CN104506293B - 载波抑制射频前端和方法、束流位置测量系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种载波抑制射频前端，包括：固定衰减器，对第一通道输出的信号进行固定衰减；可调衰减器，对第二通道输出的信号进行可调衰减；可调移相器，调节固定衰减器输出的信号的相位；和差计算器，计算可调移相器和可调衰减器分别输出的两个信号之间的和信号与差信号；功分器，将差信号分成第一路差信号和第二路差信号；一幅度/相位反馈控制器，根据第一路差信号控制可调衰减器和可调移相器进行调节，直至和差计算器计算得到的差信号达到一最小值。本发明通过将束流位置探头对角线上的第一通道和第二通道输出的信号相位和幅度调节为一致，从而能在光源正常供光运行时有效抑制载波信号，以检测到目标信号。
Description
技术领域
本发明涉及信号处理领域，尤其涉及一种载波抑制射频前端和方法、位置测量系统和方法。
背景技术
信号处理的目的是为了从物理探头感应的原始信号中提取目标信号。通常，除了目标信号以外，原始信号中往往还包含了其它多种特征的信号。例如，如图1所示的上海光源储存环BPM探头四个通道A、B、C、D输出的感应信号主要包括由500MHz高频信号及其谐波组成的载波、横向振荡信号、能量振荡信号等。其中，信号能量主要分布在高频载波上，但目标信号(包括横向振荡信号和能量振荡信号)则较微弱。BPM信号处理就是消除四个通道的高频载波及其谐波的影响，以获得包含横向振荡信号和能量振荡信号的束流位置信号。
BPM信号处理系统包括射频前端处理模块和数字信号处理模块。射频前端将对射频信号进行调理，以使其适合进行数字化采样和数字信号处理。通常，BPM信号处理系统主要实现对500MHz为中心频率信号的带通滤波和放大衰减，然后进行数字化带通采样和数字信号处理。
各通道采集的数字信号经过下变频和滤波后，消除载波信号，获得二分之一回旋频率带宽的逐圈信号，再对四通道信号进行差比和运算可获得束流在储存环真空轨道中的位置。探头的横截面如图1所示，包括一真空室以及分别对称地设置在该真空室两侧的4个电极通道A、B、C、D，差比和运算公司如式(1)所示。
工作点是加速器储存环的重要参数，可以通过对逐圈位置数据进行频谱分析测量横向振荡频率获得。在储存环运行时，横向反馈系统抑制了横向振荡对束流性能的影响，因此横向振荡相较于载波信号非常微弱。同时，ADC采样位数有限，受高强度的高频载波影响，其动态范围不足以覆盖载波信号与横向振荡信号，因而横向振荡信号在数字化采样时丢失。因此，需要人为对横向振荡进行激励，如通过加激励信号或束流注入，才能激励起足够的横向振荡进行工作点测量。但这样无法满足在光源正常供光运行时的工作点测量需求。
发明内容
为了能够在正常供光状态下对储存环的工作点进行测量，本发明一方面旨在提供一种载波抑制射频前端，以在光源正常供光运行时有效抑制载波信号，以检测到目标信号。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种载波抑制射频前端，用于获取由位于束流位置探头的一对角线上的第一通道和第二通道所采集的原始信号中的目标信号之间的和信号与差信号，包括：
一固定衰减器，其输入端连接至所述第一通道的输出端，以对所述第一通道输出的原始信号的幅度进行固定衰减；
一可调衰减器，其输入端连接至所述第二通道的输出端，以对所述第二通道输出的原始信号的幅度进行可调衰减；
一可调移相器，其输入端连接至所述固定衰减器的输出端，以调节所述固定衰减器输出的信号的相位；
一和差计算器，其第一输入端连接至所述可调衰减器的输出端，第二输入端连接至所述可调移相器的输出端，以计算并输出所述可调移相器和所述可调衰减器各自输出的两个信号之间的和信号与差信号；
一接至所述和差计算器的功分器，其接收所述差信号并将所述差信号分成第一路差信号和第二路差信号后输出；以及
一连接至所述功分器的幅度/相位反馈控制器，其第一反馈端连接至所述可调衰减器，第二反馈端连接至所述可调移相器，以接收所述第一路差信号并根据所述第一路差信号控制所述可调衰减器和所述可调移相器调节相应信号的幅度和相位，直至所述和差计算器计算得到的所述差信号达到一预定的最小值，当所述差信号达到所述最小值时，所述和信号为所述第一通道和第二通道中的目标信号的和信号，且所述第二路差信号为所述第一通道和第二通道中的目标信号的差信号。
优选地，所述可调衰减器为数字压控衰减器。
优选地，所述可调移相器为数字压控移相器。
