高性能单频频率合成源

发布时间：2020-05-30 23:33

【摘要】：作为粒子加速器的重要组成部分,高频系统除了补充束流的能量损失,还提供阻止束团内电子纵向逃逸所需的聚束电压。高频系统一般由高频加速腔、功率源系统和低电平控制系统(Low Level Radio Frequency,LLRF)组成,其中低电平控制系统用于确保高频加速场达到足够的幅度和相位稳定度。在第三代同步辐射光源中,低电平控制系统需要达到至少1%的幅度稳定度和1~?的相位精度(峰峰值),而XFEL装置需要更高的性能要求,比如上海硬XFEL装置设计的低电平系统需要提供0.01%的幅度稳定度和0.01~?的相位稳定度。数字低电平控制系统的幅度和相位稳定度受多方面的影响,比如环境温度、ADC(模数转换器)、DAC(数模转换器)、信号源等。其中,主信号源作为整个数字低电平控制系统的基础,它不仅用于产生高稳定度的参考信号,还用于生成控制系统所需的高精度工作时钟,其性能是决定整个控制系统性能的重要基础。而其中相位噪声是用于衡量信号源性能指标的最重要参数。目前一般通过采购商用信号发生器的方式来产生,上海光源是以E8663B信号发生器作为主信号源来产生500MHz信号,该信号达到了-125dBc/Hz@1kHz的相位噪声,基于该信号源搭建的控制系统实现了1%的幅度稳定度和1~?的相位稳定度。这种方式无需研发支出即可快速实现,但是这也带来了很大的成本负担,尤其是在一些商用加速器领域。针对粒子加速器上所需的低相位噪声信号源的研究,将有助于降低工程建设的成本,也有利于控制系统的集成。本文采用直接模拟合成和锁相环合成两种不同的方法设计并实现了适用于上海光源的500MHz主信号源。两种方法都基于印刷电路实现,并选用市场上常用的电子元件,这种实现方式可以很好地压缩制备成本,并且有利于未来将信号源集成到控制系统中。实验实测结果显示,这两种方案都满足上海光源高频系统的性能要求,其中直接模拟合成方法实现了-132dBc/Hz@1kHz的相位噪声,锁相环方案实现了-125dBc/Hz@1kHz的相位噪声,直接模拟合成方案在1MHz区间内的相位噪音都优于当前使用的信号源。未来该技术将拓展到1.3GHz,为上海硬XFEL装置预研提供可靠的信号源。
【图文】：

引言第 1 章 引言1.1 课题的研究背景及意义上海光源属于高性能的第三代同步辐射光源，它的建成对中国科学技术的发展和综合国力的提高产生重大的影响[1,2]。上海光源作为国家大科学装置和多学科的实验平台，为各个学科领域的研究提供了实验条件并取得丰硕的成果。上海光源是由一台 150MeV 直线加速器、一台全能量增强器、一台 3.5GeV 电子储存环和多条光束线站构成[1,2]。上海光源的核心是 3.5GeV 电子储存环，其产生的同步辐射光传输到实验站。上海光源的主体结构示意图如图 1.1 所示[1]。

高性能单频频率合成源包含一套超导腔，，一台发射机和一套低电平控制保高频加速场达到足够的幅度和相位稳定度。数稳定度受多方面的影响，比如环境温度、ADC、D为整个数字低电平系统的基础，它不仅用于产生成控制系统所需的高精度工作时钟，其性能是决。而相位噪声是用于衡量信号源性能指标的最重辐射光源中，低电平控制系统需要达到至少 1%峰峰值）。而 XFEL 装置需要更高的性能要求，比系统需要提供 0.01%的幅度稳定度和0.01 的相位平控制系统实物图如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：中国科学院大学(中国科学院上海应用物理研究所)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN74

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本文编号：2688892