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第1章 绪论1

1.1 高能加速器和同步辐射装置简明发展史1

1.2 HLS储存环测量系统与束流位置测量6

参考文献8

第2章 束流动力学理论简介10

2.1 坐标系10

2.2 横向运动方程及其解12

2.3 横向振荡14

2.4 纵向振荡17

参考文献18

第3章 束流信号与频谱理论19

3.1 同步束团信号19

3.1.1 单束团19

3.1.2 多束团20

3.2 横向β振荡幅度调制信号20

3.2.1 单束团20

3.2.2 多束团22

3.3 纵向振荡相位调制信号23

3.3.1 单束团23

3.3.2 多束团24

3.4 同时存在横向幅度调制和纵向相位调制26

3.4.1 单束团26

3.4.2 多束团27

参考文献28

第4章 束流不稳定性29

4.1 尾场和尾场函数29

4.1.1 自由空间中以光速运动的束流31

4.1.2 理想导电管道中以光速运动的束流32

4.1.3 电阻壁和腔体结构中的尾场函数32

4.2 耦合阻抗35

4.2.1 耦合阻抗定义35

4.2.2 耦合阻抗某些重要性质36

4.2.3 几种典型的耦合阻抗和相应的尾场函数37

4.3 不稳定性理论39

4.3.1 横向不稳定性41

4.3.2 阻抗壁效应引起的不稳定性42

4.3.3 头尾不稳定性43

4.3.4 纵向不稳定性——Robinson不稳定性46

4.3.5 束腔不稳定性——高频腔高次模不稳定性49

4.3.6 多束团不稳定性49

4.3.7 束团伸长效应50

4.3.8 离子不稳定性55

4.3.9 快离子不稳定性59

4.4 不稳定振荡模式概论62

4.4.1 纵向振荡模式63

4.4.2 横向振荡模式69

4.5 电子储存环几种典型阻尼机制和克服不稳定性所采取的措施72

4.5.1 辐射阻尼72

4.5.2 朗道阻尼77

4.5.3 常用的克服不稳定性措施83

参考文献84

第5章 束流位置测量与相关理论基础86

5.1 信号探测基本原理86

5.1.1 感应场86

5.1.2 信号接收87

5.2 束流位置探测原理88

5.2.1 钮扣电极BPM88

5.2.2 条带电极93

5.2.3 条带电极作为pickup99

5.2.4 条带电极作为kicker105

5.2.5 HLS所使用的kicker的覆盖因子计算112

5.2.6 HLS所使用的条带的耦合阻抗计算113

5.2.7 两种BPM特性的比较114

5.3 束流位置测量信号与处理114

5.3.1 束流位置信号的要求114

5.3.2 束流位置信号处理的要求114

5.3.3 束流位置信号的处理方法115

5.4 束流位置探测器在HLS的应用119

参考文献121

第6章 HLS钮扣型束流位置探测器123

6.1 钮扣型探测电极的定标124

6.1.1 定标装置124

6.1.2 定标中的数据处理126

6.1.3 最小二乘法逼近127

6.2 以边界元素法验证模拟定标129

6.2.1 边界元素法理论简介129

6.2.2 灵敏度的计算131

参考文献133

第7章 闭轨测量系统的研制与应用135

7.1 HLS闭轨测量系统研制的进展135

7.2 升级的闭轨测量系统结构与信号处理136

7.2.1 COD测量系统硬件和软件结构136

7.2.2 BPM Module137

7.3 数据获取系统和数据的分析138

7.3.1 数据获取系统138

7.3.2 升级后的BPM系统测量精度和分辨率138

7.4 BPM系统的应用141

7.4.1 色散函数的测量141

7.4.2 BBA方法测量四极磁铁磁中心的位置142

7.4.3 全环闭轨校正143

参考文献145

第8章 数据处理方法146

8.1 离散时间信号的处理147

8.1.1 采样信号的频谱147

8.1.2 采样定理148

8.1.3 数字信号处理中截断的影响——泄漏149

8.2 信号加窗150

8.2.1 信号加窗意义150

8.2.2 窗函数特性151

8.2.3 几个应用中的窗函数154

8.3 Tune测量156

8.3.1 工作点测量意义156

8.3.2 工作点估算方法的探讨157

8.4 其他数据处理方法174

8.4.1 基于数字锁相检测阻尼时间174

8.4.2 小波方法在束测信号处理中的应用177

参考文献188

第9章 HLS逐圈测量系统的研制与应用191

9.1 TBT测量系统的研制191

9.1.1 TBT测量系统参数选定191

