Proceedings of the 1st Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japanand the 29th Linear Accelerator Meeting in Japan (August 4 - 6, 2004, Funabashi Japan)

TRIGGER SYSTEM FOR REAL TIME RF PULSE SHORTENING
M.Ikeda, S.Ohsawa, Y.Yano, T.Kamitani, T.Sugimura
Accelerator Laboratory, High Energy Accelerator Research Organization

1-1 Oho, Tsukuba, Ibaraki, 305-0801
Abstract
When there was RF reflection by electric discharge in the C-Band acceleration unit, the system which suspends RF
output immediately on real time was made by means of PIN diode switch in a low-power RF drive system. It requires
trigger signals for suspending RF output and making damage small by discharge. A trigger system for the Pin diodeswitch has been made and in use, which generates triggers in a very short time as short as 25ns.

リアルタイムRFパルス短縮用トリガシステム
１．はじめにKEK電子陽電子入射器はKEKBファクトリー実験用リングに8.0GeV電子ビームと、3.5GeV陽電子ビームを入射している。現在検討中のSuperKEKB計画[1]では、陽電子蓄積リング（LER）での光電子によるビーム不安定性の対策として、電子と陽電子のエネルギーを入れ替えて陽電子を8.0GeVに増強しようと考えられている。しかし電子陽電子入射器では、陽電子の加速を行う2セクター後半部分は現状のまま
では、４GeV強の加速能力しかない。そのため、現在の加速電界を2倍にするために、2セクター以降の各加速ユニットをS-Band(2856MHz)タイプから、CBand(5712MHz)タイプに更新するための試作、試験を行っている。[2] 加速管の第1号試作機を入射器の運転ライン(4-4)に組み込みRFエージングを行っている。エージング中に発生する加速管からの放電による反射波がクライストロンや加速管を損傷させないように保護するために設けられているVSWRメー
ターのインターロックにより、RFパワーが停止される。しかし、このインターロックでは、放電が起きたRFパルスを直ちに停止できず、1パルス分のRFパワーを出し続けてしまう。ここで用いている加速管に供給するためのRFパルスは、パルス幅500nsec、繰り返しは、50ppsである。[3] 放電により発生した反射波を素早く検知して、RFパルスを直ちに停止すればクライストロンや加速管などに及ぼす損傷を低減できる。今回、その反射波形をDiscriminator
モジュールにより検出して、そのトリガ信号をRFPin Switchモジュールに送り、直ちに停止させるものである。このシステムでは検出からトリガ信号発生までの応答時間が25nsecで動作させることができた。

検波する。それをディスクリミネーター回路に入れ、NIMレベルのトリガー信号を発生させる。このモジュールは、負パルスの入力信号が設定した閾値を超えたエッジでトリガを発生させ、決められたパルス幅のNIM信号を出力する。一方Pin diode switch
モジュールはTTLで動作するので、NIM-TTL変換モ
ジュールによりTTLレベルに変換した後のトリガ信号をRF Pin Switchモジュールに送る。検出からTTL信号に変換されるまでの遅延時間は約25nsである。

反射波
Bethe hole coupler

Attenuator

Diode detector

Discriminator
NIM
NIM-TTL変換
TTL
トリガ信号
RF Pin Switch

２．システム構成
RF(S-Band)

RFパルス短縮用トリガシステムの全体構成は、
図１に示すとおりである。クライストロン出口付近の導波管に設けられたベーテホールカプラーから反射波のRF信号をもらい、それを検波器で負の信号にC-Band逓倍器

図１：RFパルス短縮用トリガシステムの構成308

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３．検出用モジュール
今回使用した放電による反射波形の検出に用いた
Discriminatorモジュールは、KEK回路室の貸し出し品「Quad Non-Updating Discriminator」である。
Discriminatorモジュールの諸特性表を表１に示す。[4] また、反射波検出から、トリガ信号出力までのタイミングを図２に、実際の機器を図３に示す。

