1.一种在线测量射频超导腔有载品质因数的方法,其特征在于,该方法包括:获取射频超导腔的腔压 V c 、前向电压 V f 及低电平输出信号 V LLRF ;对低电平输出信号 V LLRF 进行处理得到信号 V 1 ,其中, V 1 = gV LLRF , g 为复数常系数,具体过程为:当固态功率源阻抗与传输线匹配时,低电平输出信号 V LLRF 经过固态功率源输出后得到矩形的前向信号 V f ,相反地,当固态功率源阻抗与传输线不匹配时,一部分反向信号 V r 将会被固态功率源反射回来并混入前向信号 V f : ;将 V r = V c ─ V f 代入上述公式得:进一步得: ;其中,复数常系数 g = c 1 /(1+ c 2 ), k = c 2 /(1+ c 2 ), 和 为系数;令 V 1 = gV LLRF , V 2 = kV LLRF ,其中, V 1 为经过固态功率源放大之后的低电平输出信号, V 2 为混入前向信号中的反向信号;基于腔压 V c 、前向电压 V f 及信号 V 1 构建极坐标下的广义腔体系统微分方程,包括:基于腔压 V c 及前向电压 V f 构建腔体微分方程,通过拉式变换从腔体微分方程得到腔体传递函数模型;引入反馈环路,基于腔体传递函数模型建立广义腔体系统的传递函数模型;根据广义腔体系统的传递函数模型通过拉式逆变换建立广义腔体系统微分方程;将腔压 V c 及信号 V 1 按照幅值与相角分解,获得极坐标下的广义腔体系统微分方程;求解极坐标下的广义腔体系统微分方程的零状态阶跃响应和零输入响应,得到广义腔体系统的半带宽;根据广义腔体系统的半带宽得到射频超导腔的有载品质因数。
2.据权利要求1所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法,其特征在于,广义腔体系统微分方程为: ;其中, 为腔压 V c 的微分, 为广义腔体系统的半带宽, 为广义腔体系统的失谐, 为常数, j 为虚数单位。
3.据权利要求2所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法,其特征在于,极坐标下的广义腔体系统微分方程为: ;其中, 为输入信号, r 为腔压 V c 的幅度, 为r的微分。
4.根据权利要求2所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法,其特征在于,求解极坐标下的广义腔体系统微分方程的零状态阶跃响应是根据打开固态功率源之后的射频场建立时间,基于腔压 V c 幅度 r 的上升过程,得到广义腔体系统的半带宽 。
5.根据权利要求4所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法,其特征在于,广义腔体系统的半带宽 的计算过程为:t = 0时刻,输入信号突然跳变至给定值,腔压 V c 幅度从0逐渐上升,整个过程类似于零状态条件下的阶跃响应,广义腔体系统的微分方程变为: ;其中, u ( t )为单位阶跃信号,0 ≤ t < t OFF ,常数 h 0 为信号 h ( t ) 在 t = 0时刻到 t = t OFF 时刻之间的平均值;上述微分方程的解为: ;令: ;对上式取对数得: ;其中, R 1 ( t )的对数与时间 t 呈线性关系,通过对ln[ R 1 ( t )]信号线性拟合即能够计算出 。
6.根据权利要求4所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法,其特征在于,求解极坐标下的广义腔体系统微分方程的零输入响应是根据关闭固态功率源之后腔场衰减时间,基于腔压 V c 幅度 r 的下降过程得到广义腔体系统的半带宽 ,具体过程为:t = t OFF 时刻,输入信号突然跳变0,腔压 V c 幅度逐渐衰减至0, t > t OFF ,整个过程类似于零输入响应,广义腔体系统微分方程变为: ;零输入方程的解为: ;其中,常数 r 0 = r(t OFF - );令: ;对上式取对数得: ;其中, R 2 ( t )的对数与时间 t 呈线性关系,通过对ln[ R 2 ( t )]信号线性拟合能够计算出 。
7.根据权利要求5所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法,其特征在于,射频超导腔的有载品质因数,包括腔压上升阶段的有载品质因数 Q L, rise 和腔压衰减阶段的有载品质因数 Q L, rise ,具体计算公式为: ;式中, f 0.5, rise 和 f 0.5, decay 是根据上升期和衰减期求取的半带宽, f RF 为射频工作频率。
8.一种实现权利要求1-7任一项所述的在线测量射频超导腔有载品质因数的方法的装置,其特征在于,包括:信号获取模块,被配置为获取射频超导腔的腔压 V c 、前向电压 V f 及低电平输出信号 V LLRF ;信号处理模块,被配置为对低电平输出信号 V LLRF 进行处理得到信号 V 1 ,其中, V 1 = gV LLRF , g 为复数常系数;微分方程构建模块,被配置为基于腔压 V c 、前向电压 V f 及信号 V 1 构建极坐标下的广义腔体系统微分方程;微分方程求解模块,被配置为求解极坐标下的广义腔体系统微分方程的零状态阶跃响应和零输入响应,得到广义腔体系统的半带宽;有载品质因数求解模块,被配置为根据广义腔体系统的半带宽得到射频超导腔的有载品质因数。
9.一种电子设备,其特征在于,包括:至少一个处理器;以及与所述处理器通信连接的存储器;其中,所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令,所述指令被所述处理器执行,以使所述处理器能够执行根据权利要求1-7中任一项所述的方法。