JP2011146400A - High frequency control device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a high-frequency control device capable of controlling the phase of a high-frequency voltage with high precision and high stability. <P>SOLUTION: The high-frequency control device includes: a DA converter 3 by which a sine-wave amplitude digital signal converted by a converter 2 to convert a digital phase signal to a sine-wave amplitude digital signal is converted to an analog signal; an amplifier 4 by which the analog signal being the output of the DA converter 3 is amplified; an acceleration cavity 5 by which output from the amplifier 4 is input to be converted to a voltage to accelerate charged particles; a detector 31 by which phase difference between the voltage generated in the acceleration cavity 5 and a current of the charged particles accelerated by the voltage is detected; an AD converter 32 by which an output signal of the detector 31 is converted to the digital signal; a controller 33 in which the phase difference is constantly controlled by inputting the output signal of the AD converter 32 thereinto; a synthesizer 1 by which a frequency signal is input to output the digital phase signal; and an adder 11 by which the digital phase signal obtained by adding the output signal from the controller 33 to the digital phase signal output from the synthesizer 1 is input into the converter 2. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、例えば荷電粒子を高周波電圧を用いて加速するシンクロトロンや、リニアック等の粒子加速器に係わり、特に荷電粒子を適切に加速するため高周波加速空洞に発生する高周波電圧の位相を制御する高周波制御装置に関する。   The present invention relates to a particle accelerator such as a synchrotron or a linac for accelerating charged particles using a high-frequency voltage, and in particular, a high-frequency that controls the phase of a high-frequency voltage generated in a high-frequency acceleration cavity in order to appropriately accelerate charged particles. The present invention relates to a control device.

近年、素粒子物理学分野や工学応用分野、および医療利用の分野において、荷電粒子をシンクロトロンや、リニアックといった高周波電圧を用いて加速する粒子加速器の応用分野が広がっている。   In recent years, in the field of elementary particle physics, engineering application, and medical use, the application field of particle accelerators that accelerate charged particles using a high-frequency voltage such as a synchrotron or a linac is expanding.

このような高周波を利用した粒子加速器においては、粒子を適切に加速するためには加速電圧の位相を高精度かつ高安定に制御する必要がある。   In such a high-frequency particle accelerator, it is necessary to control the phase of the acceleration voltage with high accuracy and high stability in order to appropriately accelerate the particles.

このため、高周波信号発生源にはディジタル技術を利用して正弦波を発生する、ディジタルダイレクトシンセサイザが適用されてきている。   For this reason, digital direct synthesizers that generate sine waves using digital technology have been applied to high-frequency signal generation sources.

図９に従来のディジタルダイレクトシンセサイザを用いた高周波制御装置を持つシンクロトロン粒子加速器の装置構成の一例を示す。同図において、高周波制御装置はディジタルダイレクトシンセサイザ(ＤＤＳ)１、ディジタルダイレクトシンセサイザ１より出力されるディジタル位相信号θD を正弦波の振幅ディジタル信号ＶRFD に変換する正弦波変換器２、前記正弦波の振幅ディジタル信号を高周波アナログ信号ＶRFA に変換するＤＡコンバータ３、アナログ位相制御量θA に応じて高周波アナログ信号の位相を制御する移相器２１、移相器２１の出力の高周波電力Ｐinを増幅する高周波増幅器４、高周波増幅器４の出力Ｐout を高周波電圧Ｖc に変換し荷電粒子を加速する、高周波加速空洞５より構成されている。 FIG. 9 shows an example of the device configuration of a synchrotron particle accelerator having a high-frequency control device using a conventional digital direct synthesizer. In the figure, RF control device digital direct synthesizer (DDS) 1, a sine wave converter 2 that converts the digital phase signal theta D output from the digital direct synthesizer 1 in amplitude digital signal V RFD sinusoidal, the sine wave DA converter 3 for converting the amplitude digital signal into a high-frequency analog signal V RFA , a phase shifter 21 for controlling the phase of the high-frequency analog signal in accordance with the analog phase control amount θ A, and a high-frequency power P in output from the phase shifter 21 And a high frequency acceleration cavity 5 for accelerating charged particles by converting the output P out of the high frequency amplifier 4 into a high frequency voltage Vc.

ここで、移相器２１のアナログ位相制御量θA は、高周波加速空洞５に発生する高周波電圧Ｖc と、高周波電圧Ｖc によって加速される荷電粒子の電流をＣＴ６を用いて検出した電流ＩB との位相差を、検出器３１を用いて検出し、アナログコントローラ２２にて前記高周波加速空洞５に発生する高周波電圧Ｖc と、高周波電圧によって加速される荷電粒子の位相差が一定となるような値とする。 Here, the analog phase control amount θ A of the phase shifter 21 includes the high-frequency voltage Vc generated in the high-frequency acceleration cavity 5 and the current I B detected by using the CT 6 the current of the charged particles accelerated by the high-frequency voltage Vc. The phase difference between the high-frequency voltage Vc generated in the high-frequency acceleration cavity 5 by the analog controller 22 and the phase difference between the charged particles accelerated by the high-frequency voltage is constant. And

次に図１０に従来のアナログ加算器４２を用いた任意の高周波信号を発生させる方法を示す。一例として基本周波数の高周波に基本周波数の２倍の周波数が重畳した高周波信号を得るための方法を示す。   Next, FIG. 10 shows a method of generating an arbitrary high-frequency signal using the conventional analog adder 42. As an example, a method for obtaining a high frequency signal in which a frequency twice as high as the basic frequency is superimposed on a high frequency of the basic frequency will be described.

