CN209390443U - 一种超导回旋加速器射频腔体频率调谐设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超导回旋加速器射频腔体频率调谐设备，包括DDS频率合成单元、射频腔体，低电平，DDS频率合成单元连接低电平，低电平通过RF门控连接固态放大器，固态放大器连接定向耦合器，定向耦合器连接射频腔体，射频腔体连接功分器，功分器连接低电平，射频腔体内设置有调谐杆，调谐杆连接电机，并且电机连接至低电平，通过低电平进行控制。本实用新型采用模数混合的形式，采用模数混合控制的方法，既结合了模拟解调的高精度，避免了高速数字化过程带来的噪声，又通过数字控制器为射频系统增加了灵活性，同时射频腔体频率经过摸索设定之后便可写入低电平系统的DSP程序中，进而完成自启动功能，避免繁琐的重复搜索操作。

Description

一种超导回旋加速器射频腔体频率调谐设备

技术领域

本实用新型属于超导回旋加速器领域，涉及一种超导回旋加速器射频腔体频率调谐设备。

背景技术

超导回旋加速器因其特有的紧凑特性和低功耗等特性越来越广泛的应用于PET(positron emission tomography)诊断、同位素生产和质子治疗等医学领域。其中，谐振腔是超导回旋加速器重要的部件之一，谐振腔主要提供离子加速的电场。谐振腔的工作状态直接影响束流品质。但是在谐振腔运行的过程中由于电磁热效应、机械振动、束流负载效应等因素，会导致谐振腔不能稳定的运行在规定的工作状态下，导致功率源反射功率过大，损坏传输系统和功率源，更重要的是谐振腔的失谐导致束流品质的下降和束流丢失。为了解决此类问题超导回旋加速器的低电平控制系统一般分为两类，一类采用自激方式去驱动谐振腔，此类方式可以很好的解决腔体失谐问题，但是此类系统原理和调试都比较比较复杂，一般应用于高品质因数的谐振腔的控制系统，比如超导谐振腔。还有一类采用它激驱动方式驱动谐振腔，这类系统原理比较简单，现在已被广泛的应用于加速器腔体的控制系统，缺点是当谐振腔失谐时，幅度和相位存在耦合现象，所以为了使幅度环和相位环解耦，就需要保证腔体稳定的工作在谐振状态。在加速器低电平控制系统中一般采用调谐系统环路保证腔体实时稳定在工作状态保证得到较好的束流品质。模拟调谐系统是最早被应用于加速器谐振腔的调谐系统控制中，但是由于模拟器件的非理想因素，导致系统存在直流偏移，相位不平衡和幅度不平衡等原因，所以纯模拟调谐系统很难满足较高的控制需要和精度。随着DSP和FPGA已被广泛的应用于控制系统中，越来越多的调谐控制系统采用数字信号处理系统，数字信号处理系统可以很好的解决模拟系统的问题，但是数字系统的延时性等特性，对于控制精度高和要求低延迟的调谐控制系统中，数字系统不能满足要求，所以存在一种半数字半模拟的调谐系统，既能降低数字系统的延时性，又可以克服模拟系统易受噪声干扰等缺点。现有的半数字半模拟的调谐系统可以在一定程度上很大的改善模拟调谐系统的直流偏移和相位不平衡，以及幅度不平衡等问题，但是对于超导回旋加速器的低延时和抗噪声、高精度、动态范围广等苛刻的要求，传统的校准方式不能满足要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种超导回旋加速器射频腔体频率调谐设备，该设计采用模数混合的形式，采用模数混合控制的方法，既结合了模拟解调的高精度，避免了高速数字化过程带来的噪声，又通过数字控制器为射频系统增加了灵活性，同时射频腔体频率经过摸索设定之后便可写入低电平系统的DSP程序中，进而完成自启动功能，避免繁琐的重复搜索操作。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：

一种超导回旋加速器射频腔体频率调谐设备，包括DDS频率合成单元、射频腔体，低电平，DDS频率合成单元连接低电平，低电平通过RF门控连接固态放大器，固态放大器连接定向耦合器，定向耦合器连接射频腔体，射频腔体连接功分器，功分器连接低电平；