本发明另一方面提供一种载波抑制方法，包括以下步骤：
步骤S10，提供根据权利要求1所述的载波抑制射频前端；
步骤S11，通过所述固定衰减器对所述第一通道输出的信号的幅度进行固定衰减，并通过所述可调衰减器对所述第二通道输出的信号的幅度进行可调衰减；
步骤S12，通过所述可调移相器调节经所述固定衰减器衰减的信号的相位；
步骤S13，通过所述和差计算器计算所述可调移相器和所述可调衰减器各自输出的两个信号之间的和信号与差信号；
步骤S14，通过所述功分器将所述差信号分成一反馈至所述幅度/相位反馈控制器的第一路差信号、以及一直接输出的第二路差信号；
步骤S15，通过所述幅度/相位反馈控制器根据所述第一路差信号控制所述可调衰减器调节相应信号的幅度和相位，直至所述和差计算器计算得到的所述差信号达到所述最小值；以及
步骤S16，将所述和信号作为所述第一通道和第二通道中的目标信号的和信号，将所述第二路差信号作为所述第一通道和第二通道中的目标信号的差信号。
本发明又另一方面提供一种束流位置测量系统，用于根据由位于束流位置探头的一对角线上的第一通道和第二通道、以及另一对角线上的第三通道和第四通道所采集的原始信号获取束流位置信息，包括：
一第一放大器；
一第二放大器；
一合成器；以及
三个根据权利要求1所述的载波抑制射频前端，分别为第一载波抑制射频前端、第二载波抑制射频前端和第三载波抑制射频前端，其中，
在所述第一载波抑制射频前端中，其所述固定衰减器的输入端连接至所述第一通道的输出端，所述可调衰减器的输入端连接至所述第二通道的输出端，所述和差计算器的和信号输出端连接至所述合成器的第一输入端，所述功分器的第二输出端通过所述第一放大器连接至所述第三载波抑制射频前端中的所述固定衰减器的输入端；
在所述第二载波抑制射频前端中，其所述固定衰减器的输入端连接至所述第三通道的输出端，所述可调衰减器的输入端连接至所述第四通道的输出端，所述和差计算器的和信号输出端连接至所述合成器的第二输入端，所述功分器的第二输出端通过所述第二放大器连接至所述第三载波抑制射频前端中的所述可调衰减器的输入端。
优选地，所述可调衰减器为数字压控衰减器。
优选地，所述可调移相器为数字压控移相器。
本发明又另一方面提供一种束流位置测量方法，包括以下步骤：
步骤S20，提供根据权利要求5所述的束流位置测量系统；
步骤S21，通过所述第一载波抑制射频前端获取所述第一通道和第二通道分别采集的原始信号中的目标信号的和信号与差信号，分别记为A+C与A-C；
步骤S22，通过所述第二载波抑制射频前端获取所述第三通道和第四通道分别采集的原始信号中的目标信号的和信号与差信号，分别记为B+D与B-D；
步骤S23，通过所述第三载波抑制射频前端获取A+B-C-D以及A+D-B-C的值；
步骤S24，通过所述合成器获取A+B+C+D的值；以及
步骤S25，通过以下公式(1)计算所述束流位置信息：
其中，X表示水平方向的束流位置信息，Y表示竖直方向的整流位置信息。
综上所述，本发明将由位于束流位置探头对角线上的第一通道和第二通道输出的信号相位和幅度调节为一致，从而能在光源正常供光运行时有效抑制载波信号，并实现对目标信号的和运算与差运算，以检测到目标信号。此外，通过将三个载波抑制射频前端进行级联，又可实现水平和垂直方向的束流位置信息测量。
附图说明
图1为常用束流位置探头的横截面示意图；
图2为本发明的载波抑制射频前端的结构框图；
图3为本发明的束流位置测量系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
本发明的载波抑制射频前端用于抑制束流位置探头的一对角线上的第一通道和第二通道分别采集的原始信号中的载波信号，并获取两通道中的目标信号的和信号与差信号。如图2所示，该载波抑制射频前端包括：一固定衰减器1、一可调衰减器2、一可调移相器3、一和差计算器4、一功分器5以及一幅度/相位反馈控制器6。
下面结合图2分别对名个部件作详细说明：
固定衰减器1的输入端连接至第一通道的输出端，以对第一通道输出的原始信号进行固定衰减。
可调衰减器2优选为数字压控衰减器，其输入端连接至第二通道的输出端，以对第二通道输出的原始信号进行可调衰减，使第二通道输出的信号幅度向第一通道输出的信号幅度靠拢。
可调移相器3优选为数字压控移相器，其输入端连接至固定衰减器1的输出端，以调节固定衰减器1输出的信号的相位，使其向可调衰减器2输出的信号的相位靠拢。
