留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

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
  • [1] 杨静, 曹建社, 杜垚垚, 等. BEPC II直线加速器数字延时触发器的设计与实现[J]. 强激光与粒子束, 2020, 32:074001. (Yang Jing, Cao Jianshe, Du Yaoyao, et al. Design and implementation of digital time-delay triggers for BEPC II linear accelerator[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2020, 32: 074001
    [2] Zhou Hao, Liu Shubin, Zhao Lei, et al. Design of the fully digital beam position monitor for beam position measurement in SSRF[C]//Proc of 9th ICEMI. 2009: 1045-1051.
    [3] Zhao Lei, Liu Shubin, Tang Shaochun, et al. The design and initial testing of the beam phase and energy measurement system for DTL in the Proton Accelerator of CSNS[J]. IEEE Transactions on Nuclear Science, 2010, 57(2): 533-538. doi: 10.1109/TNS.2009.2033678
    [4] Zhao Lei, Liu Shubin, Li Yusheng, et al. A general purpose test apparatus for high-speed, high resolution analog to digital converters based on IEEE standard[C]//Proc of 7th ICEMI. 2007: 179-184.
    [5] 岳黎冬. 中频信号采集及处理模块研制[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2020.

    Yue Lidong. Development of IF signal acquisition and processing module[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology, 2020.
    [6] Chen Senyu, Xu Hongjie, Zhao Zhentang. Shanghai Synchrotron Radiation Facility[C]//Proceedings of the Particle Accelerator Conference. 1999: 209-211.
    [7] 胡晓芳. ADS质子直线加速器束流位置和相位测量研究[D]. 合肥: 中国科学技术大学, 2013.

    Hu Xiaofang. Research on beam position and phase measurement of ADS Proton Linear Accelerator[D]. Hefei: University of Science and Technology of China, 2013
    [8] 严晗. 全数字化束流位置测量系统工程样机的设计与制作[D]. 合肥: 中国科学技术大学, 2012.

    Yan Han. Design and manufacture of engineering prototype of fully digital beam position measurement system[D]. Hefei: University of Science and Technology of China, 2012
    [9] 杜垚垚. HEPS中数字BPM前端射频调理电路的研制[D]. 北京: 中国科学院高能物理研究所, 2019.

    Du Yaoyao. Development of digital BPM front-end RF conditioning circuit in HEPS[D]. Beijing: Institute of High Energy Physics, Chinese Academy of Sciences, 2019
    [10] 周浩. 加速器束流诊断中数字BPM系统研究[D]. 合肥: 中国科学技术大学, 2009.

    Zhou Hao. Research on digital BPM system in accelerator beam diagnosis[D]. Hefei: University of Science and Technology of China, 2009
    [11] 易星. 加速器束流信号调理及高速采集技术研究[D]. 上海: 中国科学院 上海应用物理研究所, 2012.

    Yi Xing. Research on accelerator beam signal conditioning and high-speed acquisition technology[D]. Shanghai: Shanghai Institute of Applied Physics, Chinese Academy of Sciences, 2012
    [12] 李婷. 手持终端智能天线的设计[D]. 南京: 南京信息工程大学, 2019.

    Li Ting. Design of smart antenna for handheld terminal[D]. Nanjing: Nanjing University of Information Science & Technology, 2019
    [13] 严晗, 赵雷, 刘树彬, 等. 数字BPM系统中模拟调理电路的研究[J]. 核电子学与探测技术, 2012, 32(9):1048-1052. (Yan Han, Zhao Lei, Liu Shubin, et al. Research on analog conditioning circuits in digital BPM systems[J]. Nuclear Electronics and Detection Technology, 2012, 32(9): 1048-1052 doi: 10.3969/j.issn.0258-0934.2012.09.013
    [14] Du Yaoyao, Yang Jing, Wang Lin, et al. Design of RF front end of digital BPM for BEPCII[J]. Radiation Detection Technology and Methods, 2019, 3(3): 38. doi: 10.1007/s41605-019-0119-x
    [15] 随艳峰, 杜垚垚, 叶强, 等. 基于BEPCⅡ数字束流位置测量系统电子学系统的设计与实现[J]. 原子能科学技术, 2020, 54(1):172-178. (Sui Yanfeng, Du Yayao, Ye Qiang, et al. Based on BEPC Ⅱ digital beam position measurement system of electronics system design and implementation[J]. Atomic Energy Science and Technology, 2020, 54(1): 172-178
  • 加载中
图(12) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  748
  • HTML全文浏览量:  323
  • PDF下载量:  36
  • 被引次数: 0
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

目录

    /

    返回文章
    返回