LLRFLibsPy库中for_ref_volt2power函数解读

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用于将校准后的前向和反射信号（以物理单位表示，单位为伏特）转换为前向和反射功率（单位为瓦特）

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这个函数 for_ref_volt2power 用于将校准后的前向和反射信号（以物理单位表示，单位为伏特）转换为前向和反射功率（单位为瓦特）。它基于LLRF（低电平射频）系统中对腔体的参数和信号的定义。

函数签名

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def for_ref_volt2power(roQ_or_RoQ, QL, 
                       vf_pcal  = None, 
                       vr_pcal  = None, 
                       beta     = 1e4, 
                       machine  = 'linac'):

函数描述

将校准后的前向和反射信号（以物理单位，V）转换为前向和反射功率（W）。

参数

  • roQ_or_RoQ：浮点数，腔体的r/Q（线性加速器）或R/Q（环形加速器），单位为欧姆（Ω）。
  • QL：浮点数，腔体的加载质量因子。
  • vf_pcal：复数的numpy数组，前向波形（校准到物理单位）。
  • vr_pcal：复数的numpy数组，反射波形（校准到物理单位）。
  • beta：浮点数，输入耦合因子（对于常规导电腔体需要；对于超导腔体，可以使用默认值，或者可以指定更准确的结果）。
  • machine：字符串，’linac’（线性加速器）或’circular’（环形加速器），用于选择r/Q或R/Q。

返回值

  • status：布尔值，表示成功（True）或失败（False）。
  • for_power：numpy数组，前向功率波形（如果输入不为None），单位为瓦特。
  • ref_power：numpy数组，反射功率波形（如果输入不为None），单位为瓦特。
  • C：浮点数（复数），校准系数：功率_W = C * 电压_V^2。

函数实现

  1. 输入检查：

    • 检查roQ_or_RoQ、QL和beta是否为正值。如果任何一个参数不符合要求，返回False和None。
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    if (roQ_or_RoQ <= 0.0) or (QL <= 0.0) or (beta <= 0.0):
        return (False,) + (None,)*3

  2. 计算加载电阻：

    • 根据机器类型（’linac’或’circular’），计算加载电阻RL。
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    if machine == 'circular':
        RL = roQ_or_RoQ * QL
    else:
        RL = 0.5 * roQ_or_RoQ * QL

  3. **计算将电压转换为功率的系数C**：

    • 使用给定的公式计算转换系数C。
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    C = beta / (beta + 1) / (2 * RL)

  4. 如果前向电压和反射电压有效，转换电压为功率：

    • 如果vf_pcal不为None，计算前向功率for_power。
    • 如果vr_pcal不为None，计算反射功率ref_power。
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    for_power = ref_power = None
    if vf_pcal is not None: for_power = C * np.abs(vf_pcal)**2
    if vr_pcal is not None: ref_power = C * np.abs(vr_pcal)**2

  5. 返回计算结果：

    • 返回True表示计算成功，以及前向功率、反射功率和校准系数C。
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    return True, for_power, ref_power, C

示例使用

假设我们有以下参数，使用该函数进行功率转换：

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roQ_or_RoQ = 100  # Ohm
QL = 10000
vf_pcal = np.array([1+1j, 2+2j, 3+3j])  # 校准后的前向电压波形
vr_pcal = np.array([0.5+0.5j, 1+1j, 1.5+1.5j])  # 校准后的反射电压波形
beta = 1e4
machine = 'linac'

status, for_power, ref_power, C = for_ref_volt2power(roQ_or_RoQ, QL, vf_pcal, vr_pcal, beta, machine)

if status:
    print(f"Forward power: {for_power}")
    print(f"Reflected power: {ref_power}")
    print(f"Calibration coefficient: {C}")
else:
    print("Conversion failed.")

该示例展示了如何使用for_ref_volt2power函数将校准后的前向和反射电压波形转换为前向和反射功率，并输出结果。