基于LLRFLibsPy库的基带模式和通带模式射频腔仿真示例

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展示了如何比较两种不同的腔体模型：包括基波模式和通带模式的完整模型以及仅包含通带模式的模型

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这个示例代码展示了如何比较两种不同的腔体模型：包括基波模式和通带模式的完整模型以及仅包含通带模式的模型。

导入必要的库和模块

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import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

from set_path import *
from rf_sim import *
from rf_control import *
from rf_calib import *

导入了NumPy和Matplotlib库以进行数值计算和绘图。还导入了自定义模块set_path、rf_sim、rf_control和rf_calib，这些模块包含了与RF（射频）系统仿真和控制相关的函数。

定义腔体参数

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pi = np.pi                                 # 短写pi
fs = 1e6                                   # 采样频率，Hz
Ts = 1 / fs                                # 采样时间，s
N = 2048                                   # 脉冲中的点数

f0 = 1.3e9                                 # RF工作频率，Hz
roQ = 1036                                 # 腔体的r/Q，Ohm
QL = 3e6                                   # 负载品质因数
RL = 0.5 * roQ * QL                        # 负载电阻（根据Linac约定），Ohm
ig = 0.016                                 # RF驱动功率等效电流，A
ib = 0.008                                 # 平均束流电流，A
t_fill = 510                               # 腔体充填期长度，采样点
t_flat = 1300                              # 平顶期结束时间，采样点

pb_modes = {'freq_offs': [-800e3, -3e6],   # 腔体通带模式的偏移频率，Hz
            'gain_rel':  [-1, 1],          # 通带模式相对于π模的增益
            'half_bw':   [np.pi*216, np.pi*210]}  # 通带模式的半带宽，rad/s

half_bw = pi * f0 / QL                     # 腔体的半带宽，rad/s
detuning = half_bw                         # 腔体的失谐，rad/s
beta = 1e4                                 # 腔体的输入耦合因子

这里定义了一些基本的腔体参数，例如采样频率、腔体工作频率、品质因数、束流电流等，以及通带模式的具体参数。

生成包含基波和通带模式的腔体模型

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result = cav_ss(half_bw, detuning = detuning, beta = beta, passband_modes = pb_modes, plot = True)
status = result[0]
Arf = result[1]                             # 腔体模型的A, B, C, D矩阵用于RF驱动
Brf = result[2]
Crf = result[3]
Drf = result[4]
Abm = result[5]                             # 腔体模型的A, B, C, D矩阵用于束流驱动
Bbm = result[6]
Cbm = result[7]
Dbm = result[8]

调用 cav_ss 函数生成包含基波和通带模式的腔体模型，并获取状态空间模型的A, B, C, D矩阵。如果plot参数设为True，则会绘制频率响应图。

生成仅包含通带模式的腔体模型

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status2, Apb, Bpb, Cpb, Dpb = cav_ss_passband(pb_modes)
ss_freqresp(Apb, Bpb, Cpb, Dpb, plot = True, plot_pno = 10000, plot_maxf = 4e6)

调用 cav_ss_passband 函数生成仅包含通带模式的腔体模型，并同样获取A, B, C, D矩阵。随后调用 ss_freqresp 函数绘制频率响应图，用于比较两种模型的频率响应。

example-sim-cavity-basic-passband-1.png

example-sim-cavity-basic-passband-2.png

总结

该示例代码的目的是：

  1. 定义腔体参数，包括基波和通带模式的参数。
  2. 生成包含基波和通带模式的完整腔体模型，并绘制其频率响应图。
  3. 生成仅包含通带模式的腔体模型，并绘制其频率响应图。
  4. 通过绘图比较这两种模型的频率响应，以分析不同模型的特性和差异。

这段代码展示了如何使用状态空间模型来模拟和分析RF腔体的频率响应特性。