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BEPC II直线加速器数字BPM前端调理电路的研制

杨静 杜垚垚 汪林 叶强 麻惠洲 魏书军 岳军会 随艳峰 高国栋 唐旭辉 曹建社

杨静, 杜垚垚, 汪林, 等. BEPC II直线加速器数字BPM前端调理电路的研制[J]. 强激光与粒子束, 2021, 33: 054005. doi: 10.11884/HPLPB202133.210046
引用本文: 杨静, 杜垚垚, 汪林, 等. BEPC II直线加速器数字BPM前端调理电路的研制[J]. 强激光与粒子束, 2021, 33: 054005. doi: 10.11884/HPLPB202133.210046
Yang Jing, Du Yaoyao, Wang Lin, et al. Development of digital BPM front-end conditioning circuit for BEPCII linac[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2021, 33: 054005. doi: 10.11884/HPLPB202133.210046
Citation: Yang Jing, Du Yaoyao, Wang Lin, et al. Development of digital BPM front-end conditioning circuit for BEPCII linac[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2021, 33: 054005. doi: 10.11884/HPLPB202133.210046

BEPC II直线加速器数字BPM前端调理电路的研制

doi: 10.11884/HPLPB202133.210046
基金项目: 国家重点研发专项(2016YFA0401903)
详细信息
    作者简介:

    杨 静(1993—),女,博士研究生,从事加速器束流位置测量研究

    通讯作者:

    曹建社(1963—),男,研究员,从事加速器束流测量技术研究

  • 中图分类号: TL506

Development of digital BPM front-end conditioning circuit for BEPCII linac

  • 摘要: 针对北京正负电子对撞机改造工程(BEPC II)直线加速器束流位置测量电子学系统故障率上升这一现状,结合BEPC II直线加速器束流参数以及BPM电子学ADC芯片带通采样的需求,设计了隔离度高、幅相一致性好的数字BPM射频前端电子学模块。数字BPM电子学系统采用MicroTCA 4.0系统架构,以FPGA作为主控制器,基于EDA软件开发设计。重点介绍了射频前端电子学模块中射频功率放大器、数字可调衰减器、带通滤波器等设计和实验室及在线测试结果。BEPC II对撞模式下,使用正电子束流,完成电子学系统在线测试,x方向位置测量精度约为38.46 μm,y方向位置测量精度约为26.16 μm,其测量精度和系统稳定性优于商用模拟BPM电子学模块,能够满足BEPC II直线加速器束流位置测量需求。
  • 图  1  数字BPM电子学系统结构图

    Figure  1.  Architecture of digital BPM electronics system

    图  2  数字BPM射频调理电路结构图

    Figure  2.  Architecture of digital BPM RF conditioning circuit

    图  3  束流信号提取示意图

    Figure  3.  Diagram of beam signal extraction

    图  4  移相器电路图

    Figure  4.  Diagram of phase shifter circuit

    图  5  移相前后波形示意图

    Figure  5.  Schematic diagram of waveforms before and after phase shift

    图  6  ADS射频电路仿真模型

    Figure  6.  Simulation model of ADS radio frequency circuit

    图  7  级联链路S参数仿真结果

    Figure  7.  Simulation results of S parameters of cascade link

    图  8  实验室测试平台

    Figure  8.  Laboratory experiment platform

    图  9  电子学模块放大滤波性能测试

    Figure  9.  Amplification and filtering performance testing of electronics module

    图  10  BPM前端电子学模块幅相一致性测试

    Figure  10.  Amplitude-phase consistency testing of BPM RF front-end electronics module

    图  11  实验室闭轨位置精度测试结果

    Figure  11.  Closed orbit accuracy test results in the laboratory

    图  12  直线加速器闭轨位置测试结果

    Figure  12.  Closed orbit accuracy test results in the BEPC II linac

    表  1  衰减器性能参数

    Table  1.   Attenuator performance parameters

    frequency/MHzvoltage/Vstep/dBattenuation /dBIL/dBpower/dBm
    0.4~400030.531.51.628
    下载: 导出CSV

    表  2  BPM前端电子学模块隔离度测试

    Table  2.   Tested isolation data of BPM RF front-end electronics module

    input(Ch A)/dBmoutput/dBm
    Ch ACh BCh CCh D
    −30 4.85 −63.08 −71.01 −74.15
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-02-07
  • 修回日期:  2021-04-13
  • 网络出版日期:  2021-05-15
  • 刊出日期:  2021-05-20

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