和差计算器4优选为Hybrid和差计算器4，可实现和运算与差运算，其第一输入端连接至可调衰减器2的输出端，第二输入端连接至可调移相器3的输出端，以计算可调移相器3和可调衰减器2分别输出的两个信号之间的和信号与差信号，并分别通过其和信号输出端与差信号输出端将该和信号与差信号输出；
功分器5采用一分二功分器5，其输入端连接至差信号输出端，以将差信号分成第一路差信号和第二路差信号，并分别通过其第一输出端和第二输出端将第一路差信号和第二路差信号输出，其中，第一路差信号用作反馈信号输入到幅度/相位反馈控制器6，第二路差信号供后续使用。
幅度/相位反馈控制器6，其输入端连接至功分器的第一输出端，第一反馈端连接至可调衰减器2，第二反馈端连接至可调移相器3。幅度/相位反馈控制器6根据第一路差信号控制可调衰减器2和可调移相器3进行调节，直至第一通道和第二通道输出的信号的相位和幅度调节为一致，即，和差计算器4计算得到的差信号达到一预定的最小值。由于信号的主成分载波是共模信号，目标振荡信号是差模信号，因而此时说明载波信号已得到有效抑制，则和差计算器4输出的和信号为第一通道和第二通道中的目标信号的和信号，功分器5输出的第二路差信号为第一通道和第二通道中的目标信号的差信号。
采用上述载波抑制射频前端进行载波抑制的方法如下：
步骤S11，通过固定衰减器1对第一通道输出的信号进行固定衰减，并通过可调衰减器2对第二通道输出的信号进行可调衰减，以使两个通道的信号幅度调节为一致。
步骤S12，通过可调移相器3调节经固定衰减器1衰减的信号的相位，以使第二通道输出的信号幅度向可调衰减器2输出的信号相位靠拢。
步骤S13，通过和差计算器4计算可调移相器3和可调衰减器2分别输出的两个信号之间的和信号与差信号；
步骤S14，通过功分器5将差信号分成一反馈至幅度/相位反馈控制器6的第一路差信号、以及一直接输出的第二路差信号；
步骤S15，通过幅度/相位反馈控制器6根据第一路差信号控制可调衰减器2调节第二通道输出的信号的相位，并控制可调移相器3调节固定衰减器1输出的信号的幅度，直至第一通道和第二通道输出的信号的相位和幅度调节为一致，此时，和差计算器4计算得到的差信号达到最小值；以及
步骤S16，当和差计算器4计算得到的差信号达到最小值时，表明原始信号中的载波信号已得到有效抑制，则将和信号作为第一通道和第二通道中的目标信号的和信号，将第二路差信号作为第一通道和第二通道中的目标信号的差信号。
此外，如图3所示，通过将三个载波抑制射频前端进行级联又可形成束流位置测量系统，以实现水平和垂直方向的束流位置信息测量，该束流位置测量系统具体包括一第一放大器40、一第二放大器50、一合成器60、以及三个前述的载波抑制射频前端，分别表示为第一载波抑制射频前端10、第二载波抑制射频前端20和第三载波抑制射频前端30，其中，
在第一载波抑制射频前端10中，其固定衰减器1的输入端连接至第一通道的输出端，可调衰减器2的输入端连接至第二通道的输出端，和差计算器4的和信号输出端连接至合成器60的第一输入端，功分器的第二输出端通过第一放大器40连接至第三载波抑制射频前端30中的固定衰减器1的输入端。
在第二载波抑制射频前端20中，其固定衰减器1的输入端连接至第三通道的输出端，可调衰减器2的输入端连接至第四通道的输出端，和差计算器4的和信号输出端连接至合成器60的第二输入端，功分器的第二输出端通过第二放大器50连接至第三载波抑制射频前端30中的可调衰减器2的输入端。
基于上述信号连接关系，即可根据第三载波抑制射频前端30中的和差计算器4的和信号输出端、其功分器的第二输出端以及其合成器60的输出端各自输出的信号，采用差比和运算方法获取束流位置信息。
采用上述束流位置测量系统进行束流位置测量的方法包括如下步骤：
步骤S21，通过第一载波抑制射频前端10获取第一通道A和第二通道C分别采集的原始信号中的目标信号的和信号与差信号，分别记为A+C与A-C；
步骤S22，通过第二载波抑制射频前端20获取第三通道B和第四通道D分别采集的原始信号中的目标信号的和信号与差信号，分别记为B+D与B-D；
步骤S23，通过第三载波抑制射频前端30获取A+B-C-D以及A+D-B-C的值；
步骤S24，通过合成器60获取A+B+C+D的值；
步骤S25，通过以下公式(1)计算束流位置信息：
其中，X表示水平方向的束流位置信息，Y表示竖直方向的整流位置信息。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。
Claims (8)
