Proceedings o f the 22nd Linear Accelerator Meeting in Japanpa-12
P h ase In sta b ility M easurem ent o f T he R F D river S ystem for SPring-8 Linac
T.O hnishi,H . Yoshikawa,S.Suzuki,K.Yanagida,T.Hori,H.Sakaki?T. Asaka,
H .A kim oto,M .Y am azaki,M .A dachi?S.Nagasawa and H.Yokomizo
JA E R I SPring-8 P roject Team
SPring- 8,Kamigori- cho,Ako-gun ,Hyogo-ken ,678-12?Jap anAbstract
We havemeasured stability of RFcomponents for stable electron beamin the SPring-8 injecter Linac. In thesemeasurement results, we have measured RF phase instability for RF driver system, and examined correlationof temperature and so on.
In this paper, we report the outline of RF driver system, RF phase instability of Drive-Line in RF driver
system and Reference-Line for Phase Measurement System.

S P r i n g - 8 線型加速器におけるR F 励搌系の位相測定
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はじめに

現 在 S P r i n g —8線塑加速器ではビーム安定度の向上を図るため、各 R F コンポーネントの安定度試験を行っている。その一環としてRF 励振系の位相変動測定を実施し、環境温度等不安定要因との相関を調査した。ここでは RF励振系の概要、 RF励振系ドライブラインの位相変動測定、リファレンスラインの位相変動測定等について報告する。

2するものである。その位相変動データをVMEで読み込み、各 I 少Aユニットへフイードバックする事により、力11速管へ供給する R F位相の安定化を図ることを目的としている。
しかし、現在のところ位相比較器が全て納入されていないため、位相測定システムを用いた自動位相フイ一ドバックは行っていない。今回の位相測定は、この漁!定システムに使用されている位相比較器を用い、位相変動量の測定を行った。

3R F 励振系の構成

図 1に SP r i ng —8線型加速器の RF 励振系の構成図を示す。マスターオシレー夕よりCWで出力された 2.
8 5 6 GHzの RF信号はパワーデバイダで2分岐される。
一方の RF 信号は、繰り返し 6 0 p p s . パルス幅 3.
Oms e c にパルスモジユレ一夕で変調され、 TWTアンプで約 5 0 dBmまで増幅される。この信号は、ブースターク
ライストロンで 9 8. 5 dBmまで再度増幅され、バンチングセクション及びRF 励振系の R F ソースとなる。ブースタークライストロン出口の RF 電力は、 6dB の方向性結合器でバンチングセクションに9 7。2 dBm、10 8mに渡り設置されている矩形導波管のドライブラインへ9 2•
5 dBmf云送される。 各クライストロンへの励振電力は、ドライブラインから 25. 5 もしくは 2 7 dB の結合度を持つ ベ ー テホ ー ル 型方向性結合器で分岐され、位相及び減衰量を調整する I 中Aユニットを介して供給される。
もう一方のR F 信号は マ ス ターオシレー夕より伝送された RF (0 dBm)を蚤AMP (CW AMP) ユニットで 3 0 dBmまで増幅し、 ドライブラインと同じ場所に設置されている S F ケ ー ブ ル （2 P PM/°C)で 10 2mに渡り伝送される。 2 OdB の方向性結合器で分岐されたこの RF 信号は、さらに 2分岐され各位相比較器の基準信号として供給される。[1][2]位相測定システムは、マ ス タ ー オシ レ ー 夕の位相を正確に反映しているリファレンスラインの» R F 信号と、力U速管のダミーロードに取り付けられている方向性結合器からのRF 信号とを位相比較器で比較し、その位相差を検出

