| 题名 | C波段腔式BPM与射频前端信号处理系统的研制 |
| 作者 | 储建华 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2008-05-28 |
| 授予单位 | 中国科学院上海应用物理研究所 |
| 授予地点 | 上海应用物理研究所 |
| 导师 | 赵振堂 |
| 关键词 | 腔式BPM TM110模 波导耦合 R/Q 耦合系数 射频前端 IQ解调器 |
| 其他题名 | C-band Cavity BPM and RF Front-end Signal Processing System |
| 中文摘要 | 为满足上海深紫外自由电子激光实验装置（SDUV-FEL）对高精度束流位置监测器的需要，开展了一种新型基于波导耦合结构的腔式束流位置监测器(Cavity BPM)的研究，利用圆柱腔中TM110模来监测束流位置，偏中心束流激励的TM110信号幅度与偏移量成正比，信号起始相位反映偏移的方向。利用三维电磁仿真软件对Cavity BPM进行仿真，给出本征模与S参数仿真结果。根据主要参数如归一化分流阻抗、品质因数、耦合系数等对Cavity BPM基本特性进行分析。重点探讨了波导耦合系统的基本特性。利用MAFIA程序计算尾场阻抗以对其进行优化。分析了交叉耦合的基理并给出有效的解决方法。同时提出一种新型偏轴双腔互比结构腔式BPM，根据两腔输出的TM110模信号幅度比可直接测量束流的中心偏移量。TM110模信号幅度变化反映了束流的偏移方向，从而省去鉴相工作，简化了前端信号处理系统的设计，而且有很强的基模抑制度。 腔式BPM的测量在搭建的专用微波测量平台上进行，主要由二维运动台、控制器、微波多路切换开关、网络分析仪等组成，论文给出测量过程和测量结果。测试得到的参数与理论设计值吻合。TM110谐振频率为5709.8GHz，有载品质因数5658，耦合系数0.75。TM010谐振频率为3.8GHz，有载品质因数8951。基模抑制度达到-52dB，说明波导耦合结构能有效的解决TM010模抑制问题。利用金属丝微扰法测量位置灵敏度和R/Q值，在±0.5mm范围内获得了0.000661/1μm的灵敏度（S21线性值）。交叉耦合度反映相临波导之间的隔离情况，隔离度超过-45dB，说明交叉耦合问题有效的得到解决。另外一用作参考信号的谐振腔TM010谐振频率为5716.6MHz，有载品质因数为2146，耦合系数达到4.5。 另外研制成一射频前端信号处理系统，论文给出研制过程和测量结果。系统结构综合了常见几种射频前端结构的优点，可分为下变频和解调两个组成部分。下变频阶段主要负责对滤除干扰信号，放大有用信号并下变频到合适的中频信号。再由解调器根据IQ原理进行解调，对其输出信号进行采集和处理，从而获得输入射频信号的幅度和相位信息。实验证明前端信号处理系统具有优良的性能。 整个BPM系统在标定平台上进行联调和测试，用天线在谐振腔中馈入微波信号，模拟实际束流激励谐振腔，天线的移动位置由控制台调节，在水平和竖直方向上的移动步长为10μm。耦合波导上的探针输出信号引入到射频前端信号处理系统，并对测量数据进行实时采集和处理。在模拟信号强度比实际束流激励谐振腔小163倍的情况下，得到17.43μm的位置分辨率，因此Cavity BPM实际分辨率可达到110nm。 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2012-04-11 |
| 页码 | 103 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.sinap.ac.cn/handle/331007/7276]  |
| 专题 | 上海应用物理研究所_中科院上海应用物理研究所2004-2010年 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 储建华. C波段腔式BPM与射频前端信号处理系统的研制[D]. 上海应用物理研究所. 中国科学院上海应用物理研究所. 2008. |
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