1.一种载波抑制射频前端，用于获取由位于束流位置探头的一对角线上的第一通道和第二通道所采集的原始信号中的目标信号之间的和信号与差信号，其特征在于，包括：
一固定衰减器，其输入端连接至所述第一通道的输出端，以对所述第一通道输出的原始信号的幅度进行固定衰减；
一可调衰减器，其输入端连接至所述第二通道的输出端，以对所述第二通道输出的原始信号的幅度进行可调衰减；
一可调移相器，其输入端连接至所述固定衰减器的输出端，以调节所述固定衰减器输出的信号的相位；
一和差计算器，其第一输入端连接至所述可调衰减器的输出端，第二输入端连接至所述可调移相器的输出端，以计算并输出所述可调移相器和所述可调衰减器各自输出的两个信号之间的和信号与差信号；
一接至所述和差计算器的功分器，其接收所述差信号并将所述差信号分成第一路差信号和第二路差信号后输出；以及
一连接至所述功分器的幅度/相位反馈控制器，其第一反馈端连接至所述可调衰减器，第二反馈端连接至所述可调移相器，以接收所述第一路差信号并根据所述第一路差信号控制所述可调衰减器和所述可调移相器调节相应信号的幅度和相位，直至所述和差计算器计算得到的所述差信号达到一预定的最小值，当所述差信号达到所述最小值时，所述和信号为所述第一通道和第二通道中的目标信号的和信号，且所述第二路差信号为所述第一通道和第二通道中的目标信号的差信号。
2.根据权利要求1所述的载波抑制射频前端，其特征在于，所述可调衰减器为数字压控衰减器。
3.根据权利要求1所述的载波抑制射频前端，其特征在于，所述可调移相器为数字压控移相器。
4.一种载波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S10，提供根据权利要求1所述的载波抑制射频前端；
步骤S11，通过所述固定衰减器对所述第一通道输出的信号的幅度进行固定衰减，并通过所述可调衰减器对所述第二通道输出的信号的幅度进行可调衰减；
步骤S12，通过所述可调移相器调节经所述固定衰减器衰减的信号的相位；
步骤S13，通过所述和差计算器计算所述可调移相器和所述可调衰减器各自输出的两个信号之间的和信号与差信号；
步骤S14，通过所述功分器将所述差信号分成一反馈至所述幅度/相位反馈控制器的第一路差信号、以及一直接输出的第二路差信号；
步骤S15，通过所述幅度/相位反馈控制器根据所述第一路差信号控制所述可调衰减器调节相应信号的幅度，直至所述和差计算器计算得到的所述差信号达到所述最小值；以及
步骤S16，将所述和信号作为所述第一通道和第二通道中的目标信号的和信号，将所述第二路差信号作为所述第一通道和第二通道中的目标信号的差信号。
5.一种束流位置测量系统，用于根据由位于束流位置探头的一对角线上的第一通道和第二通道、以及另一对角线上的第三通道和第四通道所采集的原始信号获取束流位置信息，其特征在于，包括：
一第一放大器；
一第二放大器；
一合成器；以及
三个根据权利要求1所述的载波抑制射频前端，分别为第一载波抑制射频前端、第二载波抑制射频前端和第三载波抑制射频前端，其中，
在所述第一载波抑制射频前端中，其所述固定衰减器的输入端连接至所述第一通道的输出端，所述可调衰减器的输入端连接至所述第二通道的输出端，所述和差计算器的和信号输出端连接至所述合成器的第一输入端，所述功分器的第二输出端通过所述第一放大器连接至所述第三载波抑制射频前端中的所述固定衰减器的输入端；
在所述第二载波抑制射频前端中，其所述固定衰减器的输入端连接至所述第三通道的输出端，所述可调衰减器的输入端连接至所述第四通道的输出端，所述和差计算器的和信号输出端连接至所述合成器的第二输入端，所述功分器的第二输出端通过所述第二放大器连接至所述第三载波抑制射频前端中的所述可调衰减器的输入端。
6.根据权利要求5所述的束流位置测量系统，其特征在于，所述可调衰减器为数字压控衰减器。
7.根据权利要求5所述的束流位置测量系统，其特征在于，所述可调移相器为数字压控移相器。
8.一种束流位置测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S20，提供根据权利要求5所述的束流位置测量系统；
步骤S21，通过所述第一载波抑制射频前端获取所述第一通道和第二通道分别采集的原始信号中的目标信号的和信号与差信号，分别记为A+C与A-C；
步骤S22，通过所述第二载波抑制射频前端获取所述第三通道和第四通道分别采集的原始信号中的目标信号的和信号与差信号，分别记为B+D与B-D；
步骤S23，通过所述第三载波抑制射频前端获取A+B-C-D以及A+D-B-C的值；
步骤S24，通过所述合成器获取A+B+C+D的值；以及
