一种粒子加速器电极负载匹配系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种粒子加速器电极负载匹配系统及方法，属于粒子加速领域，包括：信号发生器，用于实现基波、二次谐波、三次谐波信号的产生，同时完成对信号的幅度、相位的控制；功率放大器，与信号发生器连通，用于实现对信号的放大；匹配取样电路，与功率放大器及信号发生器连通，用于实现功率放大器和聚束电极之间的阻抗匹配，使功率放大器的功率信号在聚束电极上产生足够大的聚束电压。本发明专利技术通过设计匹配取样电路用于实现功率放大器和聚束电极之间的阻抗匹配，使功率放大器的功率信号在聚束电极上产生足够大的聚束电压，同时，内部的取样电路实现信号实时的反馈取样，并将这个取样信号送给信号发生器，动态实现反馈控制的闭环。动态实现反馈控制的闭环。动态实现反馈控制的闭环。

【技术实现步骤摘要】
一种粒子加速器电极负载匹配系统及方法


[0001]本专利技术涉粒子加速领域，具体是一种粒子加速器电极负载匹配系统及方法。

技术介绍

[0002]粒子加速器（particle accelerator）全名为“荷电粒子加速器”，是使带电粒子在高真空场中受磁场力控制、电场力加速而达到高能量的特种电磁、高真空装置。是人为地提供各种高能粒子束的装备。
[0003]粒子加速器不仅被广泛应用于基础科学和应用科学研究。同时，其在工业领域也有不可忽视的作用。
[0004]加速器中为了使束运线上的离子束在纵向聚焦，提高束流强度和品质，需要使用聚束装置，采用锯齿波形的设计是一种提高聚束性能的方法；而理想锯齿波含有丰富的谐波分量，实际工程设计中需要考虑比较多的工程因素，同时对于锯齿波的失真要有一定的考核度量，并不是完全理想锯齿波带来的对系统指标的负面影响。
[0005]因此，目前如何提供一种满足聚束用锯齿波发生波形，是目前需要解决的问题。