位相比較器

位相比較器のブロック図を図2に示す。位相を比較するコンポーネントには 2入出力ポートを持つ An a r e n 社 2
AO 7 5 6 を採用した。入力側には、位相と電力レベルの調整が独立して行えるよう減衰器と位相器を用意した。
入力 RF ：Aの位相角Z a と入力RF ：Bの位相角Zbの位相差：沒 (&= l a ~ l b ) は 2A0 7 5 6内部でべクト
ル的に分解され I，Q 2つのポートに電圧として現れる。ここ で I ，Q，の関係は、入力 RF 電力に比例した任意の値をk とすると、以下の式で表される
V ! =R c o
V q =k s i
0= t a n -1 V q / V i
出力段に用意されたサンプルホールド回路の出力信号は、 I ポート出力しか検出しておらず位相の進み、遅れの方向が不明なこと及び入力 R F レベル変動が位相変動として検出されるため、今回の位相測定では I ，Q出力ポートの電圧を直接オシロスコープに入力し、位相差を求めた。

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位相変動測定系

今回の測定では 1) 温度特性の良い SF ケ ー ブ ル （2P PM/1C) を使用しているリファレンスラインの位相変動はどの程度あるのか、 2) ドライブラインの位相変動が周囲温度に対してどの程度あるのか、 3) ドライブラインの位相変動は周囲温度以外の変動要因がないか、この三点を調査することを目的として測定系の構築を行った。
図 3にドライブライン並びにリファレンスラインの位相Phi AMP

図 hR F 励振系の構成

オシロスコ ー ブCW IN

RFBRFA

リフアレンスラインShort

Pulse IN

Anaren
2A0756I_CW IN ：Q*位相比較器2奪Q

岀ガ"_ Q -+2-2V

図 2: 位相 比較器 ブ ロ ッ ク 図

変動測定時における各 R F コンポーネントのブロック図を示す。なお周囲温度変化と位相変化との相関を調査するた
め、線型加速器棟クライストロン室内の 4 個所に温度セン
サ一を設置した。
リ フ ァ レ ン ス ラ イ ン の 位相変動測定では、基準信号に
ブ ー ス タ ー ク ラ イ ス ト ロ ン 出力の R F 信号を用い、 こ の 信号がリ フ ァ レ ン ス ラ イ ン 終 端 で 全反射され戻って来た R F信号とを比較するシステム構成を行った。
ドライブラインの位相変動測定では、基雄信号にリファレンスライン終端に設置されている方向性結合器から得られる R F 信号を用い、被測定信号にはドライブラインの導波 ■ 端部のベーテホール型方向性結合器，I # A ユ ニ ッ トを介し得られるR F 信号を用いた。

パ ン チ ャーブ リ パン チ ヤ ー へオシロスコーブ_ドライブライン

図 3: 位 相 変 動 測 定 の ブ ロ ッ ク 図

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校正

温度による位相変動の主原因は、異なるケーブル長の温度による伸縮量の相違である。そこで被測定経路（リファレンスラインとドライブライン）を取り除いた測定系を構築し、周囲温度との相関及び依存性が低くなるよう以下の調整を行った。
リ フ ァ レ ン ス ラ イ ン の 測定系では、 リ フ ァ レ ン ス ラ イ ン
終端に取り付けたショート端を前段に変更し、電力レベル調整用の固定減衰器 (2 0 d B ) を外付けで被測定信号側に取り付けた。 この構成で温度との相関及び依存性が低くなるよう基準信号入力側の位相器の調整を行った。
ドライブラインの測定系では、 リファレンスライン側とは異なり、R F コンポーネントでの減衰量が少ないため、別に準備した低レベルのオシレー夕及びパルス変調器からの出力を 2 分岐して位相比較器 2 に同位相で R F 信号を入力し、上述と同様の調整を行った。
以上のシステム構成で温度校正を行った結果、 リファレンスライン、 ドライブライン共士 0 . 4 d e g 程度の変動値データが得られ、システムの分解能は約 1 . 0 d e gと評価した。 1 次関数でフィッティングした結果、リファレ
ンスライン側は相関係数が'0 . 0 4 、傾きが、0. 0 0 6 、ドライブライン側は相関係数が0 . 2 9 、傾 き が 0 . 1 2 と算出された。 リファレンスライン個！と比較し、 ドライブライン側に周囲温度との若干の相関が認められる結果が得られたが、今回の位相変動測定には特に影響は生じないと判断した。