ディジタルダイレクトシンセサイザ(ＤＤＳ１)１1 より周波数ｆｃ でディジタル位相信号θD1を出力するディジタルダイレクトシンセサイザ１1 と、ディジタル位相信号θD1を正弦波の振幅ディジタル信号ＶRFD1に変換する正弦波変換器２1 と、前記正弦波の振幅ディジタル信号ＶRFD1を高周波アナログ信号ＶRFA1に変換するＤＡコンバータ３1 、
ディジタルダイレクトシンセサイザ１1 の２倍の周波数２ｆｃでディジタル位相信号θD2を出力するディジタルダイレクトシンセサイザ(ＤＤＳ２)１2 、ディジタル位相信号θD2を正弦波の振幅ディジタル信号ＶRFD2に変換する正弦波変換器２2 、前記正弦波の振幅ディジタル信号ＶRFD2を高周波アナログ信号ＶRFA2に変換するＤＡコンバータ３2 、ＤＡコンバータの出力である高周波アナログ信号を加算するアナログ加算器４２、アナログ加算器の出力の高周波電力Ｐinを増幅する高周波増幅器４、高周波増幅器４の出力Ｐout を高周波電圧Ｖc に変換し荷電粒子を加速する、高周波加速空洞５より構成されている。 Frequency fc from digital direct synthesizer (DDS1) 1 1 In a digital direct synthesizer 1 1 for outputting a digital phase signal theta D1, digital phase signal theta D1 sine wave transducer 2 1 for converting the amplitude digital signal V RFD1 sine wave, the sine wave amplitude digital signal V RFD1 DA converter 3 1 for converting the signal into a high-frequency analog signal V RFA1 ,
A digital direct synthesizer (DDS2) 1 2 that outputs a digital phase signal θ D2 at a frequency 2fc that is twice the frequency of the digital direct synthesizer 1 1 , and a sine wave converter that converts the digital phase signal θ D2 into a sinusoidal amplitude digital signal V RFD2 2 2 , a DA converter 3 2 that converts the amplitude digital signal V RFD2 of the sine wave into a high-frequency analog signal V RFA2 , an analog adder 42 that adds a high-frequency analog signal that is the output of the DA converter, and a high-frequency output from the analog adder high-frequency amplifier 4 for amplifying the power P in, converts the output P out of the RF amplifier 4 to a high frequency voltage Vc to accelerate charged particles, it is formed of a high-frequency acceleration cavity 5.

ここで任意の高周波波形を得るためには、ディジタルダイレクトシンセサイザ、正弦波変換器、ＤＡコンバータを多段に接続し、ディジタルダイレクトシンセサイザの周波数を２〜ｎ倍にすることで任意の高周波波形を得ることができる。   In order to obtain an arbitrary high-frequency waveform, a digital direct synthesizer, a sine wave converter, and a DA converter are connected in multiple stages, and the frequency of the digital direct synthesizer is increased by 2 to n times to obtain an arbitrary high-frequency waveform. Can do.

ところで、上記のような高周波制御装置においては、高周波信号の位相を制御する際、ＤＡコンバータによって変換された高周波アナログ信号を例えば、移相器といったアナログ素子を用いて制御していた。このため、アナログ素子の温度特性や、周波数特性により、高精度、高安定に制御することが困難であった。   By the way, in the high frequency control apparatus as described above, when the phase of the high frequency signal is controlled, the high frequency analog signal converted by the DA converter is controlled using an analog element such as a phase shifter. For this reason, it has been difficult to control with high accuracy and high stability due to temperature characteristics and frequency characteristics of analog elements.

本発明は上記の課題を解決するためになされたもので、ディジタルダイレクトシンセサイザより出力されるディジタル位相信号にディジタル加算器を用いて位相制御量を加算することにより位相を制御できるため、例えば移相器といったアナログ素子を用いることなく高周波信号の位相制御が高精度、高安定に制御することが可能である。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. For example, the phase can be controlled by adding a phase control amount to a digital phase signal output from a digital direct synthesizer using a digital adder. It is possible to control the phase of a high frequency signal with high accuracy and high stability without using an analog element such as a detector.

また、従来の技術では任意の高周波信号を発生させる際、ＤＡコンバータによって変換された高周波アナログ信号を、アナログ加算器等を用いて加算することにより希望する波形を得ていた。しかしながら上記方法では、加算する高周波アナログ信号の周波数を増やさないと希望する波形を得られないことが多く、ディジタルダイレクトシンセサイザ、位相振幅変換器、ＤＡコンバータの個数が増加する問題があった。加えて、アナログ加算器の温度特性、周波数特性により高精度、高安定に希望する高周波信号を得ることが困難であった。   In the conventional technique, when an arbitrary high-frequency signal is generated, a desired waveform is obtained by adding high-frequency analog signals converted by the DA converter using an analog adder or the like. However, the above method often has a problem that the desired waveform cannot be obtained unless the frequency of the high-frequency analog signal to be added is increased, and the number of digital direct synthesizers, phase amplitude converters, and DA converters increases. In addition, it is difficult to obtain a desired high-frequency signal with high accuracy and high stability due to the temperature characteristics and frequency characteristics of the analog adder.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、ディジタルダイレクトシンセサイザより出力されるディジタル位相信号をディジタル振幅信号に変換する位相振幅変換器に、ディジタル位相信号に対して任意の波形を発生する位相振幅変換器を具備することにより容易に任意の波形を発生させることが可能となる高周波制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. An arbitrary waveform is applied to a digital phase signal in a phase amplitude converter that converts a digital phase signal output from a digital direct synthesizer into a digital amplitude signal. An object of the present invention is to provide a high-frequency control device that can easily generate an arbitrary waveform by including a phase-amplitude converter that generates the phase-amplitude converter.