步骤S25，通过以下公式(1)计算所述束流位置信息：
<mrow>
<mtable>
<mtr>
<mtd>
<mrow>
<mi>X</mi>
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<mtd>
<mrow>
<mi>Y</mi>
<mo>=</mo>
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<mrow>
<mi>A</mi>
<mo>+</mo>
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<mo>+</mo>
<mi>C</mi>
<mo>+</mo>
<mi>D</mi>
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</mrow>
</mtd>
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</mtable>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
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<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>;</mo>
</mrow>
其中，X表示水平方向的束流位置信息，Y表示竖直方向的整流位置信息。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
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Application publication date: 20150408 Assignee: SHANGHAI AIPUQIANG PARTICLE EQUIPMENT Co.,Ltd. Assignor: SHANGHAI INSTITUTE OF APPLIED PHYSICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Contract record no.: X2019310000019 Denomination of invention: Carrier suppression radio frequency front end, carrier suppression method, and beam position measurement system and method Granted publication date: 20170915 License type: Exclusive License Record date: 20191113 |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract | ||
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Effective date of registration: 20221214 Address after: 201800 Shanghai city Jiading District Road No. 2019 Patentee after: SHANGHAI INSTITUTE OF APPLIED PHYSICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES Patentee after: Shanghai Alliance Investment Ltd. Address before: 201800 Shanghai city Jiading District Road No. 2019 Patentee before: SHANGHAI INSTITUTE OF APPLIED PHYSICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES |
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| TR01 | Transfer of patent right |