ERL検討会(2010/12/15)1

同軸ケーブルの温度依存性

調査の動機測定方法測定ケーブル測定結果今後の課題

加速器第五研究系 荒川 大

1

2

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

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ｲﾝﾀｰﾛｯｸへ進行波/反射波

（10MHz）ﾌｨｰﾄﾞﾊﾞｯｸ信号

基準信号

ﾀﾞｳﾝｺﾝﾊﾞｰﾀｰ

約40m同軸ｹｰﾌﾞﾙ

IF IF

LO

RF

LO

RF

ADC

delay90°

1310MHzBW=4MHzBPF

40MHz

デジタルフィードバック基板

10MHz

IQ変調器1/128分周

1/32分周

ADCFPGA

DAC

DAC

IQ変調器

ｱｰｸｾﾝｻｰ

etc

…

反射波ﾊﾟﾜｰ

進行波ﾊﾟﾜｰ

導波管冷却水

安全関係

ｲﾝﾀｰﾛｯｸ信号

制御系RF ON/OFF

1.3GHz分岐

OSC1.3G

PF

PBｻｰｷｭﾚｰﾀｰPFPB

1300MHz

結合器 結合器方向性方向性

IOT用＝200W CWｸﾗｲｽﾄﾛﾝ用＝100W CW

AMPRFスイッチ

ｸﾗｲｽﾄﾛﾝ＝最大出力300kwIOT＝最大出力30kw

ﾀﾞﾐｰﾛｰ

ﾄﾞ 空洞電圧ﾓﾆﾀｰ

RFﾓﾆﾀｰRFﾓﾆﾀｰ

加速空洞導波管

IOT又はｸﾗｲｽﾄﾛﾝ

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 （１２月１０~１６日測定）

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中２階ラック内の温度

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同軸ケーブル温度特性測定のセットアップ

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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

8

検証のためのセットアップケーブルの温度依存性

同軸ｹｰﾌﾞﾙ

恒温槽

ｱﾅﾗｲｻﾞｰ

ﾈｯﾄﾜｰｸ

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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測定した同軸ケーブル一覧表

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1300MHz挿入損失

5D-2V 10 m 藤倉電線 未測定 dB8D-2W 10 m 藤倉電線 -2.74 dBRG223U 10 m SUHNER -10 dB5B020-33-33 10 m CANDOX -4.95 dB5B045-94-94 10 m CANDOX -3 dBS04272B 10 m SUHNER -4.8 dBSUCOFLEX104P 10 m SUHNER -3.02 dBFSJ1RK-50B 10 m ｱﾝﾄﾞﾘｭｰ -2.29 dB

NH-WF H50-3S 100 m 三菱電線 -14.13 dBLDF2P-50-43 100 m ｱﾝﾄﾞﾘｭｰ -13.4 dB8DWFLEX-FR 100 m 三菱電線 -16.3 dBLDF2RK-50 100 m ｱﾝﾄﾞﾘｭｰ -13.8 ｄBFSJ2 RN-50 100 m ｱﾝﾄﾞﾘｭｰ -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）

10

5 10 15 20 25 30 35 40-60

-55

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

30

温度〔℃〕

相対値角

度（deg）

RG223U(10m)

5B45-94-94(10m)

S04272B(10m換算)

FSJ1RK50B(10m)

SUCOFLEX104P(10m)

5B020-33-33(10m換算)

5D-2V(10m)

8D2W(10m)

同軸ｹｰﾌﾞﾙ　温度/位相特性

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測定結果（その１－２：１０ｍケーブル振幅）

11

5 10 15 20 25 30 35 40-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

温度〔℃〕

相対値減

衰率〔dB〕

RG223U振幅

5B45振幅

S04272B(10m換算）

FSJ1RK50B

SUCOFLEX104P

5B020-33-33(10m換算）

5D-2V

8D2W

同軸ｹｰﾌﾞﾙ　温度/振幅特性

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長距離伝送用ケーブル〔位相特性〕

12

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〕

13

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温度依存性の周波数特性

-2.70E+01

-2.50E+01

-2.30E+01

-2.10E+01

-1.90E+01

-1.70E+01

-1.50E+01

-6.00E+00

-5.50E+00

-5.00E+00

-4.50E+00

-4.00E+00

-3.50E+00

-3.00E+00

相対

値位

相〔deg

〕

温度〔℃〕

LDF2P-50-43温度特性

324MHz

1300MHz

ERL検討会(2010/12/15)15

97

97.5

98

98.5

99

99.5

100

-6.00E+00

-5.50E+00

-5.00E+00

-4.50E+00

-4.00E+00

-3.50E+00

-3.00E+00

LDF2P-50data付け合せ

荒川測定324

小林data

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目標値：0.1%,0.1度以内@１３００MHz

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。

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）

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。

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解決策〔今後の課題〕

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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？

資料提供：道園氏、（小林氏）