上記課題を達成するために、請求項１に対応する発明は、ディジタル位相信号を正弦波の振幅ディジタル信号に変換する正弦波変換器と、前記正弦波変換器により変換された正弦波の振幅ディジタル信号を高周波アナログ信号に変換するＤＡコンバータと、前記ＤＡコンバータの出力である高周波アナログ信号を増幅する高周波増幅器と、前記高周波増幅器からの出力を入力して高周波電圧に変換し、荷電粒子を加速する高周波加速空洞と、前記高周波加速空洞に発生する高周波電圧と、前記高周波電圧によって加速される荷電粒子の電流との位相差を検出する位相差検出器と、前記位相差検出器の出力信号をディジタル信号に変換するＡＤコンバータと、前記ＡＤコンバータの出力信号を入力し位相差を一定に制御するコントローラと、周波数信号を入力してディジタル位相信号を出力するディジタルダイレクトシンセサイザと、前記コントローラからの出力信号と、前記ディジタルダイレクトシンセサイザから出力されるディジタル位相信号を加算し、この加算したディジタル位相信号を、前記正弦波変換器に入力するディジタル加算器と、を具備したことを特徴とする高周波制御装置である。   In order to achieve the above object, an invention corresponding to claim 1 includes a sine wave converter for converting a digital phase signal into a sine wave amplitude digital signal, and a sine wave amplitude digital signal converted by the sine wave converter. A DA converter that converts a signal into a high-frequency analog signal, a high-frequency amplifier that amplifies a high-frequency analog signal that is the output of the DA converter, and an output from the high-frequency amplifier is input to convert it into a high-frequency voltage to accelerate charged particles. A high-frequency acceleration cavity, a phase difference detector for detecting a phase difference between a high-frequency voltage generated in the high-frequency acceleration cavity, and a current of a charged particle accelerated by the high-frequency voltage; and an output signal of the phase difference detector is digitally An AD converter that converts the signal into a signal, a controller that receives the output signal of the AD converter and controls the phase difference to be constant, A digital direct synthesizer that inputs a number signal and outputs a digital phase signal, an output signal from the controller, and a digital phase signal output from the digital direct synthesizer are added, and the added digital phase signal is added to the sine And a digital adder for inputting to the wave converter.

上記課題を達成するために、請求項２に対応する発明は、ディジタル位相信号を正弦波の振幅ディジタル信号に変換する正弦波変換器と、前記正弦波変換器により変換された正弦波の振幅ディジタル信号を高周波アナログ信号に変換するＤＡコンバータと、前記ＤＡコンバータの出力である高周波アナログ信号を増幅する高周波増幅器と、前記高周波増幅器からの出力を入力して高周波電圧に変換し、荷電粒子を加速する高周波加速空洞と、周波数信号を入力してディジタル位相信号を出力するディジタルダイレクトシンセサイザと、高周波電圧に対する荷電粒子の位相差のパターン信号を記憶した記憶装置と、前記記憶装置で記憶した位相差のパターン信号と、前記ディジタルダイレクトシンセサイザからのディジタル位相信号とを加算し、この加算したディジタル位相信号を前記正弦波変換器に入力するディジタル加算器と、を具備したことを特徴とする高周波制御装置である。   In order to achieve the above object, an invention corresponding to claim 2 includes a sine wave converter for converting a digital phase signal into a sine wave amplitude digital signal, and a sine wave amplitude digital signal converted by the sine wave converter. A DA converter that converts a signal into a high-frequency analog signal, a high-frequency amplifier that amplifies a high-frequency analog signal that is the output of the DA converter, and an output from the high-frequency amplifier is input to convert it into a high-frequency voltage to accelerate charged particles. A high-frequency accelerating cavity, a digital direct synthesizer that inputs a frequency signal and outputs a digital phase signal, a storage device that stores a pattern signal of a phase difference of a charged particle with respect to a high-frequency voltage, and a phase difference pattern that is stored in the storage device Signal and the digital phase signal from the digital direct synthesizer. A digital adder for inputting the summed digital phase signal to the sine wave converter, a frequency control apparatus characterized by comprising a.

