一种随机冷却系统用的宽带相位均衡器的制作方法

本发明涉及环形加速器随机冷却技术领域，尤其是涉及一种随机冷却系统用的宽带相位均衡器。

背景技术：

在环形加速器中，随机冷却是用一个宽带反馈系统对束流进行冷却，位于束流上游的探测器探测到与粒子偏差成正比的射频信号，这一输出信号经过滤波、延迟、移相、和放大系统后被加到下游的冲击器上，粒子在冲击器上得到正比于偏差的校正，从而达到冷却的目的。当然这要求校正信号与粒子同步到达冲击器。随机冷却系统主要由探测器、低噪声放大器、微波电桥、带通滤波器、移相器、可变衰减器、相位均衡器、可调延迟线、功率放大器和冲击器等组成。其中，相位均衡器是随机冷却硬件系统的关键器件之一，因为随机冷却系统是一个反馈环，假设在整个工作频带内所需相位为180°，当偏离所需相位180±90°时，将会引起发射度增长(此时是加热束流，而非冷却束流)，通过在随机冷却硬件系统中引入相位均衡器使整个工作频带内相位均衡，达到良好的相位平坦度，实现束流最佳快速冷却的目的。

相位均衡器是用以校正相-频特性的装置，在加速器、雷达、无线通信及功率合成领域都有广泛的应用。现有技术绝大部分相位均衡器的带宽受到限制，四个倍频程以上的宽带相位均衡器少有提及。目前在射频微波频段用来相位均衡的方法有采用全通耦合传输线法和波导加载谐振器法等。采用全通耦合传输线法具有不易现场调试等缺点；采用波导加载谐振器法具有加工难度高、频段用于L波段以下时尺寸大等缺点。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的不足提供一种随机冷却系统用的宽带相位均衡器。从而有效解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所述的一种随机冷却系统用的宽带相位均衡器，其特点是包括宽带正交混合网络，信号从宽带正交混合网络的A端口输入，分成两路幅度相等、相位相差90°的信号分别到达宽带正交混合网络的C端口和D端口，信号再从C端口和D端口反射，其中一路反射至A端口形成幅度相等、相位反相(相差180°)的信号相互抵消，另一路反射至宽带正交混合网络的B端口，宽带正交混合网络的B端口与可调延迟线相连接；宽带正交混合网络的C端口和D端口分别通过同轴连接器与终端开路或短路同轴线连接。

所述的宽带正交混合网络为宽带正交90°混合网络，所述的同轴连接器为50欧姆同轴连接器。

所述的终端开路或短路同轴线的一端通过同轴连接器与宽带正交混合网络相连接，另一端终端开路或短路，两根终端开路或短路同轴线的长度相同，特性阻抗相等。

所述的终端开路或短路同轴线包括外导体、内导体和介质材料，介质材料设置在外导体和内导体之间，终端开路或短路同轴线为终端短路时，同轴线外导体和内导体同时与地连接。

所述的宽带正交混合网络的B端口输出信号的相位由反射系数S11表示：

反射系数S11与终端开路或短路同轴线的特性阻抗及长度有关系，通过改变开路或短路同轴线的特性阻抗大小以及同轴线的长度，得到相-频曲线，实现相位均衡的目的。

本发明的有益效果是：所述的一种随机冷却系统用的宽带相位均衡器，其具有极宽的带宽，能够实现在多个倍频程频段下的相位校正，达到相位均衡的目的；通过合理调节可调延迟线以及同轴线的长度，可以得到所需的相-频曲线，从而实现各种宽频段下的相位均衡；其电路简单，易装配调试，易于控制操作，具有重复性好等优点。

附图说明：

图1是本发明的电路原理示意图；

图2是本发明的图1中的同轴线剖面结构示意图；

图3是本发明的同轴线终端开路时，不同的同轴线长度所对应的相-频曲线图；

图4是本发明的同轴线终端短路时，不同的同轴线长度所对应的相-频曲线图。

图中所示：1.宽带正交混合网络；2.同轴连接器；3.终端开路或短路同轴线；3-1.内导体；3-2.介质材料；3-3.外导体；4.可调延迟线。

具体实施方式

以下结合附图所示之最佳实例作进一步详述：

具体实施例1：如图1和2所示，本发明所述的一种随机冷却系统用的宽带相位均衡器，其特点是包括宽带正交混合网络1，信号从宽带正交混合网络1的A端口输入，分成两路幅度相等、相位相差90°的信号分别到达宽带正交混合网络1的C端口和D端口，信号再从C端口和D端口反射，其中一路反射至A端口形成幅度相等、相位反相(相差180°)的信号相互抵消，另一路反射至宽带正交混合网络1的B端口，宽带正交混合网络1的B端口与可调延迟线4相连接；宽带正交混合网络的C端口和D端口分别通过同轴连接器2与终端开路或短路同轴线3连接。

