【摘要】：作為粒子加速器的重要組成部分,高頻系統(tǒng)除了補(bǔ)充束流的能量損失,還提供阻止束團(tuán)內(nèi)電子縱向逃逸所需的聚束電壓。高頻系統(tǒng)一般由高頻加速腔、功率源系統(tǒng)和低電平控制系統(tǒng)(Low Level Radio Frequency,LLRF)組成,其中低電平控制系統(tǒng)用于確保高頻加速場達(dá)到足夠的幅度和相位穩(wěn)定度。在第三代同步輻射光源中,低電平控制系統(tǒng)需要達(dá)到至少1%的幅度穩(wěn)定度和1~?的相位精度(峰峰值),而XFEL裝置需要更高的性能要求,比如上海硬XFEL裝置設(shè)計(jì)的低電平系統(tǒng)需要提供0.01%的幅度穩(wěn)定度和0.01~?的相位穩(wěn)定度。數(shù)字低電平控制系統(tǒng)的幅度和相位穩(wěn)定度受多方面的影響,比如環(huán)境溫度、ADC(模數(shù)轉(zhuǎn)換器)、DAC(數(shù)模轉(zhuǎn)換器)、信號源等。其中,主信號源作為整個(gè)數(shù)字低電平控制系統(tǒng)的基礎(chǔ),它不僅用于產(chǎn)生高穩(wěn)定度的參考信號,還用于生成控制系統(tǒng)所需的高精度工作時(shí)鐘,其性能是決定整個(gè)控制系統(tǒng)性能的重要基礎(chǔ)。而其中相位噪聲是用于衡量信號源性能指標(biāo)的最重要參數(shù)。目前一般通過采購商用信號發(fā)生器的方式來產(chǎn)生,上海光源是以E8663B信號發(fā)生器作為主信號源來產(chǎn)生500MHz信號,該信號達(dá)到了-125dBc/Hz@1kHz的相位噪聲,基于該信號源搭建的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了1%的幅度穩(wěn)定度和1~?的相位穩(wěn)定度。這種方式無需研發(fā)支出即可快速實(shí)現(xiàn),但是這也帶來了很大的成本負(fù)擔(dān),尤其是在一些商用加速器領(lǐng)域。針對粒子加速器上所需的低相位噪聲信號源的研究,將有助于降低工程建設(shè)的成本,也有利于控制系統(tǒng)的集成。本文采用直接模擬合成和鎖相環(huán)合成兩種不同的方法設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了適用于上海光源的500MHz主信號源。兩種方法都基于印刷電路實(shí)現(xiàn),并選用市場上常用的電子元件,這種實(shí)現(xiàn)方式可以很好地壓縮制備成本,并且有利于未來將信號源集成到控制系統(tǒng)中。實(shí)驗(yàn)實(shí)測結(jié)果顯示,這兩種方案都滿足上海光源高頻系統(tǒng)的性能要求,其中直接模擬合成方法實(shí)現(xiàn)了-132dBc/Hz@1kHz的相位噪聲,鎖相環(huán)方案實(shí)現(xiàn)了-125dBc/Hz@1kHz的相位噪聲,直接模擬合成方案在1MHz區(qū)間內(nèi)的相位噪音都優(yōu)于當(dāng)前使用的信號源。未來該技術(shù)將拓展到1.3GHz,為上海硬XFEL裝置預(yù)研提供可靠的信號源。
【圖文】：

引言第 1 章 引言1.1 課題的研究背景及意義上海光源屬于高性能的第三代同步輻射光源，它的建成對中國科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和綜合國力的提高產(chǎn)生重大的影響[1,2]。上海光源作為國家大科學(xué)裝置和多學(xué)科的實(shí)驗(yàn)平臺，為各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的研究提供了實(shí)驗(yàn)條件并取得豐碩的成果。上海光源是由一臺 150MeV 直線加速器、一臺全能量增強(qiáng)器、一臺 3.5GeV 電子儲存環(huán)和多條光束線站構(gòu)成[1,2]。上海光源的核心是 3.5GeV 電子儲存環(huán)，其產(chǎn)生的同步輻射光傳輸?shù)綄?shí)驗(yàn)站。上海光源的主體結(jié)構(gòu)示意圖如圖 1.1 所示[1]。

高性能單頻頻率合成源包含一套超導(dǎo)腔，，一臺發(fā)射機(jī)和一套低電平控制保高頻加速場達(dá)到足夠的幅度和相位穩(wěn)定度。數(shù)穩(wěn)定度受多方面的影響，比如環(huán)境溫度、ADC、D為整個(gè)數(shù)字低電平系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它不僅用于產(chǎn)生成控制系統(tǒng)所需的高精度工作時(shí)鐘，其性能是決。而相位噪聲是用于衡量信號源性能指標(biāo)的最重輻射光源中，低電平控制系統(tǒng)需要達(dá)到至少 1%峰峰值）。而 XFEL 裝置需要更高的性能要求，比系統(tǒng)需要提供 0.01%的幅度穩(wěn)定度和0.01 的相位平控制系統(tǒng)實(shí)物圖如圖 1.2 所示。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN74

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本文編號：2688892