上記課題を達成するために、請求項３に対応する発明は、ディジタル位相信号を正弦波の振幅ディジタル信号に変換する正弦波変換器と、前記正弦波変換器により変換された正弦波の振幅ディジタル信号を高周波アナログ信号に変換するＤＡコンバータと、前記ＤＡコンバータの出力である高周波アナログ信号を増幅する高周波増幅器と、前記高周波増幅器からの出力を入力して高周波電圧に変換し、荷電粒子を加速する高周波加速空洞と、前記高周波増幅器の出力電力を検出する電力検出器と、前記電力検出器の検出信号をディジタル信号に変換するＡＤコンバータと、前記ＡＤコンバータの出力信号を高周波増幅器の出力電力に対する位相変化量に変換する電力位相変換器と、前記電力位相変換器からの電力位相の出力を反転させ位相変化量を打ち消す値とする符合反転器と、周波数信号を入力してディジタル位相信号を出力するディジタルダイレクトシンセサイザと、前記ディジタルダイレクトシンセサイザからのディジタル位相信号と、前記符合反転器の出力とを加算し、この加算したディジタル位相信号を前記正弦波変換器に入力するディジタル加算器と、を具備したことを特徴とする高周波制御装置である。   In order to achieve the above object, the invention corresponding to claim 3 is a sine wave converter for converting a digital phase signal into a sine wave amplitude digital signal, and a sine wave amplitude digital signal converted by the sine wave converter. A DA converter that converts a signal into a high-frequency analog signal, a high-frequency amplifier that amplifies a high-frequency analog signal that is the output of the DA converter, and an output from the high-frequency amplifier is input to convert it into a high-frequency voltage to accelerate charged particles. A high-frequency accelerating cavity; a power detector that detects output power of the high-frequency amplifier; an AD converter that converts a detection signal of the power detector into a digital signal; and a phase of the output signal of the AD converter with respect to the output power of the high-frequency amplifier A power phase converter for converting to a change amount, and the output of the power phase from the power phase converter is inverted to change the phase. A sign inverter that cancels the quantity, a digital direct synthesizer that inputs a frequency signal and outputs a digital phase signal, a digital phase signal from the digital direct synthesizer, and an output of the sign inverter, A high frequency control apparatus comprising: a digital adder for inputting the added digital phase signal to the sine wave converter.

上記課題を達成するために、請求項４に対応する発明は、周波数信号を入力してディジタル位相信号を出力するディジタルダイレクトシンセサイザと、前記ディジタルダイレクトシンセサイザより出力されるディジタル位相信号を入力し、任意のディジタル振幅信号に変換する位相振幅変換器と、前記ディジタル振幅信号をアナログ高周波信号に変換するＤＡコンバータと、前記ＤＡコンバータの出力である高周波アナログ信号を増幅する高周波増幅器と、前記高周波増幅器からの出力を入力して高周波電圧に変換し、荷電粒子を加速する高周波加速空洞と、を具備したことを特徴とする高周波制御装置である。   In order to achieve the above object, the invention corresponding to claim 4 inputs a digital direct synthesizer that inputs a frequency signal and outputs a digital phase signal, and inputs a digital phase signal output from the digital direct synthesizer. A phase amplitude converter for converting the digital amplitude signal into a digital amplitude signal, a DA converter for converting the digital amplitude signal into an analog high frequency signal, a high frequency amplifier for amplifying the high frequency analog signal output from the DA converter, and the high frequency amplifier A high-frequency control apparatus comprising: a high-frequency accelerating cavity that inputs an output and converts it into a high-frequency voltage to accelerate charged particles.

上記課題を達成するために、請求項５に対応する発明は、周波数信号を入力してディジタル位相信号を出力するディジタルダイレクトシンセサイザと、前記ディジタルダイレクトシンセサイザより出力されるディジタル位相信号をディジタル振幅信号に変換するものであって、前記ディジタル位相信号に対するディジタル振幅信号を１対１で記憶した記憶装置と、前記記憶装置で記憶したディジタル振幅信号をアナログ高周波信号に変換するＤＡコンバータと、前記ＤＡコンバータの出力である高周波アナログ信号を増幅する高周波増幅器と、前記高周波増幅器からの出力を入力して高周波電圧に変換し、荷電粒子を加速する加速空洞と、を具備したことを特徴とする高周波制御装置である。   To achieve the above object, the invention corresponding to claim 5 is a digital direct synthesizer that inputs a frequency signal and outputs a digital phase signal, and a digital phase signal output from the digital direct synthesizer is converted into a digital amplitude signal. A storage device that stores a digital amplitude signal corresponding to the digital phase signal on a one-to-one basis, a DA converter that converts the digital amplitude signal stored in the storage device into an analog high-frequency signal, and a DA converter A high-frequency control apparatus comprising: a high-frequency amplifier that amplifies a high-frequency analog signal that is output; and an accelerating cavity that inputs an output from the high-frequency amplifier and converts the output into a high-frequency voltage to accelerate charged particles. is there.

である。   It is.

請求項１に記載の発明によれば、前記高周波加速空洞に発生する高周波電圧と、高周波電圧によって加速される荷電粒子の位相差を位相差検出器にて検出し、ＡＤコンバータによってディジタル信号に変換し、ＡＤコンバータの出力ディジタル信号をコントローラに入力し、コントローラによって高周波加速空洞に発生する高周波電圧と、高周波加速空洞によって加速される荷電粒子の位相差を一定とする値を出力し、その出力を高周波加速空洞に発生する高周波電圧の位相を制御する位相制御量とすることで、高精度、高安定に高周波加速空洞に発生する電圧と荷電粒子の位相差を一定に制御することが可能となる。   According to the first aspect of the present invention, the phase difference between the high-frequency voltage generated in the high-frequency acceleration cavity and the charged particles accelerated by the high-frequency voltage is detected by the phase difference detector and converted into a digital signal by the AD converter. The digital signal output from the AD converter is input to the controller, and the controller outputs a value that makes the phase difference between the high-frequency voltage generated in the high-frequency acceleration cavity and the charged particles accelerated by the high-frequency acceleration cavity constant. By using a phase control amount that controls the phase of the high-frequency voltage generated in the high-frequency acceleration cavity, it is possible to control the phase difference between the voltage generated in the high-frequency acceleration cavity and the charged particles with high accuracy and high stability. .

