刘佳阳 1,2麻惠洲 1杜垚垚 1叶强 1[ ... ]魏书军 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院 高能物理研究所,北京 100049
2 中国科学院大学,北京 100049
针对当前单次通过型数字束流位置探测器(BPM)有效采样点数少、数据信噪比低、测量分辨率差的问题,提出了一种基于“束流单次通过”的数字BPM测量改进算法。该算法通过模拟信号的功分-延迟-合成,增加了有效采样数据,并通过采样数据的截取与数据拼接、数字滤波等数据处理方式,提高了采样数据的信噪比,并最终实现了BPM测量分辨率的提高。实验结果表明,该算法在不改变模数转换器(ADC)采样率的情况下,将单次通过型BPM的测量分辨率提高了约2倍。该测量方法为提高单次通过型BPM的测量分辨率提供了一种新的解决方案,已成功应用于北京正负电子对撞机(BEPCII)和高能同步辐射光源(HEPS)直线加速器项目中。
单次通过型束流位置探测器 模拟信号延迟 有效采样数据 数字带通滤波 分辨率 single pass beam position monitor analog signal delay effective sampling data digital bandpass filtering resolution 
强激光与粒子束
2023, 35(12): 124008
高国栋 1,2刘鹏 1龙锋利 1,2季大恒 1[ ... ]曹建社 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院高能物理研究所北京 100049
2 中国科学院大学北京 100049
快速轨道反馈(Fast Orbital Feedback,FOFB)系统是影响高能同步辐射光源(High Energy Photon Source,HEPS)轨道稳定性的重要因素之一,在设计时应尽可能提高FOFB系统的有效反馈带宽。基于该需求,为HEPS的FOFB系统设计了两层环路集中计算式的系统网络拓扑结构,并在此基础上设计完成了FOFB系统信号传输链路的可编程阵列逻辑(Field Programmable Gate Array,FPGA)固件算法逻辑,内容包括束流位置获取、环路数据传输、FOFB算法、电源控制接口以及系统测试等多个部分。经实验室测试验证,当前结构下的FOFB系统总延迟时间约为140 μs,满足HEPS装置对FOFB系统有效反馈带宽的需求。
高能同步辐射光源 快速轨道反馈 FPGA 高速数据传输 数字信号处理 HEPS Fast orbit feedback FPGA High speed data transmission Digital signal processing 
核技术
2023, 46(5): 050102
孟才 1,2曹建社 1,2何大勇 1,2何平 1,2[ ... ]潘卫民 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院 高能物理研究所,北京 100049
2 中国科学院大学,北京 100049
高能同步辐射光源(HEPS)是中国第一台第四代高能同步辐射光源,其加速器由直线加速器、增强器、储存环及输运线组成。报道了HEPS直线加速器的初期束流调试重要进展。HEPS直线加速器是一台500 MeV S波段常温直线加速器,由热阴极电子枪、聚束系统、主直线加速器构成。在按时完成设备加工、安装和老练的基础上,于2023年3月9日启动束流调试,当天实现束流全线贯通。3月14日束流能量达到500 MeV,束团电荷量达到2.5 nC。经过测量,直线加速器出口束流能散0.4%,能量稳定度0.06%,水平和垂直几何发射度分别为233 nm和145 nm。目前直线加速器束团电荷量可达到7.0 nC,相关束流调试正在进行。
HEPS直线加速器 高能同步辐射光源 束流调试 束流能量 束团电荷量 HEPS Linac High Energy Photon Source beam commissioning beam energy bunch charge 
强激光与粒子束
2023, 35(5): 054001
作者单位
摘要
1 中国计量大学 信息工程学院, 浙江 杭州 310018
2 浙江春晖磁电科技有限公司, 浙江 绍兴 312300
3 浙江省嘉兴佳利电子有限公司, 浙江 嘉兴 314011