検波器

Discriminator

NIM-TTL変換
RF PIN SW

トリガシステム
減衰器

表１：Discriminatorの諸特性
入力CH数

4

入力インピーダンス50Ω

入力信号閾値-40mV～-800mV

入力最小感度幅2ns(入力信号-100mV時)

入力保護電圧+0.7V～-6V

最大周波数57MHz(入力信号-100mV 時)

NIM 出力数3（反転出力数１）立ち上がり時間

1.2ns（2.2ns：注）

立ち下がり時間

1.5ns（1.6ns：注）

In-Out 時間

10ns

RF励振系

図３：RFパルス短縮用トリガシステムとRF励振系

注）反転出力４．RFパルス短縮動作
放電による反射波
０V
Discriminatorの閾値

このトリガーシステムを動作させて、C-Band加速管のエージングに用いた。放電による反射をDiscriminatorモジュールで検出し、RF Pin Switch
モジュールでRF出力パルスを短縮させることを確認し、図４以降にパルス短縮動作を表すオシロス
コープ波形を示す。

Discriminator NIM出力
０V

CH4０V
NIM-TTL変換後のTTL出力25ns

CH2CH1

図２：反射波検出からトリガ信号出力までの関係

200ns/div

ここで使用した検出用Discriminatorモジュール
は、図３の最上部NIMビンケースの左端に設置されており、そこからのNIM信号をTTL-NIMレベル変換モ
ジュールTTL変換され、ラック中央部にあるRF PinSwitchモジュールに送られている。

図４：CH1加速管からの反射波形
CH2Discriminator出力（TTL変換後）
CH4 PIN SWモジュール出力RF波形（S-Band）

309

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図４は、PIN SWモジュールで短縮されたRFパルス波形(CH4)を示している。図５に見られるように正常であればパルス幅が500nsecであるが、図４では300nsec程度に短くなっていることがわかる。

ン出力が減少するまでに約200nsの遅れがある。これはDiscriminator回路からクライストロンまで色々な素子があるためである。[3]

CH3

CH4

CH2

CH4CH1CH1200ns/div

200ns/div

図７：反射波がない正常な場合閾値に達しないた
め、短縮動作が起きていない

図５：反射波がない場合
図５はパルス短縮動作が発生しない正常な時の、PIN SWモジュール出力RF波形(CH4)である。
図６と図７は、実際にC-Bandエージングに使用した時のパルス短縮動作を示す。

CH3

５．今後の課題
反射波のオシロスコープ画像からわかるように、放電による反射が起こった場合に的確にRFパルス幅を短縮していることが確認できた。今後はより早い時間にトリガがかかるように改善したい。

６．謝辞
今回のシステム構築に際して使用することになったDiscriminatorモジュールを快くお貸しいただいたKEK素核研の回路室の方々に深く感謝いたします。
CH4

参考文献

CH1
200ns/div

図６：放電を検出しトリガ信号がRF波形を短縮した場合の波形
CH1
Discriminator出力（TTL変換後）
CH3加速管からの反射波形
CH4 クライストロンの出力RF波形
クライストロン出力波形(CH4)を放電発生時（図６）と正常時(図７)を比較すると明らかに放電発生
時 に RF の パ ル ス 幅 が 短 縮 さ れ て い る 。 但 し 、Discriminatorモジュール出力発生からクライストロ[1] “Expression of Interest in A High Luminosi-ty Upgrade ofthe KEKB Collider and the Belle Detector”, By I.Abe, et.
al.,Jan. 2002
http://www-kekb.kek.jp/SuperKEKB/Document/EoI.pdf[2] 紙谷琢哉ほか、”SuperKEKB計画のためのCバンth

ド 加 速 管 開 発 の 現 状 ”, Proceedings of the 14
Symposium on Accelerator Science and Technology ,Tsukuba, Japan, November 2003
[3] 矢野喜治ほか、”リアルタイムRFパルス短縮システム”, in these proceedings.
[4] Susumu Inaba, et al., “NIM Standard module forcounter experiments at the KEK” KEK-EXP.
FACILITIES-77-2 , June 1977

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