請求項２に記載の発明によれば、高周波加速空洞に発生する高周波電圧と、高周波加速空洞によって加速される荷電粒子の位相差のパターン信号を記憶する記憶装置を具備し、位相制御量を前記位相パターン信号とすることで、高周波加速空洞に発生する高周波電圧と荷電粒子の位相差を、パターン信号に従って高精度、高安定に制御することが可能となる。   According to the second aspect of the present invention, the storage device stores the high-frequency voltage generated in the high-frequency acceleration cavity and the pattern signal of the phase difference of the charged particles accelerated by the high-frequency acceleration cavity, and the phase control amount is By using the phase pattern signal, it is possible to control the phase difference between the high-frequency voltage generated in the high-frequency acceleration cavity and the charged particles with high accuracy and high stability according to the pattern signal.

請求項３に記載の発明によれば、高周波増幅器の出力電力を検出する電力検出器と、電力検出器の検出信号をディジタル信号に変換するＡＤコンバータと、ＡＤコンバータの出力信号を高周波増幅器の出力電力に対する位相変化量に変換する位相振幅変換器を具備し、電力位相変換器の出力を反転させ位相変化量を打ち消す値を高周波加速空洞に発生する高周波電圧の位相を制御する位相制御量とすることにより、高周波増幅器出力電力に対する位相変化の補正を高精度、高安定に行うことが可能となる。   According to the third aspect of the present invention, the power detector for detecting the output power of the high frequency amplifier, the AD converter for converting the detection signal of the power detector into a digital signal, and the output signal of the AD converter as the output of the high frequency amplifier A phase / amplitude converter for converting into a phase change amount with respect to power is provided, and a value for inverting the output of the power phase converter and canceling the phase change amount is set as a phase control amount for controlling the phase of the high frequency voltage generated in the high frequency acceleration cavity. This makes it possible to correct the phase change with respect to the output power of the high-frequency amplifier with high accuracy and high stability.

請求項４、５に記載の発明によれば、ディジタルダイレクトシンセサイザより出力されるディジタル位相信号をディジタル振幅信号に変換する位相振幅変換器は、前記ディジタル位相信号に対して任意の波形を発生する位相振幅変換器とすることで、ディジタルダイレクトシンセサイザ、位相振幅変換器、ＤＡコンバータの段数を増やすことなく任意の波形を得ることが可能となるばかりでなく、アナログ加算器を用いないため、高精度、高安定に任意の高周波波形を得ることが可能となる。   According to the fourth and fifth aspects of the present invention, the phase / amplitude converter that converts the digital phase signal output from the digital direct synthesizer into a digital amplitude signal is a phase that generates an arbitrary waveform with respect to the digital phase signal. By using an amplitude converter, it is possible not only to obtain an arbitrary waveform without increasing the number of stages of the digital direct synthesizer, phase amplitude converter, and DA converter, but also because an analog adder is not used, high accuracy, It is possible to obtain an arbitrary high-frequency waveform with high stability.

本発明によれば、ディジタルダイレクトシンセサイザより出力されるディジタル位相信号にディジタル加算器を用いて位相制御量を加算することにより、位相シフタといったアナログ素子を用いることなく高周波電圧の位相を高精度、高安定に制御することができる。   According to the present invention, a phase control amount is added to a digital phase signal output from a digital direct synthesizer using a digital adder, so that the phase of a high-frequency voltage can be adjusted with high accuracy without using an analog element such as a phase shifter. It can be controlled stably.

更に、本発明によれば、ディジタルダイレクトシンセサイザより出力されるディジタル位相信号を入力として、任意波形を出力する位相振幅変換器を用いることで、ディジタルダイレクトシンセサイザ、正弦波変換器、ＤＡコンバータを多段に接続することなく、任意の高周波出力を高精度、高安定に得ることができる。   Furthermore, according to the present invention, the digital direct synthesizer, the sine wave converter, and the DA converter are multistaged by using the phase amplitude converter that outputs the arbitrary waveform with the digital phase signal output from the digital direct synthesizer as an input. Arbitrary high frequency output can be obtained with high accuracy and high stability without connection.

以下、本発明の実施形態について図面を参照し説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図１は、本発明の第１の実施形態を示す図であり、図中、従来装置を示す図９と同一の要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。図１の特徴は、ディジタルダイレクトシンセサイザ１より出力されるディジタル位相信号θD と高周波加速空洞５に発生する高周波電圧Ｖc の位相を制御する位相制御量θC を、ディジタル加算器１１を用いて加算することにより高周波電圧Ｖc の位相を制御する。 FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, the same elements as those in FIG. 9 showing the conventional apparatus are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. The feature of FIG. 1 is that the digital phase signal θ D output from the digital direct synthesizer 1 and the phase control amount θ C for controlling the phase of the high-frequency voltage Vc generated in the high-frequency acceleration cavity 5 are added using a digital adder 11. Thus, the phase of the high frequency voltage Vc is controlled.