技术实现思路

[0006]专利技术目的：提供一种粒子加速器电极负载匹配系统及方法，以解决现有技术存在的上述问题。
[0007]技术方案：一种粒子加速器电极负载匹配系统，包括：信号发生器，用于实现基波、二次谐波、三次谐波信号的产生，同时完成对信号的幅度、相位的控制；功率放大器，与信号发生器连通，用于实现对信号的放大；匹配取样电路，与功率放大器及信号发生器连通，用于实现功率放大器和聚束电极之间的阻抗匹配，使功率放大器的功率信号在聚束电极上产生足够大的聚束电压；真空室，与匹配取样电路连通；聚束电极，设置在真空室内，且与匹配取样电路连通。
[0008]本专利技术通过设计匹配取样电路用于实现功率放大器和聚束电极之间的阻抗匹配，使功率放大器的功率信号在聚束电极上产生足够大的聚束电压，同时，内部的取样电路实现信号实时的反馈取样，并将这个取样信号送给信号发生器，动态实现反馈控制的闭环；而信号发生器中的控制软件可以根据实时获取的取样信号的幅度、相位信息，调整输出信号的幅度、相位，使之满足聚束用锯齿波发生波形的要求。
[0009]在进一步实施例中，所述匹配取样电路内部的取样电路实现信号实时的反馈取样，并将取样信号送给信号发生器，动态实现反馈控制的闭环，信号发生器中的控制软件根据实时获取的取样信号的幅度、相位信息，调整输出信号的幅度、相位，进而满足聚束用锯齿波发生波形的要求。
[0010]在进一步实施例中，所述匹配取样电路包括：变压器，均为传输变压器，用于实现阻抗变比变换和平衡不平衡转换；包括与功率放大器连通的变压器TF4、变压器TF2，以及与电感L4另一端连接的变压器TF3；电感，包括一端与变压器TF4连接的电感L1，一端与电感L1另一端连接的电感L2、电感L3，一端与电感L2另一端连接电感L4；电容，包括并联的电容C1、电容C3、电容C4，以及与电感L3另一端连接的电容C6；所述电容C1、电容C3、电容C4的一端与电感L1一端、变压器TF4连接，另一端与电感L2的另一端、电感L4的一端连接；电阻，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4，电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10。
[0011]在进一步实施例中，所述电阻R1、电阻R3的一端、电阻R2、电阻R4的另一端与变压器TF3连接；所述电阻R1、电阻R3的另一端与电阻R2、电阻R4的一端连接；所述电阻R9一端与电阻R7一端、电阻R8一端、变压器TF3连接，另一端与电阻R10的一端及信号发生器连接；所述电阻R7的另一端与电阻R8的另一端连接；所述电阻R9的一端上连接有电容C5。
[0012]在进一步实施例中，所述变压器TF4、变压器TF2、电容C6的另一端、电容C5的另一端、电阻R7、电阻R8、电阻R10的另一端均接地。
[0013]一种粒子加速器电极负载匹配方法，包括：步骤1、使用真空室实现外部电路和粒子真空部件的隔离；匹配取样电路的输出通过feedthrough连接器进入真空室，并连接到聚束电极上，聚束电极位于束流传输路径的正中心位置；步骤2、通过信号发生器，实现基波、二次谐波、三次谐波信号的生产，包括对信号的幅度、相位的控制；步骤3、使用功率放大器实现对高频信号的放大，进而满足合理的电极电压要求。
[0014]在进一步实施例中，所述步骤3还包括：步骤31、匹配取样电路用于实现功率放大器和聚束电极之间的阻抗匹配，使放大器的功率信号在聚束电极上产生足够大的聚束电压；步骤32、匹配取样电路用于实现信号实时的反馈取样，将取样信号送给信号发生器，动态实现反馈控制的闭环，信号发生器中的控制软件根据实时获取的取样信号的幅度、相位信息，调整输出信号的幅度、相位，进而满足聚束用锯齿波发生波形的要求。
[0015]聚束电极结构对于高频信号而言，可以等效为一个小的电容负载，电容量在几十pF之间，通常粒子加速器需要一个比较高的聚束电压；一般的，高频信号需要匹配工作在50Ω负载下，此时高频信号输出能够传输给负载，我们可以通过阻抗变换的方式实现较低功率下，达到较高聚束电压的目标；综合考虑到聚束电极上的电压要求和聚束电极的电容负载特征，我们设计了一种聚束匹配、取样电路，用于实现高频信号功率输出耦合到聚束电极，同时保证产生足够高的聚束电压。
[0016]有益效果：本专利技术公开了一种粒子加速器电极负载匹配系统及方法，本专利技术通过设计匹配取样电路用于实现功率放大器和聚束电极之间的阻抗匹配，使功率放大器的功率信号在聚束电极上产生足够大的聚束电压，同时，内部的取样电路实现信号实时的反馈取样，并将这个取样信号送给信号发生器，动态实现反馈控制的闭环；而信号发生器中的控制软件可以根据实时获取的取样信号的幅度、相位信息，调整输出信号的幅度、相位，使之满足聚束用锯齿波发生波形的要求。
附图说明
[0017]图1是本专利技术的系统结构示意图。
[0018]图2是本专利技术的匹配取样电路示意图。
[0019]图3是本专利技术的理想锯齿波波形图。
[0020]图4是本专利技术通过三次谐波合成的锯齿波图。
[0021]图5是本专利技术三次谐波的各次谐波分量波形图。
[0022]图6是本专利技术三次谐波合成后的时域波形图。
[0023]图7是本专利技术反射曲线图。
[0024]图8是本专利技术耦合反馈信号曲线图。
[0025]图9是本专利技术不同频率的传输相位曲线图。
具体实施方式
[0026]本申请涉及一种粒子加速器电极负载匹配系统及方法，下面通过具体实施方式进行详细解释。
[0027]理想锯齿波含有丰富的谐波分量，实际工程设计中需要考虑比较多的工程因素，同事对于锯齿波的失真要有一定的考核度量，并不是完全理想锯齿波带来的对系统指标的负面影响；如说明书附图3所示，典型的，我们考虑：锯齿波前70%为线性上升段，后30%为线性下降段；实际中，根据傅里叶级数展开，我们可以知道锯齿波是由多次谐波的信号叠加组成，从合成锯齿信号并产生较高电压的实际实现角度出发，信号发生器和功率放大器的工程实现限制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粒子加速器电极负载匹配系统，其特征在于，包括：信号发生器，用于实现基波、二次谐波、三次谐波信号的产生，同时完成对信号的幅度、相位的控制；功率放大器，与信号发生器连通，用于实现对信号的放大；匹配取样电路，与功率放大器及信号发生器连通，用于实现功率放大器和聚束电极之间的阻抗匹配，使功率放大器的功率信号在聚束电极上产生足够大的聚束电压；真空室，与匹配取样电路连通；聚束电极，设置在真空室内，且与匹配取样电路连通。2.根据权利要求1所述的一种粒子加速器电极负载匹配系统，其特征是：所述匹配取样电路内部的取样电路实现信号实时的反馈取样，并将取样信号送给信号发生器，动态实现反馈控制的闭环，信号发生器中的控制软件根据实时获取的取样信号的幅度、相位信息，调整输出信号的幅度、相位，进而满足聚束用锯齿波发生波形的要求。3.根据权利要求1所述的一种粒子加速器电极负载匹配系统，其特征是：所述匹配取样电路包括：变压器，均为传输变压器，用于实现阻抗变比变换和平衡不平衡转换；包括与功率放大器连通的变压器TF4、变压器TF2，以及与电感L4另一端连接的变压器TF3；电感，包括一端与变压器TF4连接的电感L1，一端与电感L1另一端连接的电感L2、电感L3，一端与电感L2另一端连接电感L4；电容，包括并联的电容C1、电容C3、电容C4，以及与电感L3另一端连接的电容C6；所述电容C1、电容C3、电容C4的一端与电感L1一端、变压器TF4连接，另一端与电感L2的另一端、电感L4的一端连接；电阻，包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4，电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10。4.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡晓葳，王志宇，付浩然，刘巍，卢晓通，赵夏青，雷钰，冯雨，张聪敏，刘学锋，
申请(专利权)人：国电投核力电科无锡技术有限公司，
类型：发明
国别省市：