— y =-15.978 + 0.56938X R= 0.77739

10 , . , , . , rv,-T.丨
..rw r-r,-10
2 5.5

626

26.5

28

28 .5

0 4 : リファレンスライン位相の温度相関グラフ—

y = -17&9 + 6.4422x R= 0.94251

55»«

i d )

27 .5fs( t a n —1 V q d / V

27a 溫 [で]位相変動測定結果

周囲温度変動、 リファレンスラインの位相変動及びドライブラインの位相変動を同時に計測するため、 2 台のペンレコーダとオシロスコープを各々G P I B 経由で D O S 計
算 機 （H P V E E ) に取り込み、 1 5 秒 に 1 回 5 0 0 0 ポイントのデータ収集を行った。
リファレンスラ イ ンの位相変動デ一 夕は S F ケーブル往復分に相当するため 2 倍の値として、また位相変位の進み、遅れ方向は終端部でショートしているため、復路分は1 8 0 d e g 位相反転し検出される。 I ，Q 出力ポートの測定値を V IR 、 V QRとすると位相値ゆ尺は、
伞R= - 0 . 5 ( t a n - 'V Q R / V IR )となり、その計算結果と4 備 に 設 置 し た 室 温 デ ー タ （平均値）との相関を図4 に示す。相関係数は 0 . 7 8 と計算され、平均気 温が 1 °C変化した場合の位相変動量は 0 . 5 7d e g 生じるデータ:^ 得られた。
ドライブラインの位相変動データはリファレンスラインの位相変動量により補正をかけ求める。 I ，Q 出力ポートの測定値をV i d V 0 d とすると位相値少d は、… ^ r-r _rn-15
2 5.5262 6.5272 7.5282 8.5

気温【C]+<E>rとなり、その計算結果と室温データ（平均値） との相関を図 5 に示す。相関係数は O. 9 4 と計算され、平均気温が1 1C変イ匕した場合、位 相 は 6 . 4 4 d e g 変化するデータが得られた。
'

図 5 : ド ラ イ ブ ラ イ ン 位相 の 温 度 相 関 グ ラ フ

今回は時間の制約もあり、計 4 回の測定しか行えずデ一夕 の 再現性に関してはまだまだ改善の余地がある。今後よ7

考察り精度の高い校正方法を確立し、最終目標である自動位相フ ィ ー ド バ ッ ク シ ス テ ム を 構築する予定である。

今回、リファレンスラインとドライブラインの長時間（約1 日）の位相変動測定を行った。
リファレンスラインについては、 S F ケーブル長、電気温度係数及び基本周波数の 1 d e g 当たりの電気長より求められる 0 . 6 8 d e g /1 C の設計値は、今回実測した0 . 5 7 d e g / C と非常に良く合致しており、今回の測定が精度良く行われ、又設言十値通りのスペックを満足していることを確認した。
ドライブラインについては、 1 ) 設 計値 で 1 1 . 2 de g / ° C ( 銅 の 麵 張 率 x 導波管長）と算出されているが、今回の測定では 6 . 4 4 d e g / t ：と実測された。 この相違は、導波管を組み立てる際に寸法調整を行うために用いるべロー管が、温度変化による導波管長の伸縮を補償しているためと考えている。 2 ) 周囲温度との相関係数が()• 94 との値から、周囲温度の変化によるものが支配的であり、導波管内の放電による急激な位相変化等の外乱要因は生じていない結果が得られた。

8REFERENCES[11 S.Suzuki et al.,55 RF system of SPring-8 Linac ” ，Proceedings of The 10th Symp. on Accel. Scie. andTech.,1995,pT3-75.
[2] T.Hori et al”” The RF Driver System of 80MW
Klystron for SPring-8 Injector Linac ” ， Proceed­ings of The 21th Linear Accelerator Meeting inJapan,1996,p29-31.