図２は、本発明の第２の実施形態を示す図で、高周波加速空洞５に発生する高周波電圧Ｖc と、高周波電圧Ｖc によって加速される荷電粒子の電流をＣＴ６を用いて検出した電流ＩB との位相差を、検出器３１を用いて検出し、検出された位相差信号ΔφをＡＤコンバータ３２によってディジタル信号に変換し、コントローラ３３によって前記位相差が一定値となるようにθC を制御することで高周波加速空洞５に発生する高周波電圧Ｖc と、荷電粒子との位相差を一定に制御することができる。 FIG. 2 is a diagram showing a second embodiment of the present invention, in which a high-frequency voltage Vc generated in the high-frequency acceleration cavity 5 and a current I B detected by using CT 6 to detect the current of charged particles accelerated by the high-frequency voltage Vc. Is detected using a detector 31, the detected phase difference signal Δφ is converted into a digital signal by an AD converter 32, and θ C is controlled by a controller 33 so that the phase difference becomes a constant value. Thus, the phase difference between the high-frequency voltage Vc generated in the high-frequency acceleration cavity 5 and the charged particles can be controlled to be constant.

図３は、本発明の第３の実施形態を示す図である。高周波加速空洞に発生する高周波電圧Ｖc と、高周波電圧Ｖc によって加速される荷電粒子との位相差のパターン信号を、記憶装置３４に記憶しておき、この位相パターン信号を位相制御量θC とすることで、高周波加速空洞に発生する高周波電圧Ｖc と荷電粒子の位相差パターンどおりに制御することが可能となる。図４に位相差のパターンの一例を示す図を表す。 FIG. 3 is a diagram showing a third embodiment of the present invention. A pattern signal of a phase difference between the high-frequency voltage Vc generated in the high-frequency acceleration cavity and the charged particles accelerated by the high-frequency voltage Vc is stored in the storage device 34, and this phase pattern signal is used as the phase control amount θ C. Thus, it becomes possible to control according to the phase difference pattern between the high-frequency voltage Vc generated in the high-frequency acceleration cavity and the charged particles. FIG. 4 shows a diagram illustrating an example of a phase difference pattern.

図５は、本発明の第４の実施形態を示す図である。図６に示すように高周波増幅器の出力電力Ｐout に対して位相ずれを生ずる。このずれを補正するため、高周波増幅器の出力電力Ｐout を電力検出器５１により検出し、ＡＤコンバータ５２を用いてディジタル信号に変換し、電力位相変換器５３により測定された電力に対する位相ずれの値に変換し、符号反転器５４により電力位相変換器５３の出力信号の符号を反転させた信号を位相制御量θC とすることで、高周波増幅器の出力電力に対する、位相ずれを零とすることが可能となる。 FIG. 5 is a diagram showing a fourth embodiment of the present invention. It produces a phase shift with respect to the output power P out of the RF amplifier, as shown in FIG. To correct this deviation, the output power P out of the RF amplifier is detected by the power detector 51, and converted into a digital signal using an AD converter 52, the value of the phase shift to the power measured by the power phase converter 53 The phase shift amount with respect to the output power of the high-frequency amplifier can be made zero by setting the phase control amount θ C to the signal obtained by converting the output signal of the power phase converter 53 by the sign inverter 54. It becomes possible.

図７は、本発明の第５、第６、第７の実施形態を説明するための図である。第５の実施形態位相振幅変換器１２はディジタルダイレクトシンセサイザ１より出力されるディジタル位相信号θD を入力として任意の波形Ｖabを出力する。 FIG. 7 is a diagram for explaining fifth, sixth, and seventh embodiments of the present invention. Fifth Embodiment The phase / amplitude converter 12 receives the digital phase signal θ D output from the digital direct synthesizer 1 and outputs an arbitrary waveform V ab .

第６の実施形態請求項６記載の発明の実施形態では位相振幅変換器１２として記憶装置を用いている。図８に前記記憶装置の内部およびディジタル位相信号に対する、ディジタル振幅信号Ｖabの波形を示す。図に示すように記憶装置はディジタル位相信号θD に対して、ディジタル振幅信号を１対１で記憶しており、任意の出力波形Ｖabを出力することが可能である。 Sixth Embodiment In a sixth embodiment of the present invention, a storage device is used as the phase / amplitude converter 12. FIG. 8 shows the waveform of the digital amplitude signal V ab with respect to the inside of the storage device and the digital phase signal. Storage device as shown in figure for the digital phase signal theta D, stores the digital amplitude signal in a one-to-one, it is possible to output any of the output waveform V ab.

第７の実施形態では位相振幅変換器１２としてディジタル演算器を用いている。ディジタル演算器は、入力をディジタル位相信号θD とし、出力がθD の関数ｆ（θD ）で表される演算装置を具備することにより任意の出力波形Ｖabを出力することができる。 In the seventh embodiment, a digital arithmetic unit is used as the phase / amplitude converter 12. Digital calculator receives the a digital phase signal theta D, the output can be output to any output waveform V ab By providing an arithmetic unit represented by theta D function f (θ D).

