Transcript RF系

1, 発振器のセットアップ
発振器
共振回路への電圧入力には3台の発振器を用いている。ここでは使用上最低限必
要な説明と注意点を記す。さらに詳しい使用法や設定方法はこの機器のマニュアル
に記されているのでそちらを参照してもらいたい。
出力 on/off (1ch)
出力 on/off (2ch)
正弦波発振(2ch)
TTL発振(1ch)
正弦波発振(1ch)
写真1 表面パネル
各発振器には2ch出力がついている。右側が1ch。使用するのは写真1中正弦波発
振とTTL発振である。正弦波発振から出た信号は電圧安定化回路と位相安定化回
路を通って共振回路へ入力される。TTLはバンチャー1で使用している発振器からの
もののみを使用する。(ビームの周波数と等しい必要がある。)TTLは写真2分岐回路
によって分岐され、TACのstop信号や位相調整に用いられる。
写真2
写真1 の発振器の表示パネルには発振周波数、
発振電圧、オフセット電圧、出力インピーダンスが
表示されている。この設定は写真中の赤い四角の
ボタンで設定できる。これについては後述する。
発振器
発振器各チャンネルには出力on/offスイッチがあ
る。TTL分岐回路は入力がなければランダムにTTL
信号を発振してしまう(ノイズによるため)。バン
チャー1に使用する発振器(TTLを使用する発振器)
は常にこれをonにしておくこと。
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TTL分岐
写真3は発振器裏面。ここには発振器同士を同期
させるためのコネクタを取り付ける。
写真3
接続方法
発振器1(out) → 発振器2(in)
発振器2(out) → 発振器3(in)
発振器1 → 3の順に電源を入れる。
また、接続時にはすべての発振器の電源がついて
いないと出力されないので注意すること。
2, 使用上の注意
ここでは発振器を操作するうえでの注意点と簡単な使い方を紹介する。発振器の詳し
い操作方法についてはマニュアルを読んでほしい。
まずは発振器から電圧を出力する前に確認する事項がいくつかある。発振器からの出
力は、電圧調整回路だけでなく、調整の際には直接パワーアンプに入力することがある。
これらの機器に急に高電圧や正弦波ではない波形(例えば矩形波)を入力してしまうと故
障してしまう。よって、電圧を出力する(出力on/off ボタンを押す)前にこれらが適切かどう
か確認しておくことが必要になる。
出力on/off ボタンを押す前に以下の事項を確認すること。
• 出力電圧が0Vpp (-infty dBm)
• off set 電圧0V
• 周波数が適切かどうか(共振周波数付近であればよい)
• 出力インピーダンスが50Ω
• 波形が正弦波であること
• イオン源バンチャーのコントローラの電源がoff になっていること
また、1ch と 2ch は同じボタンで操作するため、今どちらのチャンネルを操作している
か意識することが必要である。
以下、これらの各項目ごとに説明する
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• 上写真はフロントパネ左下にあるチャンネルの切り替えボタンである。まずはこれを操
作したいチャンネルに切り替える。BOTHは両方の設定を同時に操作するモードである
が、これは使用しない。
④
①
②
③
写真3 フロントモニタ
• 写真3 は選択したチャンネルの情報を示している。①は正弦波の電圧、②はoff set 電
圧、③は出力インピーダンス。④が出力する周波数である。これらの設定はフロントパネ
ルのボタンで変更できる。
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• ENTRYボタン → 周波数、電圧、off set 、位相 が変更できる。
• FUNCTION ボタン → 波形が変更できる。正弦波が点滅していることを確認する。
• SYSTEM ボタン → LOAD (左右ボタンで選択する) → 50Ωを選択する。
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2, 共振回路の準備
発振器から出力された正弦波は、安定化回路を経てパワーアンプに入力され、共
振回路に入力される。共振回路によって昇圧された電圧は、コンデンサによって分割
され、バッファアンプによってコントロールルームに送られる。基本的にはこれらの装
