの発生.
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令和2年度第17回年日本加速器学会リモート会議, WEPP13

5

Acc Gnd./  (~6dB

Z)

・CM1, CM2の条件, ACC Gnd.=PS Gnd.=0.
e1=1, e2=0, e3=0, Z3=Z6=0, Z1= Z2=0, L (Lmax = 16mH),
Z4=50!, l = 15m・非対称負荷Z配置
d modeZ・CM1, CM2・非対称負荷Z配置

c mode・CM3・電位(振幅)特性・位相特性波形歪み

・対称負荷Z配置

・CM3波形歪み・電位(振幅)特性

・CM3の条件, ACC Gnd.≠PS Gnd.
e1=1, e2=0, e3=0, Z3=(R+L)/2, Z6=(R+L)/2, R=15!, L=0.33µH,
Z1=j"L (Lmax=16mH), Z4=50!, Z5=0 (非対称負荷), l = 15m> 80dB・電位(振幅)特性・位相特性

・CM3の条件, ACC Gnd.≠PS Gnd.
e1=1, e2=0, e3=0, Z3=(R+L)/2, Z6=(R+L)/2, R=15!, L=0.33µH,
Z1=j"L (Lmax=16mH), Z4=Z5=50!(対称負荷), l = 15m

2-4 Sep 2020, Tsuyoshi Suwada/
KEK Acc.Lab.

・位相特性

・ A. Sugiura and Y. Kami, IEEE Trans. Electromagn. Compat.,vol. 54, no. 2, pp. 466–473, 2012.
・ H. Toki and K. Sato, J. Phys. Soc. Jpn. 81, 014201 (2012).
・ T. Suwada, KEK Report 2020-1.

令和2年度第17回年日本加速器学会リモート会議, WEPP136
1. I<pc&#/,)-$(8Y"E. UFdi"f49{b:-$(kX<p?w"8Y .
2. Klq%01+[(Gnd. Line)"DyMu. diAt/+_ Differential Common modeN@ d][{S/+Bn: s7r`w8.
3. /,)>^\b o
;u.

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4. zGnd.ge2HhTG(3 x! TG) m6$1.*1'jb_QW" !/+n:"C5cvV .
5. UFd]w|-$(vV=ORJ à T. Suwada, KEK Report 202001"LP   .
2-4 Sep 2020, Tsuyoshi Suwada/KEK Acc.Lab.

令和2年度第17回年日本加速器学会リモート会議, WEPP137