本発明の第１の実施形態を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施形態を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the 3rd Embodiment of this invention. 図３に示した実施形態の位相差パターンの一例を示す図。The figure which shows an example of the phase difference pattern of embodiment shown in FIG. 本発明の第４の実施形態を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the 4th Embodiment of this invention. 図５の高周波増幅器出力電力に対する位相変化を表す図。The figure showing the phase change with respect to the high frequency amplifier output electric power of FIG. 本発明の第５、６、７の実施形態を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating 5th, 6th, 7th embodiment of this invention. 図７の第６の実施形態の記憶装置内部およびディジタル位相信号に対するディジタル振幅信号を示す図。The figure which shows the digital amplitude signal with respect to the inside of the memory | storage device of 6th Embodiment of FIG. 7, and a digital phase signal. 従来の位相制御方式の例を示すブロック図。The block diagram which shows the example of the conventional phase control system. 従来の任意波形を生成する例を説明するためのブロック図。The block diagram for demonstrating the example which produces | generates the conventional arbitrary waveform.

１…ディジタルダイレクトシンセサイザ、２…正弦波変換器、３…ＤＡコンバータ、４…高周波増幅器、５…高周波加速空洞、６…ＣＴ、１１…ディジタル加算器、１２…位相振幅変換器、２１…移相器、２２…アナログコントローラ、３１…位相差検出器、３２…ＡＤコンバータ、３３…コントローラ、３４…記憶装置、５１…電力検出器、５２…ＡＤコンバータ、５３…電力位相変換器、５４…符号反転器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Digital direct synthesizer, 2 ... Sine wave converter, 3 ... DA converter, 4 ... High frequency amplifier, 5 ... High frequency acceleration cavity, 6 ... CT, 11 ... Digital adder, 12 ... Phase amplitude converter, 21 ... Phase shift 22 ... Analog controller 31 ... Phase difference detector 32 ... AD converter 33 ... Controller 34 ... Storage device 51 ... Power detector 52 ... AD converter 53 ... Power phase converter 54 ... Sign inversion vessel.

Claims (5)