9.1.2 电子学线路及各部分的功能192

9.2 逐圈测量系统定标197

9.2.1 系统定标计算197

9.2.2 探测电极灵敏度198

9.2.3 BPM电子学增益定标198

9.2.4 系统的在线定标199

9.3 逐圈测量系统应用200

9.3.1 逐圈位置测量200

9.3.2 二期工程总调新注入系统的检测201

9.3.3 低频窄带反馈系统的初步尝试203

9.3.4 HLS若干物理参数的测量和不稳定性分析研究211

参考文献226

第10章 逐束团测量系统研制与应用227

10.1 逐束团测量系统研制的必要性和意义227

10.1.1 研制的必要性227

10.1.2 BxB测量的意义229

10.2 国内外发展状况230

10.3 HLS逐束团测量系统的研制231

10.3.1 系统带宽的确定231

10.3.2 测量系统的组成232

10.3.3 关键器件性能的介绍241

10.4 相关物理量测量与分析246

10.4.1 HLS储存环Twiss函数247

10.4.2 激励束流设备和线路247

10.4.3 激励门电路的研制248

10.4.4 逐束团测量系统的应用251

10.5 逐束团流强测量系统268

10.5.1 新的检波方案的应用269

10.5.2 测量系统准确性验证270

10.5.3 在线定标结果271

10.5.4 逐束团纵向振荡测量系统273

10.5.5 纵向振荡对横向测量影响分析276

参考文献277

第11章 横向模拟反馈系统研制与应用280

11.1 反馈原理281

11.1.1 反馈系统理论281

11.1.2 反馈系统工作原理284

11.1.3 反馈系统类型和要求284

11.2 HLS横向宽带反馈系统设计思想285

11.2.1 系统的主要参数285

11.2.2 pickup选择288

11.3 模拟横向反馈系统样机的研制288

11.3.1 总体设计框图289

11.3.2 各组成部分290

11.4 逐束团测量和横向反馈系统的调试302

11.4.1 测量系统的调试302

11.4.2 模拟反馈样机的调试305

11.5 希尔伯特变换相空间重建方法308

11.5.1 希尔伯特变换相空间重建理论308

11.5.2 希尔伯特变换在相空间重建中的应用原理312

11.5.3 希尔伯特变换数据处理方法在HLS上的应用314

11.6 横向反馈系统的改进317

11.6.1 线路改进318

11.6.2 基于EPICS的系统控制软件319

11.6.3 系统调试与数据分析321

参考文献323

第12章 数字横向反馈系统研制与应用325

12.1 数字反馈基本原理325

12.2 数字反馈技术的核心元素及其发展过程326

12.2.1 DSP阵列作为处理单元的数字反馈系统326

12.2.2 FPGA芯片作为处理单元的数字反馈系统327

12.3 数字信号处理理论330

12.3.1 离散时间线性非时变系统330

12.3.2 单位取样响应和卷积331

12.3.3 离散时间信号和系统频域分析331

12.3.4 离散傅里叶变换332

12.4 数字滤波器设计335

12.4.1 IIR滤波器337

12.4.2 FIR滤波器339

12.4.3 数字滤波器的系数量化误差340

12.5 数字反馈的FIR滤波器算法实现341

12.5.1 频域法设计滤波器341

12.5.2 时域最小二乘法设计滤波器342

12.5.3 选择FIR滤波器设计343

12.5.4 数字横向逐束团反馈方法与实现344

12.6 HLS数字横向逐束团反馈系统345

12.6.1 HLS数字横向反馈系统的构成345

12.6.2 数字反馈处理器的FPGA程序修改352

12.6.3 滤波器设计与优化354

12.6.4 增益放大器358

12.6.5 时钟系统361

12.6.6 数字反馈系统集成与控制361

12.7 反馈系统的调试与分析361

12.7.1 频率响应的测试362

12.7.2 单束团时序试验362

12.7.3 200MeV反馈系统相位调试363

12.7.4 800MeV反馈系统相位调试364

12.8 800MeV运行状态下的反馈效果检测365

12.8.1 抑制800MeV运行时的横向不稳定性边带365

12.8.2 降低六极磁铁电流试验366

12.8.3 阻尼时间测量369

12.9 横向振荡模式分析371

12.10 提高注入流强371

12.10.1 抑制注入边带371

12.10.2 抑制注入残余振荡372

12.10.3 替代八极磁铁提高注入流强373

参考文献374