Hohlleiterabgleich

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Abgleich des Hohlleiter-Systems bei eingebauten Cavities


Stehen die Cavities im geradzahligen vielfachen Abstand der Strahlphase, so muss, damit die Cavity-Strecke beschleunigend wirkt, der Strahl beim Durchlauf jedes Cavities die gleiche HF-Phase vorfinden. Dies erfordert einen exakten Cavity-Phasenabgleich am Hohlleitersystem.

Zunächst wird der Istzustand des unabgeglichenen Hohlleitersystems ermittelt. Anschließend wird entschieden, welche Änderungen am einfachsten zu realisieren sind: Hohlleiter tauschen, hinzufügen, entfernen oder Stempel einbauen. Solche Umbauarbeiten sind immer dann erforderlich, wenn die Phasenabweichung größer ist, als mit einem Bellow, der dem Feinabgleich dient, korrigiert werden kann. Ein Bellow kann maximal 10 % seiner Ursprungslänge gedehnt oder gedrückt werden; zum Beispiel kann ein 60 cm - Bellow um 6 cm gedreht werden, was einer Phasenänderung von 27 ° entspricht.

Ferner ist zu beachten, dass mechanische Verspannungen eine starke Last für die Cavity-Einkopplungen darstellen können, von optisch schiefen Hohlleitergebilden einmal abgesehen. Verspannungen sollen auf jeden Fall vermieden werden. Die eleganteste Methode des Abgleichs ist dann gegeben, wenn verstellbare Phasenschieber vor den Cavities installiert sind. Solche sind zum Teil im DORIS-Keller eingebaut. Sie haben allerdings auch nur einen Abstimmbereich von höchstens 40 ° .

Modifikation einer Hohlleiterstrecke

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  • U-förmige Speisearme lassen sich einfach posaunenartig, durch hinzufügen oder entfernen von 2 gleichlangen geraden Stücken verlängern oder verkürzen.


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  • Bei phasenungleichen magischen Tee´s und symmetrischem Hohlleiteraufbauoder bei unsymmetrischer Einspeisung lässt sich die Phasenunsymmetrie ausgleichen durch unterschiedliche H-Bogen / H-Winkel in der Cavity-Speiseleitung. Ein Bogen hat dabei den kürzeren Weg für die Welle als der Winkel. Dabei unterscheiden sich die Bögen wiederum durch die gegossene Ausführung der Fa. Spinner, und die Version mit der glatten Oberfläche aus Alu-Blech geschweißt, der Fa. MTI. Bei den H-Winkeln gibt es noch die Ausführung mit oder ohne Kompensationsstab, was auf die Phase nur wenig Einfluss zeigt.


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  • Sind beide oben genannten Lösungen nicht machbar, oder reichen die Maßnahmen nicht aus, so ist der Einbau von Stempeln in geraden Hohlleiterstücken möglich. Anzahl und Anordnung gehen aus beigefügter Kurve hervor. Besonders beachtet werden muss dabei die Reflexion einer solchen "Stempelstrecke". Sie ist abhängig von der Stempelhöhe und muss von Fall zu Fall durch Variation der Paarabstände untereinander und zueinander wegkompensiert werden. Die Tabelle gibt hierüber leider noch keine Auskunft. Deshalb ist die experimentelle Erprobung im Labor vor dem Einbau der Strecke im Ring unumgänglich. Eine neue Kurve "Paarabstände" und "Gruppenabstände" in Abhängigkeit von der Stempelhöhe (Phase) könnte hier Abhilfe schaffen.


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Messungen der Phasen und Beurteilung


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Zur Messung werden benötigt: 1 Vektorvoltmeter HP oder R&S

2-3 URV, außerdem:

ausreichend lange Koaxkabel, Netzleitungen, div.

Adapter, Abschwächer, 6 dB Leitungsteiler von HP

Vor der ersten Phasenmessung muss das Vektorvoltmeter kalibriert bzw. genullt werden: Die beiden Koax-Meßkabel von Kanal ´A´ und ´B´ müssen so, wie sie nachher gebraucht werden, in ihrer Gesamtlänge sowie mit evtl. benötigten Abschwächern über einen 6 dB-Leistungsteiler in ihrer Phase genullt werden. Auch darf das Vektorvoltmeter nicht übersteuert werden (Abschwäch-er !).

