[發明專利]一種最小Q值自激調諧系統及調諧方法

有效

• 申請號: 201910455454.0
• 申請日: 2019-05-29
• 公開（公告）號: CN110113858B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 王賢武;何源;張瑞鋒;馮勇;孫良亭;莫丹
• 申請（專利權）人: 中國科學院近代物理研究所
• 主分類號: H05H7/18
• 分類號: H05H7/18
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 冀志華

本發明涉及一種最小Q值自激調諧系統及調諧方法，其包括自激模塊、最小Q值控制模塊、電機驅動模塊、第一放大器、分流器和諧振腔；分流器一端與諧振腔的腔壓信號取樣端相連，另一端分別與自激模塊和最小Q值控制模塊相連；自激模塊的輸出端分別連接第一放大器和最小Q值控制模塊的第二輸入端；第一放大器A1的輸出端與諧振腔的信號輸入端相連；最小Q值控制模塊的輸出端與電機驅動模塊的輸入端相連，用于判斷調諧系統是否工作在諧振狀態，若失諧則將驅動信號傳遞至電機驅動模塊；電機驅動模塊的輸出端與諧振腔的電機控制端相連，對諧振腔進行自動調諧。本發明可以廣泛應用于加速器協調系統中。

技術領域

本發明屬于加速器高頻調諧系統技術領域，具體涉及一種最小Q值自激調諧系統及調諧方法。

背景技術

加速器腔體失諧會造成相位偏移，進而導致腔體內的電場下降，影響加速效率，也會引起控制IQ環的耦合進而影響幅度和相位的穩定度。為了實現加速器腔體的調諧控制，使諧振頻率等于工作頻率，并保持幅度和相位穩定，通常采用它激驅動方式驅動諧振腔，系統原理比較簡單，現在已被廣泛的應用于加速器腔體的控制系統。采用它激驅動方式的缺點是當諧振腔失諧時，幅度和相位存在耦合現象，所以為了使幅度環和相位環解耦，就需要保證諧振腔腔體穩定的工作在諧振狀態，從而引出達標的束流。

傳統的模擬調諧系統會因外界條件而影響調諧效果，同時模擬協調系統還存在直流偏置，調諧速度慢，調諧系統軟硬件更新困難等缺點。而采用了以FPGA和DSP進行信號處理的數字調諧系統雖然能夠克服傳統的模擬調諧系統中存在的缺點，但是在加速器中，數字調諧系統需要滿足直線加速器高精度，低延遲的要求。為了實現數字調諧系統的調諧控制，使諧振頻率等于參考頻率，在控制環路中使用了腔體與前向功率兩路提取信號，之后經過數字信號處理模塊對輸出的激勵信號進行幅度相位控制。當環路相位錯誤調整時，便必須增加補償相位，這種補償可以來自超導腔的正交頻率與失諧量，但是傳統的幅度相位控制的方法需要用到高精度的放大器與衰減器，這些器件容易受到溫度影響而產生噪聲，降低系統控制精度與抗干擾能力，讓腔體因功率上沖而產生氦壓波動，降低束流質量，影響系統調諧過程。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種最小Q值自激調諧系統及調諧方法，簡化傳統數字控制系統，提高控制的效率與精度，利用正交電壓控制調諧器，消除頻率誤差，不再需要對前向功率和反射功率信號進行采樣。其中最小Q值自激調諧模塊可以用于加速器的信號調制模塊，又可以用于超導諧振腔的調諧系統與移動寬帶通信基站。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種最小Q值自激調諧系統，其包括自激模塊、最小Q值控制模塊、電機驅動模塊、第一放大器、分流器和諧振腔；所述分流器一端與所述諧振腔的腔壓信號取樣端相連，所述分流器的另一端分別與所述自激模塊的輸入端和所述最小Q值控制模塊的第一輸入端相連；所述自激模塊的輸出端分別連接所述第一放大器的輸入端和所述最小Q值控制模塊的第二輸入端；所述第一放大器的輸出端與所述諧振腔的信號輸入端相連；所述最小Q值控制模塊的輸出端與所述電機驅動模塊的輸入端相連，用于根據所述分流器發送的輸入信號和所述自激模塊發送的自激振蕩信號，判斷調諧系統是否工作在諧振狀態，若失諧則將驅動信號傳遞至所述電機驅動模塊；所述電機驅動模塊的輸出端與所述諧振腔的電機控制端相連，用于根據所述最小Q值控制模塊發送的驅動信號對所述諧振腔進行自動調諧。

進一步的，所述自激模塊包括移相器、限幅器、第二放大器和第一濾波器；所述移相器的輸入端作為所述自激模塊的輸入端與所述分流器相連，所述移相器的輸出端依次與所述限幅器、第二放大器和第一濾波器相連，所述第一濾波器的輸出端作為所述自激模塊的輸出端分別與所述第一放大器和最小Q值控制模塊的第二輸入端相連。

進一步的，所述移相器采用壓控移相器。