同軸ケーブルの温度依存性
加速器第五研究系

荒川 大

 調査の動機 測定方法 測定ケーブル 測定結果 今後の課題

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ERL検討会(2010/12/15)

実験協力者
LLRF: 道園真一郎 氏， 片桐広明 氏，松本利広 氏， 三浦孝子 氏，
矢野 喜治 氏、
原研：小林鉄也 氏
その他、三菱運転グループの方々にも恒温漕設置の際にはお世話になりました。

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ｃＥＲＬのＲＦ系統図
進行波/反射波 ｲﾝﾀｰﾛｯｸへ

RFスイッチ

安全関係
ｲﾝﾀｰﾛｯｸ信号

FPGA

導波管
1300MHz

1.3G
OSC
分岐分周
1/32
40MHz

IQ変調器
DAC

etc

1.3GHzDAC…

ｱｰｸｾﾝｻｰ
導波管冷却水
進行波ﾊﾟﾜｰ
反射波ﾊﾟﾜｰ

ｸﾗｲｽﾄﾛﾝ
又は IOT

AMP

ADC
ADC

デジタルフィードバック基板

10MHz
分周
IQ変調器
1/128
90°
delay BPF

基準信号

BW=4MHz
1310MHz

PFPB

加速空洞
方向性結合器

方向性結合器

ﾀﾞﾐｰﾛｰﾄﾞ

RF ON/OFF
制御系

PFPB

ｸﾗｲｽﾄﾛﾝ＝最大出力300kw
RFﾓﾆﾀｰ
RFﾓﾆﾀｰ
IOT＝最大出力30kw
IOT用＝200W CW
ｸﾗｲｽﾄﾛﾝ用＝100W CW
ｻｰｷｭﾚｰﾀｰ

RFIF

同軸ｹｰﾌﾞﾙ 約40m

RFIF
LO

空洞電圧ﾓﾆﾀｰ

LOﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸ信号 （10MHz） ﾀﾞｳﾝｺﾝﾊﾞｰﾀｰ

空洞電圧モニター出力端子の位相、及び振幅に対してフィードバック制御を行なう。
ＬＯ生成系はラック内に設置されるため、一応空調の効いた場所に置かれるため、安定であると仮定するとて約４０ｍの同軸ケーブルの伝達特性を安定化することがERLの高周波源の性能を左右する。

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ｶｳﾝﾀｰﾎｰﾙの気温

5（１２月１０~１６日測定）

ERL検討会(2010/12/15)

中２階ラック内の温度6ERL検討会(2010/12/15)

同軸ケーブル温度特性測定のセットアップ
 恒温層をＫＥＫ－Ｂ入射器、クライストロンギャラリー（１－４）に設置
 使用した機材はネットワークアナライザーを使用
 環境温度は概ね２６度±１度前後
 恒温漕の中にケーブルを入れ、温度を変化させて測定

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測定セットアップ ブロック図
恒温槽

ﾈｯﾄﾜｰｸｱﾅﾗｲｻﾞｰ

ケーブルの温度依存性検証のためのセットアップ
同軸ｹｰﾌﾞﾙ

１、恒温漕にケーブルを入れたら半日ぐらい温度が安定になるまで温度設定して放置
２、インサーションロスの測定
３、最初の１点のデーターを取る前にケーブルを込みにしてキャリブレーションを実行してからデーターを取る。
４、データーを取り終わったら、温度条件を変更し、半日以上放置することを繰り返す。
ケーブル１本あたり１週間～１０日ほどかかる気の長い作業である。

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ERL検討会(2010/12/15)測定した同軸ケーブル一覧表
5D-2V
8D-2W
RG223U
5B020-33-33
5B045-94-94
S04272B
SUCOFLEX104P
FSJ1RK-50B

10 m
10 m
10 m
10 m10 m
10 m
10 m
10 m

藤倉電線
藤倉電線
SUHNERCANDOXCANDOXSUHNER
SUHNER
ｱﾝﾄﾞﾘｭｰ

1300MHz
挿入損失
未測定dB-2.74 dB
-10 dB-4.95 dB
-3 dB
-4.8 dB-3.02 dB
-2.29 dB

NH-WF H50-3S
LDF2P-50-43
8DWFLEX-FR
LDF2RK-50
FSJ2 RN-50

100 m
100 m
100 m
100 m
100 m

三菱電線
ｱﾝﾄﾞﾘｭｰ
三菱電線
ｱﾝﾄﾞﾘｭｰ
ｱﾝﾄﾞﾘｭｰ

-14.13 dB-13.4 dB
-16.3 dB
-13.8 ｄB
-15.9 dB

ケーブル型番

試験長さ 製造会社名

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測定結果（その１：１０ｍケーブル位相）
同軸ｹｰﾌﾞﾙ 温度/位相特性
RG223U(10m)30

5B45-94-94(10m)25S04272B(10m換算 )20FSJ1RK50B(10m)

15SUCOFLEX104P(10m)

105B020-33-33(10m換算 )55D-2V(10m)相対値角度（deg）

08D2W(10m)-5-10-15-20-25-30-35-40-45-50-55-60
510152025303540

温度 〔℃ 〕

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測定結果（その１－２：１０ｍケーブル振幅）
同軸ｹｰﾌﾞﾙ 温度/振幅特性
0.8

RG223U振幅
5B45振幅S04272B(10m換算）

0.6

FSJ1RK50B
SUCOFLEX104P
5B020-33-33(10m換算）

相対値減衰率〔dB〕

0.4

5D-2V
8D2W
0.2

0-0.2-0.4510152025303540

温度〔℃〕

11ERL検討会(2010/12/15)

長距離伝送用ケーブル〔位相特性〕
 Ｊ－ＰＡＲＣリニアックで試験したケーブルの特性を再測定
 １３００ＭＨｚにおける性能評価と小林氏のデーターの確認

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長距離伝送用ケーブル〔振幅特性〕

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ERL検討会(2010/12/15)温度依存性の周波数特性
LDF2P-50-43温度特性-3.00E+00-1.50E+01
324MHz相対値位相〔deg〕-3.50E+00

1300MHz-1.70E+01-4.00E+00-1.90E+01-4.50E+00-2.10E+01-5.00E+00-2.30E+01-5.50E+00-2.50E+01-6.00E+00-2.70E+01
温度〔℃〕

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LDF2P-50data付け合せ-3.00E+00-3.50E+00

100
荒川測定32499.5

小林data-4.00E+00

99-4.50E+00

98.5-5.00E+00

98-5.50E+00

97.5-6.00E+00

9715

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目標値：0.1%,0.1度以内@１３００MHz

LDF2P-50-43の使用を仮定し、位相の温度特性グラフから読み取ると温度は30℃前後が安定領域で、できる限りの温度制御が必要である。
振幅特性から考えても０．１％以内に治めるためには±１℃以内にする必要がある。
（それでも目標精度の半分は変動する）

ケーブル敷設部分の温度調節抜きにしては到底実現できない。
カウンターホール内の気温は１日の温度差が８~１０℃程度ある。

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解決策〔今後の課題〕

資料提供：道園氏、（小林氏）

Ｊ－ＰＡＲＣのリニアックでは建物の構造から上記の様な箱をピットに入れて温度管理をしている。
エアコンの冷媒管保護ダクトの様なもの、あるいは水道管の中に保温材と温水を流す管を一緒に巻いたケーブルを敷設して温度管理するか？

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