THPP40

SuperKEKB入射器の高周波基準信号位相制御系○三浦 孝子，松本 利広，小林 鉄也，荒川 大，片桐 広明，チュウ フェン，矢野 喜治，梶 裕志，佐藤 政則，宮原 房史，杉村 仁志（KEK）
要旨
KEK電子・陽電子入射器では、SuperKEKBのために入射器の基準信号(MO)に対し新たに３つの位相制御システムを導入した。
• 1つ目は、508.9MHzの主リングマスター信号(RMO)に対し49:55の関係にある571.2MHzの入射器のマスター信号(LMO)の位相をRMOの位相に追従させるためのMOフィードバックシステム(MOFB)の導入である。
• 2つ目は、電子/陽電子ビームをHER/LERリングに入射するために各入射位相に応じて基準信号の位相を切り替えるためのMO移相器(MOPS)である。トップアップ入射のために速い切り換えが必要となるが、光陰極RF電子銃のレーザーシステムへの同期信号の速い変化は許容されないため、レーザーシステムへ送る基準信号はモード切替によって変更されないように、入射位相制御用に新たなMO移相器を導入した。
• 3つ目は、陽電子ダンピングリング(DR)下流の3～5セクターのRF位相をバケットセレクションシステムからパルス毎に位相変調してリングの入射バケツを自由に選択できるようにするためのSect35用Sバンド移相器である。
本発表では、これら入射器基準信号の位相制御系について紹介する。
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入射器の基準RF信号制御と分配系
Injection phase
controller until Phase-I

SuperKEKB Control Room

Linac Main Station
Linac MO
Sync
10MHz

➀リングとの位相ロックのためのフィードバックモジュール

Coaxial cable with PLL

1/51

Main MO
1/51

Sync MR MO
10MHz

509MHz510MHz571MHzDR MO

509MHzMOFB

509MHz

MOPS
10.4 MHz
114 MHz
2856MHz

Laser
SystemRF GUNREF SG #22856MHzLLRF cont units, RF monitors

EVG

114MHz571MHz

SB-A

SB-B

PLL

②入射位相制御用移相器

REF SG #1

SB-C

MR

DR
③DR下流のRF位相変調
Cont.Room
用Sバンド移相器

Sect35 PS

SB-5Phase-stabilized Optical Fiber Cable

O/E

E/O

SB-2

SB-1

SB-3

LLRF
Cont.Unit

SB-4

60kW
SB-klystron
I ΦA

DR

SSA
T-Gun

To BCSSHBRF GUNBCS

e+Target

Sector A

Sector B

Sector C

Sector 1

SSA

40MW
Klystron

To ECSECSSector 2

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LER

Sector 3

Sector 4

Sector 5

HER➀ Linac MO Phase Feedback Module (MOFB)
共通周波数Linc-MO
571.2MHz

Linac MO(LMO) 571.2 MHz = 55 * 10.3855 MHzRing MO (RMO) 508.9 MHz = 49 * 10.3855 MHz

LMO out

Ring-MO
508.9MHzADC3DAC

ADC2

LMO: 571.2 MHz = (9+1/6)*fsDAC

Clock
Gen.

ADC1

I_BB

Sampling Clock: fs = 10.3855 MHz *6 = 62.3 MHz

Q_BB

IQ
modulatorFPGA

EPICS IOC571.2 MHz fs=6*10.385 MHz

1Trigger

0.5

0Ethernet-0.5-1
00.2

0.4

0.6

0.811.2
10

RMO: 508.9 MHz = (8+1/6)*fs-7

RMOの位相をLMOの周波数に規格化

508.9 MHz fs=6*10.385 MHz155𝜃𝜃𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 = 𝜃𝜃𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅𝑅 ∗49

0.50-0.5-100.20.4

0.60.8

11.2
10𝐼𝐼 =

55𝑖𝑖=0𝑖𝑖=02𝑖𝑖� cos 2𝜋𝜋 � 𝐷𝐷 𝑖𝑖 = �𝐶𝐶(𝑖𝑖) � 𝐷𝐷(𝑖𝑖 )66552𝑖𝑖
𝑄𝑄 = − � sin 2𝜋𝜋 � 𝐷𝐷 𝑖𝑖 = �𝑆𝑆(𝑖𝑖) � 𝐷𝐷(𝑖𝑖 )66𝑖𝑖=0𝑖𝑖=0-7∆𝜃𝜃 = 𝜃𝜃RMO571MHz − 𝜃𝜃LMO_OUT = const.