所述的宽带正交混合网络1为宽带正交90°混合网络，所述的同轴连接器2为50欧姆同轴连接器。

所述的终端开路或短路同轴线3的一端通过同轴连接器2与宽带正交混合网络1相连接，另一端终端开路或短路，两根终端开路或短路同轴线3的长度相同，特性阻抗相等。

所述的终端开路或短路同轴线3包括外导体3-3、内导体3-1和介质材料3-2，介质材料3-2设置在外导体3-3和内导体3-1之间，终端开路或短路同轴线3为终端短路时，同轴线外导体3-3和内导体3-1同时与地连接。

所述的宽带正交混合网络1的B端口输出信号的相位由反射系数S11表示：

反射系数S11与终端开路或短路同轴线3的特性阻抗及长度有关系，通过改变开路或短路同轴线的特性阻抗大小以及同轴线的长度，得到相-频曲线，实现相位均衡的目的。

本发明选择宽带正交(90°)混合网络时，要求其主要指标如幅度和相位平坦度极好，输入输出驻波小，插入损耗小，隔离度尽量大。实施例中选择宽带正交(90°)混合网络1为美国Werlatone公司的，型号为QH7774-10，工作带宽为100MHz-1000MHz，插入损耗为0.6dB，驻波为1.3：1，幅度平坦度小于±1dB，相位平坦度小于±5°，隔离度为20dB Min。实施例中选择50欧姆同轴连接器2的长度为10-30mm，为不锈钢精密连接器。实施例中选择开路同轴线3为25欧姆，开路同轴线特性阻抗值大小不受限制，也可以选择75欧姆或者其他值。

终端开路同轴线3的材质不受限制，其介电常数也不受限制。同轴线的特性阻抗与内外导体半径比值以及介质层的相对介电常数有关，其表达式为：

实施例中选择终端开路同轴线3为半刚性同轴电缆。实施例中选择可调延迟线4为美国Pasternack公司的，型号为PE8243，带宽为DC-2GHz，驻波为1.5：1，最大插入损耗为0.5dB，相位调节为60度/GHz。通过合理调节相位均衡器的可调延迟线4、优化终端开路的同轴线3的特性阻抗大小以及改变同轴线3的长度L，得到我们所需的相-频曲线，从而可以利用系统中引入的相位均衡器所产生的相-频曲线来校正系统中的相-频曲线，实现相位均衡的目的。如图3所示为宽带相位均衡器的同轴线终端开路时，不同同轴线长度所对应的相-频曲线图。

在射频微波系统中，微波元器件的特性阻抗一般均为50欧姆，因此，电磁波信号在一条特性阻抗为50欧姆均匀同轴线中的相位和衰减等参数都是线性变化的。但在本实施例中通过引入终端开路的同轴线，使从同轴线终端开路反射回来的信号的相位变化规律产生变化，从而可以得到所需的相-频曲线来实现相位均衡的目的。

具体实施例2：与实施例1不同的是：本发明通过合理调节相位均衡器的可调延迟线4、优化终端短路的同轴线3的特性阻抗大小以及改变同轴线3的长度L，得到我们所需的相-频曲线，从而可以利用系统中引入的相位均衡器所产生的相-频曲线来校正系统中的相-频曲线，实现相位均衡的目的。如图4所示为宽带相位均衡器的同轴线终端短路时，不同同轴线长度所对应的相-频曲线图。在本实施例中通过引入终端短路的同轴线，使从同轴线终端短路反射回来的信号的相位变化规律产生变化，从而可以得到所需的相-频曲线来实现相位均衡的目的。

本发明实施例不限于同轴线，还可以选择其他微波传输线，如微带线等。如果选择微带线，整个宽带相位均衡器可以同其他电路集成在一块紧凑的电路板上，可以实现电路的小型化，集成化，由于其实现原理与上述实施例类似，此处不再赘述。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。