Als erstes wird der Istzustand der gesamten Hohlleiterstrecke messtechnisch aufgenommen. Dazu wird der Referenzkanal ´A´des Vektorvoltmeters auf einen Bezugspunkt im System gelegt. Dieser Bezugspunkt kann entweder die UCY-Schleife eines Cavities sein, oder besser noch, sofern vorhanden, eine Richtkoppler-Messschleife vor der ersten Verteilung.

Um einen 180 ° Phasenfehler auszuschließen, sollte Messkanal ´B´ des Vektorvoltmeters nicht auf die Cavity-Richtkoppler, sondern direkt auf die UCY-Schleifen bei abgestimmten Cavities (FRes) gesteckt werden. Damit die Regelung beim Kabelumstecken nicht wegläuft, muss die Regelung des jeweils betreffenden Cavities für die Dauer der Messung auf ´AUS´geschaltet werden (2. Mann an den Cavity-Kontrollen im Sprechkontakt mit dem Anderen im Ring). Besonders wichtig ist es dabei, dass das zu messende Cavity unmittelbar vor der Messung genau auf FRes stand, bevor die Regelung ausgeschaltet wird. Eine geringfügige Abweichung hat Phasenfehler von 10 ° und mehr zur Folge. Nach dem Messen des einzelnen Cavity´s das UCY-Kabel wieder anschrauben und Regelung einschalten: FRes. Nächstes Cavity usw.

Alle Messwerte mit Vorzeichen sind in einer Skizze zu notieren. Die langen Messkabel sollten möglichst wenig bewegt, geknickt oder gedehnt werden (große Radien). Auch Radfahrer im HERA-Ring sollten nicht über die Messkabel fahren können! Der Phasenfehler durch die Kabel liegt erfahrungsgemäß bei ca. 1 - 4 Grad.


Beurteilung der Messergebnisse

Messwert mit positiven Vorzeichen: Phase ist voreilend gegenüber Referenzkanal ´A´,

das heißt:

  • Hohlleiter ist zu kurz und muss verlängert werden!

Messwert mit negativen Vorzeichen: Phase ist nacheilend gegenüber Referenzkanal ´A´,

das heißt:

  • Hohlleiter ist zu lang und muss verkürzt werden!

Manchmal ist eine Verkürzung des Hohlleiters aus mechanischen Gründen nicht möglich. Dann kann er auch stattdessen bis 360 ° verlängert werden, um zum selben Ziel zu kommen.

Beispiel dafür: Messergebnis = -50 ° d.h. Hohlleiter muss um 50 ° verkürzt werden, was evtl. nicht geht.

Also: 360 ° -50 ° = 310 ° Verlängerung bewirkt das Gleiche.

                         -> statt 11 cm Verkürzung: 68,6 cm Verlängerung.

An dieser Stelle sei die Umrechnung von Wellenlänge im Hohlleiter bei 500 MHz = 79,6 cm erwähnt:

                         1,0             Grad  =  2,2111111    mm Hohlleiter
                         0,4522613       Grad  =  1,0              mm Hohlleiter


Feinabgleich

Nachdem alle Cavities auf Phase 0 +/- 2-4 ° abgeglichen worden sind, folgt der Feinabgleich bei verstimmten Cavities. Alle Cavities müssen auf Fmin gefahren werden. Vollreflexion bedeutet, in den Absorbern der magischen Tee´s sollte ein Spannungsminimum sein, wenn die Hohlleiterlängen links und rechts des magischen Tee´s gleich sind.

Zunächst werden die 2er-Gruppen (1. Ebene) Mithilfe der Bellows justiert. Dann die 2. Ebene usw. Beim Wechsel auf die 2. und 3. Ebene müssen alle bereits abgeglichenen Paare gleichzeitig gedreht werden, damit der bereits fertige Abgleich erhalten bleibt. Das erfordert allerdings 2-3 URV´s und evtl. 2-3 Personen zum Abgleich.

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Ist die gesamte Strecke auf diese Weise fertig abgeglichen, so wird zum Schluss nochmals über alles die Phase an den UCY-Schleifen gemessen (Achtung: FRes wieder herstellen), und die Messwerte werden zur Dokumentation endgültig protokolliert.

See / MHFe / 13.03.1992