置の電源を入れるだけでよい。ここではこれらの装置を扱う上での注意点を述べる。
チョッパー のパワーアンプには出力調整ツマミがついており、使用時はこれを最大
まで回しておく。
④
②バルブ
①
main
sw.③
ロングタイムチョッパーのコイルはフロリナートで冷却している。操作手順は以下の
とおり。
① スイッチが内部制御であることを確認する。
② バルブを開ける。
③ メインスイッチを入れる。
④ Aspirator, Pump, Refrigerator のスイッチを入れる。
なお、設定温度は set meas. ボタンで設定することができる。
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④
①
⑤
③
②
上写真はタンデム下流側にあるチョッパー1からの入出力である。
① RF1
② RF2 ※自動同調に使用する。
③ 正弦波
④ スピーカーへの入力
⑤ 共振回路からのピックアップ
チョッパー1 のピックアップ出力bin は使用しない時は50Ωでターミネートすること。
タンデムの放電によってバッファアンプが故障するのを防ぐためである。
入力(共振器から
のピックアップ)
電源
バッファアンプ出力
(コントロールルームへ送る)
バッファアンプは100V電源が必要である。未使用時ははずしておくことが好ましい。
この存在は忘れがちであり、実験中共振回路のピックアップ信号が見えない場合こ
れが原因であることがしばしばある。ピックアップが見えないときはまずこれを疑うこ
と。
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3, 配線
右図は左が振幅と位相調整回路、右がPhase Sifter である。 左側のモジュールは振幅
のモニタとフィードバック、そして位相の検出を行う。Phase Shifter は位相振幅調整回路か
らの信号に応じて位相を変える回路である。Phase Shifter は1つのモジュールに2ch利用
可能。
位相と振幅調整回路
① Pickup 信号入力
② F.B.出力 Phase Shifter の位相変化量を決定
①
④
④ 基準TTL の入力 (チョッパーには1/2に分周したものを入力)
②
⑤
⑤ No connection
③
③ 基準TTLとPick up 信号との位相差出力(モニタ用)
⑥ 位相調整つまみ バリキャップ電圧3Vで使用する。
⑦ Pick up と入力信号との位相差出力 (モニタとして使用)
⑧ 発振器からの電圧入力 (最大5Vpp)
⑨ 電圧モニタ出力
Phase Shifter
⑫ 正弦波入力
⑭
⑬
⑮
⑥
⑯
⑦
⑩ 正弦波出力 (最大0.8Vpp)
⑪ 電圧調整
⑫
⑨
⑧
⑩
⑪
⑬ 位相調整入力
⑭ 正弦波出力
⑮ バリキャップ電圧モニタ
⑯ 位相調整 (特に調整する必要はない。)
位相と振幅調整回路
Phase Shifter
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配線 (位相と振幅回路、Phase Shifter )
実験室配線
正弦波出力
Pick up
TTL分岐
Pick up
分岐
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配線 (モニタ関連)
電圧
位相
バリキャップ電圧
位相
バリキャップ電圧
電圧
位相 1
101ch バンチャー1 電圧
102ch バンチャー1 位相1
103ch バンチャー1 位相2
104ch バンチャー2 電圧
位相 2
電圧
105ch バンチャー2 位相1
106ch バンチャー2 位相2
…
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配線 (実験室内、分岐回路)
B1
B2
B1
C1
C1
C2
B2
C2
LTC1
LTC2
LTC1
LTC2
共振器Pick up
共振器入力
(Phase Shifter より)
分割比(印加電圧とpick up との比)
位相調整回路へ
B1 ～ C2
1/1000
LTC1
1/20000
LTC2
1/10000
(H20.3月現在)
高周波分岐回路(右図)
入力は裏側、出力は1ch 毎に2口
モジュール1つにつき4ｃh ある。
オシロスコープで ゲインを内部で調整できる。(1倍で使用)
モニターする
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4
