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超快电子衍射装置(UED)是利用超短电子束团作为探针探测物质和材料超快结构变化过程的工具，它在物理、化学、材料科学、生命科学等领域具有重大应用前景。在UED中，由飞秒激光泵浦激发待测样品，引起样品结构变化，通过MeV能量的超短电子脉冲来探测样品结构的变化，为了探测原子尺度的变化过程，该装置需要具有百飞秒的时间精度。为探究UED的关键技术，华中科技大学(HUST)于2018年开展UED平台的设计与搭建。
为了满足UED百飞秒时间分辨率的技术要求，需要重点研究HUSTUED的射频控制系统，该系统作为UED的核心部分，其性能决定了束流品质的高低。本文不仅从束流动力学的角度提出控制系统的指标，而且完成射频控制系统MATLAB模型的搭建与算法实现，更进一步完成射频水冷系统的设计。本文的研究主要分为三个部分：
(1)介绍了超快电子衍射装置射频系统的主要组成部分以及工作流程，基于HUSTUED射频系统加速场幅值和相位概念，对射频系统相位稳定性的主要影响因素进行分析。在研究射频系统稳定性的过程中，主要对高压脉冲调制器输出信号波动对速调管的影响进行分析，搭建了速调管的模型，完成高压脉冲调制器对速调管输出信号波动的分析。
(2)通过SUPERFISH和ASTRA仿真，将1.4单元电子枪与1.6单元电子枪的束团发射度、腔加速梯度、空间电荷效应影响、亮度等参数进行对比，然后选择1.4单元电子枪完成参数优化。根据设计的电子枪进行水冷结构设计，根据UED运行参数，估算水冷参数。根据SUPERFISH仿真确定腔体热源热量，通过ANSYSFluent热分析完成腔体的模型搭建，验证水冷系统的必要性。分别改变水冷管道孔径和水速两个因素，对水冷设计方案进行分析，然后得到热分析结果。最后，根据上述分析结果完成电子枪水冷结构参数的选取以及3路水冷管道的设计。
(3)以UED束团时间分辨率达到100fs以内为目标，设计低电平控制系统。基于束流动力学分析，通过ASTRA仿真，确定系统控制精度，即幅值和相位的误差分别为±0.01%和±0.05?。基于MATLAB/Simulink软件对LLRF控制系统进行建模分析，完成PI控制器的参数设计，验证LLRF的精度。基于FPGA算法的分析，使用VerilogHDL语言编写了信号采样、CORDIC，PI控制器和FIR滤波器等算法，完成射频系统方案的设计。
为了满足UED百飞秒时间分辨率的技术要求，需要重点研究HUSTUED的射频控制系统，该系统作为UED的核心部分，其性能决定了束流品质的高低。本文不仅从束流动力学的角度提出控制系统的指标，而且完成射频控制系统MATLAB模型的搭建与算法实现，更进一步完成射频水冷系统的设计。本文的研究主要分为三个部分：
(1)介绍了超快电子衍射装置射频系统的主要组成部分以及工作流程，基于HUSTUED射频系统加速场幅值和相位概念，对射频系统相位稳定性的主要影响因素进行分析。在研究射频系统稳定性的过程中，主要对高压脉冲调制器输出信号波动对速调管的影响进行分析，搭建了速调管的模型，完成高压脉冲调制器对速调管输出信号波动的分析。
(2)通过SUPERFISH和ASTRA仿真，将1.4单元电子枪与1.6单元电子枪的束团发射度、腔加速梯度、空间电荷效应影响、亮度等参数进行对比，然后选择1.4单元电子枪完成参数优化。根据设计的电子枪进行水冷结构设计，根据UED运行参数，估算水冷参数。根据SUPERFISH仿真确定腔体热源热量，通过ANSYSFluent热分析完成腔体的模型搭建，验证水冷系统的必要性。分别改变水冷管道孔径和水速两个因素，对水冷设计方案进行分析，然后得到热分析结果。最后，根据上述分析结果完成电子枪水冷结构参数的选取以及3路水冷管道的设计。
(3)以UED束团时间分辨率达到100fs以内为目标，设计低电平控制系统。基于束流动力学分析，通过ASTRA仿真，确定系统控制精度，即幅值和相位的误差分别为±0.01%和±0.05?。基于MATLAB/Simulink软件对LLRF控制系统进行建模分析，完成PI控制器的参数设计，验证LLRF的精度。基于FPGA算法的分析，使用VerilogHDL语言编写了信号采样、CORDIC，PI控制器和FIR滤波器等算法，完成射频系统方案的设计。