射频腔体内设置有调谐杆，调谐杆连接电机，并且电机连接至低电平，通过低电平进行控制。

进一步地，低电平包括调谐环路、幅度环路和状态机，DDS频率合成单元连接幅度环路，幅度环路通过RF门控连接固态放大器，调谐环路连接电机。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的设计采用模数混合的形式，采用模数混合控制的方法，既结合了模拟解调的高精度，避免了高速数字化过程带来的噪声，又通过数字控制器为射频系统增加了灵活性，同时射频腔体频率经过摸索设定之后便可写入低电平系统的DSP程序中，进而完成自启动功能，避免繁琐的重复搜索操作，进一步促进超导回旋加速器调谐技术的广泛应用。

本实用新型既能降低数字系统的延时性，又可以克服模拟系统易受噪声干扰。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型超导回旋加速器射频腔体频率调谐设备调谐工作过程流程图；

图2为本实用新型超导回旋加速器射频腔体频率调谐设备系统控制图。

具体实施方式

请参阅图1和图2，结合如下实施例进行详细说明：

一种超导回旋加速器射频腔体频率调谐设备，包括DDS频率合成单元、射频腔体1，低电平2，DDS频率合成单元连接低电平2，低电平2通过RF门控3连接固态放大器4，固态放大器4连接定向耦合器5，定向耦合器5连接射频腔体1，射频腔体1连接功分器6，功分器6连接低电平2，同时射频腔体1内设置有调谐杆8，调谐杆8连接电机7，并且电机7连接至低电平2，通过低电平2控制；低电平2包括调谐环路、幅度环路和状态机；

一种超导回旋加速器射频腔体频率调谐方法，具体过程如下：

S0，初始状态，此时射频腔体1处于关状态，其他状态下有故障联锁时，退回到初始状态；

S1，DDS频率合成单元频率调谐：小功率连续波模式，预热射频腔体1，射频腔体1冷热状态的谐振频率不同,系统启动之初以脉冲方式搜索射频腔体1谐振频率，具体过程如下：DDS频率合成单元产生信号，并将信号传输至低电平2的幅度环路进行幅度调制，经过幅度调制的信号经过RF门控3保护后进入固态放大器4放大，固态放大器4放大后的信号经过定向耦合器5耦合后传输至射频腔体1，定向耦合器5耦合过程中产生三路信号，一路信号为前向信号，传输至调谐环路，实现鉴相检测，另两路信号为反射信号，反射信号直接反射至幅度环路和状态机，当反射信号过大关闭信号源起保护设备作用；射频腔体1接收到的取样信号经过射频腔体1后反馈至功分器6，通过功分器6将取样信号一分为三分别传输至低电平2的调谐环路、幅度环路和状态机，经过低电平2检测到的前向信号和取样信号相位差；

S2:电机7进行调谐：当射频腔体1反馈电压越高，占空比就越大，射频腔体1电压超过多电子区后系统迅速转为连续，调谐环启动DDS频率合成单元频率跟踪程序，完成幅度闭环，此时射频腔体1谐振频率变化率符号发生变化，固定DDS频率合成单元的驱动频率，转为马达驱动电机7调谐，具体过程如下：经过低电平2检测到的前向信号和取样信号相位差不为零时，低电平2调谐环路控制电机7运动，电机7控制射频腔体1内的调谐杆8上下移动改变腔体的物理尺寸，实现对腔体频率的调谐。

以上公开的本实用新型优选实施例只是用于帮助阐述本实用新型。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该实用新型仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本实用新型的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本实用新型。本实用新型仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (2)

1.一种超导回旋加速器射频腔体频率调谐设备，其特征在于，包括DDS频率合成单元、射频腔体(1)，低电平(2)，DDS频率合成单元连接低电平(2)，低电平(2)通过RF门控(3)连接固态放大器(4)，固态放大器(4)连接定向耦合器(5)，定向耦合器(5)连接射频腔体(1)，射频腔体(1)连接功分器(6)，功分器(6)连接低电平(2)；

射频腔体(1)内设置有调谐杆(8)，调谐杆(8)连接电机(7)，并且电机(7)连接至低电平(2)，通过低电平(2)进行控制。

2.根据权利要求1所述的一种超导回旋加速器射频腔体频率调谐设备，其特征在于，低电平(2)包括调谐环路、幅度环路和状态机，DDS频率合成单元连接幅度环路，幅度环路通过RF门控(3)连接固态放大器(4)，调谐环路连接电机(7)。