共振空洞の小さいギャップ

薄いギャップがある高周波空洞のQ値は低下します．．

はじめに

加速器を作っている時，しばしば共振周波数やQ値を測定します(図1, 図2)．共振周波数はほぼ計算通りになりますが，Q値はなかなかそうはなりません．計算値の半分以下になることも，多々有ります．この原因は不十分な空洞内部の接触によります．それも，空洞表面のごくごく僅かな部分の接触が影響します．

図1: 進行波型加速セルのRF測定

図2: サイドカップルセル

空洞内面近くの接触面の面圧を上げることにより，このQ値の低回を回避することができます．具体的には，図??に示す方法で計算に近いQ値が得られます．実験ではこの方法は有効ですが，実機では狭い幅の接触面を設けることができない場合もあります．そこで，接触面に銀ペーストを塗布し接触をとる方法も使われます．この方法の問題点は，測定後の銀ペーストの除去です．これを綺麗に取り除くは，結構な手間です．

この接触面の問題を新日本無線(株)の人と話していたら「エタノールをかけると良い」と言われました．半信半疑で試したところ，Q値が上がり，とても驚きました．これは，手軽でとても効果のある方法です．

薄いギャップ

薄いギャップによりQ値が低下することは，直感的に理解できます．薄いギャップに電流が流れ込みロスが増えるから，

エタノールを挿入

エタノールの誘電率のデータは，参考資料[1]から得られます．

図3: エタノールの誘電率

SUPERFISH 計算

計算モデル

図4: ギャプ無しモデル

図5: ギャプ有りモデル

計算結果

SUPERFISH でのギャップ有り/無しモデルの計算
計算条件		ギャップ無し	ギャップ有り図5
		図4	g=1μm		g=10μm		g=100μm
計算コード		fish	fish	cfish	fish	cfish	fish	cfish
誘電体なし	f/MHz	2868.56	2868.54	2868.54	2868.35	2868.35	2866.48	2866.48
	Q	15128.3	11630.5	11630.5	11616.1	11616.1	11559.0	11559.0
ε=(1.0, 0.0)	f/MHz		2868.56	2868.54	2868.56	2868.35	2868.56	2866.48
	Q		12218.1	11619.8	12218.6	11615.5	12221.3	11559.0
ε=(3.0, 0.0)	f/MHz		2868.56	2868.53	2868.56	2868.27	2868.56	2865.70
	Q		12219.2	9579.8	12220.3	9566.5	12217.8	9471.4
ε=(6.0, 0.0)	f/MHz		2868.56	2868.48	2868.56	2867.78	2868.56	2860.61
	Q		12216.8	2540.0	12220.9	2532.7	12222.1	2485.2
ε=(6.0, 6.0)	f/MHz			2868.55		2868.48		2867.74
	Q			10004.4		4806.0		770.4

ページ作成情報

参考資料

八戸工業大学工学部電子知能システム学科の柴田幸司さんの「マイクロ波帯における液体の複素誘電率測定に関する研究」に，エタノールの誘電率の測定データがあります．

更新履歴

2021年07月24日

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