ディジタル位相信号を正弦波の振幅ディジタル信号に変換する正弦波変換器と、
前記正弦波変換器により変換された正弦波の振幅ディジタル信号を高周波アナログ信号に変換するＤＡコンバータと、
前記ＤＡコンバータの出力である高周波アナログ信号を増幅する高周波増幅器と、
前記高周波増幅器からの出力を入力して高周波電圧に変換し、荷電粒子を加速する高周波加速空洞と、
前記高周波加速空洞に発生する高周波電圧と、前記高周波電圧によって加速される荷電粒子の電流との位相差を検出する位相差検出器と、
前記位相差検出器の出力信号をディジタル信号に変換するＡＤコンバータと、
前記ＡＤコンバータの出力信号を入力し位相差を一定に制御するコントローラと、
周波数信号を入力してディジタル位相信号を出力するディジタルダイレクトシンセサイザと、
前記コントローラからの出力信号と、前記ディジタルダイレクトシンセサイザから出力されるディジタル位相信号を加算し、この加算したディジタル位相信号を、前記正弦波変換器に入力するディジタル加算器と、
を具備したことを特徴とする高周波制御装置。 A sine wave converter for converting a digital phase signal into a sinusoidal amplitude digital signal;
A DA converter that converts the amplitude digital signal of the sine wave converted by the sine wave converter into a high-frequency analog signal;
A high-frequency amplifier that amplifies a high-frequency analog signal that is an output of the DA converter;
A high-frequency acceleration cavity that inputs an output from the high-frequency amplifier and converts it into a high-frequency voltage to accelerate charged particles;
A phase difference detector for detecting a phase difference between a high frequency voltage generated in the high frequency acceleration cavity and a current of a charged particle accelerated by the high frequency voltage;
An AD converter for converting the output signal of the phase difference detector into a digital signal;
A controller for inputting the output signal of the AD converter and controlling the phase difference to be constant;
A digital direct synthesizer that inputs a frequency signal and outputs a digital phase signal;
A digital adder that adds an output signal from the controller and a digital phase signal output from the digital direct synthesizer, and inputs the added digital phase signal to the sine wave converter;
A high-frequency control device comprising: ディジタル位相信号を正弦波の振幅ディジタル信号に変換する正弦波変換器と、
前記正弦波変換器により変換された正弦波の振幅ディジタル信号を高周波アナログ信号に変換するＤＡコンバータと、
前記ＤＡコンバータの出力である高周波アナログ信号を増幅する高周波増幅器と、
前記高周波増幅器からの出力を入力して高周波電圧に変換し、荷電粒子を加速する高周波加速空洞と、
周波数信号を入力してディジタル位相信号を出力するディジタルダイレクトシンセサイザと、
高周波電圧に対する荷電粒子の位相差のパターン信号を記憶した記憶装置と、
前記記憶装置で記憶した位相差のパターン信号と、前記ディジタルダイレクトシンセサイザからのディジタル位相信号とを加算し、この加算したディジタル位相信号を前記正弦波変換器に入力するディジタル加算器と、
を具備したことを特徴とする高周波制御装置。 A sine wave converter for converting a digital phase signal into a sinusoidal amplitude digital signal;
A DA converter that converts the amplitude digital signal of the sine wave converted by the sine wave converter into a high-frequency analog signal;
A high-frequency amplifier that amplifies a high-frequency analog signal that is an output of the DA converter;
A high-frequency acceleration cavity that inputs an output from the high-frequency amplifier and converts it into a high-frequency voltage to accelerate charged particles;
A digital direct synthesizer that inputs a frequency signal and outputs a digital phase signal;
A storage device that stores a pattern signal of a phase difference of a charged particle with respect to a high-frequency voltage;
A digital adder that adds the phase difference pattern signal stored in the storage device and the digital phase signal from the digital direct synthesizer, and inputs the added digital phase signal to the sine wave converter;
A high-frequency control device comprising: ディジタル位相信号を正弦波の振幅ディジタル信号に変換する正弦波変換器と、
前記正弦波変換器により変換された正弦波の振幅ディジタル信号を高周波アナログ信号に変換するＤＡコンバータと、
前記ＤＡコンバータの出力である高周波アナログ信号を増幅する高周波増幅器と、
前記高周波増幅器からの出力を入力して高周波電圧に変換し、荷電粒子を加速する高周波加速空洞と、
前記高周波増幅器の出力電力を検出する電力検出器と、
前記電力検出器の検出信号をディジタル信号に変換するＡＤコンバータと、
前記ＡＤコンバータの出力信号を高周波増幅器の出力電力に対する位相変化量に変換する電力位相変換器と、
前記電力位相変換器からの電力位相の出力を反転させ位相変化量を打ち消す値とする符合反転器と、
周波数信号を入力してディジタル位相信号を出力するディジタルダイレクトシンセサイザと、
前記ディジタルダイレクトシンセサイザからのディジタル位相信号と、前記符合反転器の出力とを加算し、この加算したディジタル位相信号を前記正弦波変換器に入力するディジタル加算器と、
を具備したことを特徴とする高周波制御装置。 A sine wave converter for converting a digital phase signal into a sinusoidal amplitude digital signal;
A DA converter that converts the amplitude digital signal of the sine wave converted by the sine wave converter into a high-frequency analog signal;
A high-frequency amplifier that amplifies a high-frequency analog signal that is an output of the DA converter;
A high-frequency acceleration cavity that inputs an output from the high-frequency amplifier and converts it into a high-frequency voltage to accelerate charged particles;
A power detector for detecting output power of the high-frequency amplifier;
An AD converter for converting a detection signal of the power detector into a digital signal;
A power phase converter that converts the output signal of the AD converter into a phase change amount with respect to the output power of the high-frequency amplifier;
A sign inverter that inverts the output of the power phase from the power phase converter and cancels the amount of phase change;
A digital direct synthesizer that inputs a frequency signal and outputs a digital phase signal;
A digital adder that adds the digital phase signal from the digital direct synthesizer and the output of the sign inverter and inputs the added digital phase signal to the sine wave converter;
A high-frequency control device comprising: 周波数信号を入力してディジタル位相信号を出力するディジタルダイレクトシンセサイザと、
前記ディジタルダイレクトシンセサイザより出力されるディジタル位相信号を入力し、任意のディジタル振幅信号に変換する位相振幅変換器と、
前記ディジタル振幅信号をアナログ高周波信号に変換するＤＡコンバータと、
前記ＤＡコンバータの出力である高周波アナログ信号を増幅する高周波増幅器と、
前記高周波増幅器からの出力を入力して高周波電圧に変換し、荷電粒子を加速する高周波加速空洞と、
を具備したことを特徴とする高周波制御装置。 A digital direct synthesizer that inputs a frequency signal and outputs a digital phase signal;
A phase / amplitude converter that inputs a digital phase signal output from the digital direct synthesizer and converts it into an arbitrary digital amplitude signal;
A DA converter for converting the digital amplitude signal into an analog high-frequency signal;
A high-frequency amplifier that amplifies a high-frequency analog signal that is an output of the DA converter;
A high-frequency acceleration cavity that inputs an output from the high-frequency amplifier and converts it into a high-frequency voltage to accelerate charged particles;
A high-frequency control device comprising: 周波数信号を入力してディジタル位相信号を出力するディジタルダイレクトシンセサイザと、
前記ディジタルダイレクトシンセサイザより出力されるディジタル位相信号をディジタル振幅信号に変換するものであって、前記ディジタル位相信号に対するディジタル振幅信号を１対１で記憶した記憶装置と、
前記記憶装置で記憶したディジタル振幅信号をアナログ高周波信号に変換するＤＡコンバータと、
前記ＤＡコンバータの出力である高周波アナログ信号を増幅する高周波増幅器と、
前記高周波増幅器からの出力を入力して高周波電圧に変換し、荷電粒子を加速する加速空洞と、
を具備したことを特徴とする高周波制御装置。 A digital direct synthesizer that inputs a frequency signal and outputs a digital phase signal;
A digital phase signal output from the digital direct synthesizer is converted into a digital amplitude signal, and a storage device that stores the digital amplitude signal corresponding to the digital phase signal on a one-to-one basis;
A DA converter for converting a digital amplitude signal stored in the storage device into an analog high-frequency signal;
A high-frequency amplifier that amplifies a high-frequency analog signal that is an output of the DA converter;
Acceleration cavity for inputting the output from the high-frequency amplifier and converting it to a high-frequency voltage to accelerate charged particles;
A high-frequency control device comprising:
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