HOM damper RF & mechanical design

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1 HOM damper RF & mechanical design
Fanbo Meng

2 Based on BEPCII 500MHz cavity
HOM damper is used to absorb theTM011 mode, which frequency is 940MHz. The mode of 940MHz is TM010, which fits to the TM01 mode of circular waveguide. HOM damper所处位置 圆波导口剖面电场 电场分布 超导腔剖面电场

3 Concern to the absorbing capacity of damper at 0.91GHz.
ferrite Concern to the absorbing capacity of damper at 0.91GHz. 0.94GHz，ferrite parameter： 1）ε'=1， ε"=0； 2）μ'=4， μ"=5.1； Simplified damper model 此设置，μ”比实际要求偏小，实际铁氧体要求μ”在10左右。 0.6~1GHz，铁氧体相对磁导率μ设置。红线μ’，绿线μ”，蓝线tanδ

4 Comparison method: 1）ideal ferrite model
Calculate S parameter，absorbing efficiency Compare the S matrix and absorbing efficiency of 1) and 2) 2） simplified rectangle brick model Compare the S matrix and absorbing efficiency of 1) and 3) Calculate S parameter，absorbing efficiency 3）actual rectangle brick model Evaluate the feasibility of improvement Calculate S parameter，absorbing efficiency

5 Comparison of the 1) and 2)
在0.94GHz，圆波导有两种模式，TE11和TM01 1） ideal ferrite model TE11cutoff=0.586GHz，TM01cutoff=0.765GHz TE11 is dipole，so in the CST port seting，number of modes should be bigger than 3 The second mode is TE11， The third mode is TM01 Use both T solver and F solver to do simulation. T solver use hexahedron mesh，F solver use Tetrahedron mesh F solver求解时，定义极化方向，否则场分布结果与T solver计算不一致 T solver，TE11电场分布 T solver，TM01电场分布 T solver与F solver，场分布计算结果相同

6 TE11模的S参数计算结果 T solver计算结果 F solver计算结果

7 TM01模的S参数计算结果 T solver计算结果 F solver计算结果

8 TM01模，铁氧体功率吸收情况 T solver计算结果 图中功率的关系，祥见下页 F solver计算结果 仿真功率0.5W；
吸收率为74%

9 The relationship of various Power in CST 1D results
port1 port2 a1=power simulated b1 b2 Pd=loss in dielectrics Pm=loss in metals According to the energy conservation： a1=b1+（Pd+Pm）+b2 and， b1+b2=power outgoing all ports Pd+Pm=power accepted

10 2）simplified rectangle brick model
T solver，TM01电场分布 F solver，TM01电场分布 T solver与F solver，场分布计算结果相同

11 TE11模的S参数计算结果 T solver计算结果 F solver计算结果

12 TM01模的S参数计算结果 T solver计算结果 F solver计算结果

13 TM01模，铁氧体功率吸收情况 T solver计算结果 F solver计算结果 仿真功率0.5W； 铁氧体吸收功0.32W；
吸收率为64%

14 结论1： 1）理想的圆筒铁氧体模型 2）简化的片状铁氧体模型
0.94GHz，对TM01波，damper吸收效率从74%变为64%，下降10%。 理想的圆筒铁氧体模型 简化的片状铁氧体模型

15 3） actual rectangle brick model
模型中，黄色为铜片，铁氧体焊接在铜片上，铜片通过螺丝固定在两端法兰上。 T solver，TM01电场分布 F solver，TM01电场分布 T solver与F solver，场分布计算结果相同

16 TE11模的S参数计算结果 T solver计算结果 F solver计算结果

17 TM01模的S参数计算结果 T solver计算结果 F solver计算结果

18 TM01模，铁氧体功率吸收情况 T solver计算结果 F solver计算结果 仿真功率0.5W； 铁氧体吸收功0.29W；
吸收率为58%

19 结论2： 1）理想的圆筒铁氧体模型 3）实际的片状铁氧体模型
0.94GHz，对TM01波，damper吸收效率从74%变为58%，下降16%。 理想的圆筒铁氧体模型 实际的片状铁氧体模型

20 增大铁氧体材料的μ”，计算damper吸波性能
0.94GHz，铁氧体参数： 1）ε'=1， ε"=0； 2）μ'=4， μ"=8； 与实际铁氧体要求μ”接近。 采用实际的计算模型

21 TM01模的S参数计算结果 T solver计算结果 F solver计算结果

22 TM01模，铁氧体功率吸收情况 T solver计算结果 F solver计算结果 仿真功率0.5W； 铁氧体吸收功0.35W；
吸收率为70%

23 结论3： 提高铁氧体的μ”（≈8）后，实际模型在0.94GHz对TM01模的吸收效率达到70%。

24 TM01模的S参数计算结果 T solver计算结果 理想的圆筒铁氧体模型 F solver计算结果

25 TM01模，铁氧体功率吸收情况 T solver计算结果 F solver计算结果 仿真功率0.5W； 铁氧体吸收功0.4W；
吸收率为80%

26 体积变化率= V片/ V筒=87% 吸收功率变化= P片/ P筒=0.32/0.37=86.5%
吸收效率下降的原因？？ 铁氧体的体积变化？ 铁氧体筒：外径150，厚度5，长度150 V筒=π×（150^2-145^2）×150= 铁氧体片：长48，宽35，厚5，共24×3=72片 V片=48×35×5×72=604800 体积变化率= V片/ V筒=87% 吸收功率变化= P片/ P筒=0.32/0.37=86.5% 第一组数据： 第二组数据： 吸收功率变化= P片/ P筒=0.35/0.4=87.5%

27 The mechanical design of HOM damper
氩弧焊 1）the structure fixed by screws

28 难点：有多个冷却水管，需要增加相应氩弧焊缝

29 2）the structure fixed by brazing

30 圆弧面与外筒贴合 难点：20个片与筒体焊接需要定位 Which is better?? It needs to further discuss with the factory combining with the brazing technology.