∆𝜃𝜃が一定となるようにLMOの位相を追従させる
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➀ Results of Linac MO Phase Feedback
3RMO571MHz

147.0DeltaPhase (deg)10-1-2-3

Ring MO Room Temp.

146.029145.028144.027143.026142.0

25141.024140.00510152025303540

Temperature [deg.C]

Ring RF Phase at Linac[deg]230
Ring_RF Phase monitored at Linac

LMO571MHz

23Time[h]051015Time [h]20時間

位相ドリフトは主リング制御室の室温と相関がある

FB ON

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② 入射位相制御用MO移相器(MOPS)
レーザーシステムへの位相は、モード毎に変化せず、HER入射位相の調整
時にはゆっくりと位相変更
Laser System

𝜙𝜙2 = 0 (HER, PF, PFAR)
𝜙𝜙2 = 𝜃𝜃𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸 − 𝜃𝜃𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 (LER)REF SG #1

H/L=LER/HER
Mode (H/L)
TriggerPS2

REF SG #2

SLED位相反転タイミングとビームタイミングが同期するようにEventシステムへもPS2下流から配信

Single sideband (SSB) phase noise
ADC3

ADC2FPGA

Linac RF System
Event Timing System

Q2_BB

IQ Modulator
I2_BB

Q1_BB

DAC

DAC

Clock
Gen.

ADC1

I1_BB

IQ Modulator

𝜙𝜙1

HERモードで𝜙𝜙2 = 0とすることで再現性を確保

𝜙𝜙1 + 𝜙𝜙2 = 𝜃𝜃𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻 or 𝜃𝜃𝐿𝐿𝐸𝐸𝐸𝐸

DAC

PS1

LINAC-MO
571.2MHzDAC

𝜙𝜙1 = 𝜃𝜃𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻𝐻

PS2は50Hzのビーム繰り返し毎にリングに応じて入射位相を変更

UART

Armadillo
EPICS IOC

Integral phase noise (10Hz - 10MHz)
Input(S.G.) : 71.95 fs (0.015 deg.rms)
PS2 Output : 73.97 fs (0.015 deg.rms)

Ethernet

移相器(PS1,PS2)
0.01degステップで位相変更(1deg /ms~1000deg/ms可変)PS1 = 1 deg/ms
PS2 = 100 deg/ms

Phase change speed check:400deg → 0 deg @ 500 deg/ms

0.8 msPASJ2020 THPP40, T. Miura – 5/7

ジッター性能に問題無いことを確認

③ ダンピングリング下流のLinac RF位相変調
509MHzのダンピングリングと主リングのハーモニクス数とLinacの2856MHzと関係から同期に時間がかかる。
50Hzですべてのバケツを選択可能にするには、ダンピングリング下流のLinac３－５セクターのRF位相をリングへの入射タイミングに合わせて変調する必要がある。
Main Ring
509MHz5120 buckets

509MHz230 buckets
1.1 GeV e+
Damping Ring

2856MHz

SectorB

SectorC

SectorA

Sector1

BCS

Sector2

ECS

2856MHz

Sector3

Sector4

Sector5

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③ DR下流SECT35用Sバンド移相器
主リングに対し、50Hzの繰り返しで自由にバケツを選択してビーム入射することを可能とするため、バケットセレクションに応じて、DR下流のRF位相を変更する必要がある。
遅れが生じないように移相器内のFPGAボードにEvent Receiver(EVR)を搭載し、直接設定位相情報を受信する。

データバッファーを受信後、すぐに位相を変更

Q_BB

DAC

DAC

I_BB

Event 信号のData Buffer領域(2K Byte)
を利用し、RF機器の位相・振幅設定用の各40配列を受信。
機器毎にアドレスを割り振り、配列のアドレス番号の値を選択して位相を設定する。

3~5セクター用
基準信号

IQ
Modulator2856 MHz

FMC

MRF EVG230
Optical fiber
Event
Generator

SFP

114MHz Clock

Event
Receiver(GTX)

Timing Trigger
GbE

PHY

UART

Armadillo+LCD

位相設定アドレスをタッチパネルで設定。
設定位相もパネルで確認可能。

FPGA

SiTCP

SECT35用Sバンド移相器の位相設定と試験結果については、
WEOT10 "SuperKEKBにおけるRF位相変調を用いたバケットセレクション" (杉村)を参照
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