功率计助力欧洲XFEL1.3GHz加速器稳定运行！

​ 一、项目背景

欧洲XFEL（X射线自由电子激光装置）是国际领先的大科学装置，其超导加速器腔体工作频率为1.3 GHz。八个这样的腔体和RF高功率耦合器、调谐器以及其他附件一起组装在一个模块中，在安装到欧洲XFEL的加速器模块之前，所有模块都需要在模块测试台上进行性能测试，为了进行这些试验，DESY建造了一个新的实验设施——AMTF（加速器模块测试设施）。

为确保AMTF的高效运行，需对150个射频功率测量设备进行长期稳定监测，且需满足以下严苛要求：

✓短脉冲的峰值RF功率测量:2μs至2ms

✓重复率为100毫秒至1秒

✓高动态(>55dB):正向校准≤1 kW，调理高达≥ 1MW

✓非常高的可靠性(不依赖外部触发信号)

✓没有针对不同操作模式的新调整，以确保无误差测量

✓数据采集系统的开放接口

二、项目挑战

传统功率测量设备存在操作复杂、成本高昂、适应性差等问题，而欧洲XFEL的测试需求包括：

1. 腔体与耦合器功率调节：

- 从20μs脉冲起始，逐步提升至1.3ms，功率从0增至1MW

- 重复频率2Hz，需实时监控反射/传输功率

2. 加速场校准：

- 每周期需同步测量前向功率（Pforward）、反射功率（Preflected）等5类参数

三、方案介绍

为了在空腔中达到尽可能高的加速场，必须相应地调节RF部件，例如RF功率耦合器。这种调节是通过随时间缓慢增加RF功率和脉冲长度来完成的，这“清洁”了RF真空部件，以确保以后的稳定运行。

整个调节过程由复杂的软件控制，并监控许多不同的信号，以确保组件不受损害或破坏。在此调节过程中，最重要的信号是不同的RF功率值。功率测量必须随时提供实际功率值一一错误的值可能会导致器件上的射频功率意外升高，并带来性能下降或器件损坏的风险。

在RF部件已经被调节之后，空腔的发射功率必须被校准到空腔的加速场。对于每个腔，五个不同的功率值是正向P、反射P、透射P、PHOM1、PHOM2。每个模块包含八个空腔，并且AMTF有三个模块试验台。因此，对于整个测试设备，我们必须能够同时测量120个校准的RF功率值(图1)。

图1.AMTF模块试验台功率测量框图

德思特Raditeq提供了RadiPower系列功率计设备，与DESY合作开发出了优化的功率测量设备，其核心优势包括：

✓一体化测量：单设备同时支持峰值功率捕获与脉冲曲线跟踪（替代传统下变频器+ADC方案）

✓智能重置：自动读取峰值后重置，实时记录历史最大值

✓高集成度：40台设备通过USB集线器组网，无缝接入DESY控制软件

图2.AMTF模块试验台的10个德思特Raditeq RadiPower系列功率计阵列

实测效果

●功率曲线测量动态范围＞65 dB

●脉冲跟踪频率≥4 Hz，完美匹配腔体调节需求

●150台设备已部署至DESY所有测试站

图3.运行期间闪光腔处反射功率的轨迹

客户评价

“德思特Raditeq的解决方案简化了我们复杂的功率测量流程，其高可靠性和开放性接口为加速器稳定运行提供了关键保障。”

—— **Wohl-Dietrich Mötter**，DESY项目负责人

德思特Raditeq RadiPower系列功率计

德思特多功能USB功率计TS-RadiPower是一款快速准确的射频功率头，带有USB接口，连接方便。TS-RadiPower功率计专为执行脉冲、AM、FM、跟踪模式和峰值功率测量而设计，可用于不同的测试环境。该系列头可根据EMC标准进行有效的抗扰度测量。TS-RadiPower®消除了功率计速度这一瓶颈，可实现快速EMC测量！

德思特实时频谱分析仪限时促销！

审核编辑 黄宇