使用方法
共振回路に電圧を入力する前に以下を確認してもらいたい。
•
LTCの冷却水が流れていること。
•
前段バンチャーの電源がoff になっていること。
•
パワーアンプ、回路の電源がon になっているか。
•
LTCの共振周波数が適切な値にセットされているか。
それが確認できたら、本マニュアル1章で示した手順で発振器の電源を投入し、
発振器の状態を確認する(発振周波数、電圧、波形 etc…)。
4-1 基準TTLの入力
まずはバンチャー1の発振器の出力を onにする。(基準TTLをTTL分岐回路に
入力する) 前段バンチャーを使用するときはこの出力を絶対off にしないこと。
4-2 共振周波数の調整
次に共振器の共振周波数を調整する。
LTCを除いて共振周波数の調整はコントロールルームで行うことができる。
右下の図は共振機内のバリコンのコントローラである。バリコンを変化させる
モータは共振器に設置しており、Local で操作するかRemote で操作するかの
切り替えはそこで行うことができる。
上のメータは現在の回転数。
左のスイッチで回転方向の切り替え。
赤いボタンを押すことでモータが駆動する。
共振周波数の調整はPick up をオシロスコー
プで見ながら行う。
• 振幅調整のつまみを大きく上げておく。(電
圧フィードバックがかからないようにする。)
• 発振器から電圧を出力する。
• オシロスコープを見ながらモータを回し、電
圧が最大になるところを探す。
※ Pick up電圧が常に1 Vpp 以下になるよう
に発振器の調整をしながら行うこと。
※ 電圧フィードバックがかかるとモータを回転
させても電圧が変化しない。その場合は、発
振器の出力を抑える or 振幅調整つまみをさ
らに上げること。
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LTCの共振周波数はRemote では調整できない。したがってある程度は事前に共振周
波数を合わせておく必要がある。共振周波数の測定は小型のインピーダンスメータが便
利である。共振周波数の変更は手動のバリコンを用いる。
実験で使用する際には実際に電圧を入力して調整する。LTCのパワーアンプには入力
波と反射波の電力計が付いており、電圧を入力したときに反射が0になるように調整す
る。
電圧を入力する際は、LTCの反射に注意すること。
LTC2は電力が入力しにくい特性がある。(これは真空チャンバ内での放電が原因であ
ると考えているが、詳細は不明。大気圧中ではこの症状はない。)これは、電圧入力時に
強力な磁石を近づけることで緩和されることが分かっている。
電圧入力時には磁石を設置し、電圧が印加できるようになったらこれを取り除くこと。
4- 2 電圧、位相の設定
共振周波数の設定が終わったら、実際に使用する電圧まで上げていく。
※ 電圧フィードバックが動作する条件は
発振器からの入力 ＞ 電圧調整のつまみの設定電圧 である。この条件を
満たしていると、電圧調整つまみで印加電圧をコントロールできる。
電圧を上げる手順
① 共振周波数の設定で電圧調整つまみを大きく回している場合は一旦下げる。
(電圧調整つまみで印加電圧がコントロールできるようになるまで。)
② 発振器の出力電圧を上げる (数百mVpp程度づつ)
③ 電圧調整つまみを上げる。
④ 設定電圧になったら発振器の出力電圧を2～3割上げておく。設定電圧に達しな
ければなければ、②にもどる。
位相の設定
電圧の設定が終われば今度は位相の設定である。位相調整のつまみを回し、
バリキャップ電圧を3V に合わせる。
印加電圧の位相を調整は、バンチャー1(基準TTLを使用している発振器)以
外は、発振器の位相を変える。操作方法は1章。
バンチャー１は発振器と電圧調整回路の間にDelay を入れ、それで調整する。
微調整は位相調整つまみで行う。
→ 発振器の移送を変えると基準TTLの位相も変わるため。
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4- 3 自動同調
電圧の入力が終わったら自動同調をセットする。自動同調は共振回路からの
電流と電圧をピックアップし、両者に位相差があると、スピーカに電圧を出力し、
共振周波数を変化させる。
⑤
①
②
⑥
③
④
⑦
⑧
⑨
① RF入力1
② RF入力2 → 1と2のつなぎ方を逆にすると安定動作しない。
③ スピーカ出力モニタ
④ スピーカ出力
