The measurement of center position for L-band cavity BPM
1. 목적
캐비티 빔 위치 모니터는 원통형의 구조로 되어 있어 가공 면에서 기 계적 중심 위치를 잡기가 싶다. 그러나 전기적으로 그 중심을 측정하 는 데는 고정밀로 제작된 안테나를 고정밀로 캐비티의 중심축에 맞추 지 않으면 안 된다. 이번 측정을 통해 측정 장비 제작 및 절대 위치 정 밀도의 평가 방법을 확인하며 캐비티 빔 위치 모니터를 이용하여 실 제 중심 위치를 고정밀 측정한다.
2. 중심 위치 편차의 측정 장치
3. 중심 위치 편차의 측정실험
- 캐비티의 전기적 중심의 측정
캐비티의 전기적 중심의 측정은 안테나를 캐비티의 회전 중심에 일치 시킨 후 안테나를 안테나이동용 X-Y 스테이지에 의해 이동시키면서 네트워크 어널라이저에서 다이폴 모트의 진폭 변화를 보는 것으로 측 정된다. 이 때, 다이폴 모트가 가장 낮게 되는 위치에서 캐비티의 전 기적 중심을 구한다. 이와 같이 안테나를 X, Y 방향에 이동했을 때의 다이폴 모드의 입, 출력 비를 표시한 그래프를 그림5로 나타낸다.
캐비티의 전기적 중심은 그래프의 중심보다 좌우측에서 각각 직선에 의한 피팅을 할 때의 두 직선의 교차점이 된다. 이때 각 포트의 양방 향에서 측정을 하게 되므로 측정된 두 값의 평균값을 구하고 수평축 의 영점은 캐비티의 기계적 중심 위치이므로 캐비티의 전기적 중심은 이것보다도 X방향으로 4.28178mm Y방향으로 5.455515mm 벗어난 위치에 있다는 것을 알게 되었다.
4. 고찰
측정에 의해 X, Y 축방향 캐비티의 전기적 중심과 기계적 중심의 편 차를 측정하였다. 그림4에 의해 기계적 중심의 정밀도는 +/-25um정 도이므로 캐비티 빔 위치 모니터의 전기적 중심과 기계적 중심의 편 차는 5.46+/-0.025mm라고 할 수 있다.
이것은 기대치에 상당히 못 미치는 수준으로 기계적인 안정성의 문제, 안태나의 안정성 문제, 빔 파이프 모드의 섞임, 안테나의 과도한 경사 방향 발생, 마이크로파 흡수를 위해 사용한 커버의 위치 선정 문제, 스캔할 때의 실험실의 출입문 사용으로 인한 공기의 진동 등 여러 가 지 원인을 고려해야 한다. 실험 조건 및 설비의 충분한 검토를 통해 이번 실험을 통한 캐비티 성능의 확인과 향후 계획을 모색해야 할 것 이다.
HEO AEYOUNG, KIM EUN-SAN, SON DONG CHUL
Kyungpook National University, Daegu, Korea
HAYANO HITOSHI
High Energy Accelerator Research Organization, Ibaraki, Japan
L-band cavity BPM is developed at STF in KEK and its cold model was measured to have about 0.3um
resolution. However the position accuracy at the installation is not estimated still but is essential. In order to use beam position monitor with high resolution, the beam should be passed through center of cavity and
alignment accuracy is within sub hundred micrometers. The deviation between electric center and
mechanical center of cavity fabricated with high accuracy should be measured for them. The cavity is manufactured with cylindrical structure and we would realize easily the mechanical center position at
machine surface. However to measure electrical center of cavity, we consider to match up the cavity with the antenna manufactured with precision. In this paper we explain how to measure, the result and the
consideration.
그림1 : 디지털 수치 측정기
그림3 : 전기적 중심을 위한 다이어그램
그림4 : 엘밴드 캐비티 빔 위치 모니터의 회전 중심 편차
그림5 : X축(위쪽), Y축(아래쪽) 방향 스캔 원통형 캐비티 및 원통형
안테나의 각각의 기계적 중 심을 맞추는 방법으로 고정 밀한 회전 스테이지 상의 원통형 캐비티 및 원통형 안테나를 X-Y 스테이지를 중간에 두고 설치하고, 그 원통 주변부분의 바깥쪽에 서의 거리가 회전에 대해 변하지 않도록 X-Y 스테이 지를 조절했다. 바깥쪽 기준 으로부터 회전하는 원통부 분의 거리를 측정하는 장치 는 그림 1에 나타난다
그림2 : 절대 위치 정밀도 측정 장치 기계적 중심과 전기적 중심
과의 편차를 측정하는 장치 를 그림 2에 나타낸다.
- 전기적 측정의 측정 장치 전기적 측정에 사용한 장치 는 전기적 성질의 측정에는 네트워크 어널라이저를 사 용하고 게인 30dB의 앰프를 통해 신호를 증폭한다. 전체 장치를 자동으로 운영하기 위해서 VEE(Visual
Enginerring Environment, Agilent)가 사용되었으며 다 이어램은 그림 3와 같다.
- 캐비티의 기계적 중심의 측정
측정을 위해 먼저 캐비티의 기계적 중심을 회전 중심으 로 맞춘다. 그것은 디지털 수치 측정기를 이용하여 회 전시켰을 때의 1의 변화가 최소가 되는 점을 각각의 기계적 중심으로 한다. 1의 변화가 최소가 될 때의 캐 비티의 회전에 대한 단면 위치 변화를 그림 4와 같이 나타냈다. 회전 중심에 대한 일치 정도는 +/-25um 이내 로 적합하다.