基于宽边耦合带状线结构, 该文设计了一种基于低温共烧陶瓷(LTCC)技术的高隔离低插损3 dB 90°电桥。该电桥使用螺旋耦合线有效地减小了器件尺寸, 同时以对称式结构建模更便于后期的优化调整。在宽边螺旋耦合带状线垂直方向引入一个伸入式可调隔离电容, 极大地提高了该电桥的隔离度, 使其可达27 dB, 且插入损耗≤0.2 dB, 较之传统的定向耦合器结构, 其在提升性能的同时大幅减小了器件尺寸。对耦合线直角拐弯处的电场强度进行分析与优化, 采用45°斜切的方式使拐角处的电场强度与直线处大致相等。对上接地金属板进行环形镂空处理, 这将改善带内的幅度平衡度。该文设计的3 dB 90°电桥通带为0.96~1.53 GHz, 插入损耗≤0.2 dB, 幅度平衡度≤±0.7 dB, 相位平衡度为90°±1°, 隔离度≥27 dB, 其具有良好的应用市场。
低温共烧陶瓷 3 dB 90°电桥 螺旋耦合线 隔离电容 幅度平衡度 low temperature co-fired ceramics(LTCC) 3 dB 90°bridge spiral coupling line isolation capacitor amplitude balance 
压电与声光
2023, 45(1): 153
作者单位
摘要
中国计量大学 信息工程学院, 浙江 杭州 310018
该文设计了一种基于低温共烧陶瓷(LTCC)技术的小型化超宽带巴伦(Balun)滤波器。该巴伦滤波器由一个五阶带通滤波器和基于Marchand巴伦改进型巴伦级联组成, 带通滤波器采用耦合谐振式的设计方法, 设计成宽带高抑制巴伦滤波器, 在二阶、三阶和四阶谐振之间创新采用电感级联的拓扑结构, 使相对带宽在48%以上。巴伦输入与输出之间的耦合采用一种并联堆叠式耦合螺旋传输线, 增强了传输线之间的耦合, 并拓宽了巴伦的带宽。结果表明, 该巴伦滤波器通带为1.71~2.76 GHz, 插损均小于2.3 dB; 在50~669 MHz, 抑制大于35 dB; 在669~1 245 MHz, 抑制大于17 dB; 在3 205~3 400 MHz, 抑制大于27 dB; 在3 400~6 000 MHz, 抑制均大于30 dB。两个输出端口信号的相位差和幅度差分别为180°±15°(1 710~2 340 MHz)、180°±10°(2 500~2 760 MHz)和±1.0 dB, 具有较高的通用性和良好的应用市场。
低温共烧陶瓷 超宽带 带通滤波器 Marchand巴伦 小型化 low temperature co-fired ceramics(LTCC) ultra-wideband(UWB) bandpass filter Marchand Balun miniaturization 
压电与声光
2022, 44(6): 837
刘智 1高国栋 1,2岳军会 1曹建社 1,2[ ... ]魏书军 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院高能物理研究所 北京 100049
2 中国科学院大学 北京 100049
基于模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)的数字测量系统,对采样数据的信噪比具有较高要求;在各项因素中,采样时钟的抖动对信噪比的影响最为突出。为滤除输入时钟的抖动,采用德州仪器双环路PLL架构的LMK04610芯片,设计了基于双锁相环的时钟电路;经测试,可以把频率为62.475 MHz源时钟大于7 ps的抖动降低到2 ps以下输出频率为499.8 MHz的时钟信号;提供给ADC芯片采样,其采样数据信噪比接近理论值。双锁相环滤除抖动方案,效果良好,可以为数字测量系统设计人员提供借鉴。
数据采集 双锁相环 抖动滤除 ADC信噪比 Data acquisition Dual-loop PLL Jitter cleaner SNR of ADC 
核技术
2022, 45(10): 100401
杨静 1,2杜垚垚 1,2叶强 1麻惠洲 1[ ... ]曹建社 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院 高能物理研究所,北京 100049
2 中国科学院大学,北京 100049