⑤ スピーカ電圧モニタ 低ゲイン
⑥ スピーカ電圧モニタ 高ゲイン
⑦ オフセット電圧調整
⑧ ゲイン調整
⑨ スピーカ電圧モニタ
使用方法
•
④のコネクタを抜き、電源を投入。ゲインを2 程度上げる
•
⑤、⑥の電圧が0 (メータの中心)になるように合わせる。
•
ゲインを0に戻し電源を切って5秒程度待つ。
•
④のコネクタをもとに戻し、電源を投入。ゲインを2～3程度にあげる。
※ スピーカーに過電流が流れると出力が出なくなる安全装置が付いている。この場
合電源を切って5秒ほど待てば復帰できる。
※ 電極もしくは壁面が振動する場合はゲインを下げて使用すること。振動部を補強
するのも効果的である。
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前段バンチャー
前段バンチャーを使用する際には電源投入する順番に注意すること。
前段バンチャー
光ケーブル
鋸歯状波発生機
電圧コントロールパネル
アンプ
トランス
＆
ターミネータ
①
③
④
②
• イオン源バンチャー操作パネル
イオン源バンチャーの電源を入れる順番には注意が必要である。
① 電源スイッチ(off にしておく)
② TTL入力 (TTL分岐アンプから)
③ 出力電圧調整ツマミ 0 になっていることを確認する。
④ 出力電圧モニタ
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• トランス ＆ ターミネータ
昇圧用のトランスとインピーダンスマッチング用のターミネータの接続。
電圧 1:3
アンプからの電圧入力
カソードへの電圧印加
＆
450Ωターミネート
• ターミネータ
450 Ωの抵抗を使用するか、トランスを用いて50Ωを450Ωに変換して使用する。
450Ω
50Ω
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• 操作方法
※ 操作手順を間違えるとパワーアンプが故障する危険性があるので注意すること。
1 コントロールルームにある前段バンチャーパネルにTTLを入力する。
2 前段バンチャーパネルの電源を入れる。
3 パワーアンプの電源を入れる。
4 電圧を印加する
5 位相を調整する際は、TTL 分岐回路と前段バンチャーパネル間にDelay を入れて
調整する。
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Appendix 1
EDの昇圧 実験の3日前くらいから昇圧を始めること。
正電圧、負電圧2台使用している。写真は片方のみ。
②
①
③
④
① 上から Local /Remote の切り替え、出力On ボタン、Off ボタン
② 印加電圧
③ 電流モニタ
④ 上から 電圧調整、電流調整
使用方法
1.
電流調整を0.7にセットしておく。(0.07mA で出力が制限される。)
2.
電圧調整が0になっていることを確認したら電源を投入する
3.
ペンレコ(コントロールパネル下部に2台設置)の電源も投入する。
4.
電圧を正と負交互に上げてゆく。両者の電圧の差が5kVを超えないように注意
しながら上げてゆく。
5.
放電(急に電流値が上がり、リミット電流0.07mAになる)したら、電圧調整を正負
同じ値にして1時間ほど放置する。このとき正負の電圧に差が生じるが、10kV
以内に抑えておくこと。
6.
時間が経てば、正負の電圧に差がなくなり、電流も低くなっている。これ以降は
4 と5 の繰り返し。実験で使用する電圧の1.5倍程度まで昇圧する。
※ Remote とLocal を切り替えるときは電圧を0にしてから切り替えること。
※ Remote での操作方法は Local と同じ。
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Appendix 2
•
チョッパー1 はSF6中にある。電圧ピックアップ用の真空コン
デンサにSF6が漏れこみ、静電容量が変化するため使用で
きない。そこ分割コンデンサを自作した。
②
⑤
①
③
④
②
①
⑤
④
① アルミ製ふた
③
② アルミ製筒
③ テフロン
④ テフロンと反対側にカプトンシートが張り付けてある。分割電圧の出力部分。
⑤ 電極に接続
※ カプトンシートとテフロンのコンデンサでコンデンサ分割をする。
※ 図面は コンデンサ.jww
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