为改善传统的束流位置测量电子学系统受电子学通道非线性、温度漂移和系统噪声等因素对位置测量精度带来的影响,介绍了一种新型的基于导频技术的数字束流位置测量电子学系统。该系统硬件包括模拟信号采集电子学、数字信号处理电子学和PTC(导频信号耦合)模块;软件包括顶层应用软件和底层驱动,束流信号与导频信号在耦合电路中耦合后,经电子学处理,在FPGA中计算得到归一化后的束流位置信息。实验室测试结果分析,经导频信号归一化处理后能够有效改善各通道随温度变化的现象,束流位置漂移从4.5 μm改善至0.5 μm,分辨率从57.25 nm提升到13.37 nm,并且进行导频信号开关实验更加直观观测导频信号对束流位置测量的在线校正效果。设计的基于导频信号的数字束流位置测量(DBPM)电子学可以高效、实时地实现对加速器束流位置的在线校正,提升电子学系统的实时分辨率性能。
导频技术 数字束流位置测量 射频电路 数字下变频 温度漂移 在线校正 pilot tone Digital beam position monitor RF circuit Direct digital controller temperature drift online correction 
强激光与粒子束
2022, 34(8): 084006
高国栋 1,2唐旭辉 1,2曹建社 1,2杜垚垚 1[ ... ]魏书军 1,2,*
作者单位
摘要
1 中国科学院 高能物理研究所, 北京 100049
2 中国科学院大学, 北京 100049
以高能同步辐射光源(HEPS)对BPM提出的位置测量分辨率要求为出发点,介绍了BPM系统的整体架构并推导出BPM系统的信号链路中各级信号所需达到的信噪比;并根据ADC采样数据的信噪比需求,计算出ADC采样时钟的抖动需求;最后介绍了能够测量BPM信号信噪比和采样时钟抖动的BPM测试平台。各项结论可以作为判断BPM系统各部分能否达到HEPS工程要求的标准。
高能同步辐射光源 数字束流位置探测器 信噪比 时钟抖动 ADC采样 high energy photon source digital beam position monitor signal-to-noise ratio clock jitter ADC sampling 
强激光与粒子束
2022, 34(6): 064001
作者单位
摘要
中国计量大学 信息工程学院,浙江 杭州 310018
该文设计了基于低温共烧陶瓷(LTCC)技术的双波段高抑制、低损耗的双工器。该双工器由低通滤波器和带通滤波器组成, 且在低、高频段的阻带抑制方面运用了传输零点理论, 在实现双工器低损耗的同时, 也实现了在多波段的高抑制, 提升了双工器的性能。该双工器在低频段(0.68~0.95 GHz)及高频段(1.43~2.40 GHz)时插损均小于1.2 dB, 但在1.43~2.40 GHz时双工器抑制大于20 dB, 0.68~0.95 GHz时双工器抑制大于15 dB。在4.9~5.9 GHz时双工器抑制大于13 dB, 具有良好的市场应用前景。
低温共烧陶瓷 高抑制 传输零点 双工器 low temperature co-fired ceramics(LTCC) high suppression transmission zero duplexer 
压电与声光
2021, 43(5): 628
高国栋 1,2曹建社 1,2,*刘智 1杜垚垚 1[ ... ]魏书军 1,2
作者单位
摘要
1 中国科学院 高能物理研究所,北京 100049
2 中国科学院大学,北京 100049
在现有硬件基础上,基于BPM测量准确度的需求,在自制的电子学FPGA芯片内,通过Verilog语言实现了一种数字BPM采样数据增益自动校准的设计。首先介绍了自动增益校准模块的系统总体设计;然后对模块的实现方法做了详细说明,设计并搭建了ADC数据自动增益校准测试平台以验证自动增益较准模块的功能;最后介绍了该设计在BPM通道标定中的应用。实验结果表明,该方法可以实现4通道增益一致,使ADC采样后的数据幅度相同,有效解决了由通道增益不一致引起的测量偏差,以及工程应用中ADC数据幅度校准工作量大且难于操作的问题,将在BPM系统通道自动标定中发挥重要作用。
数字BPM ADC采样 FPGA 自动增益校准 digital beam position monitor ADC sampling FPGA automatic gain calibration 
强激光与粒子束
2021, 33(9): 094006

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