一种加速器随机冷却系统用宽带数字可调移相器的制作方法

本实用新型涉及加速器随机冷却系统技术领域，尤其是涉及一种加速器随机冷却系统用宽带数字可调移相器。

背景技术：

在加速器中，降低束流发射度，提高束流强度，得到高品质束流始终是粒子物理学家所希望的。但由于相空间离子密度守恒，注入到环中的离子数受到限制，致使束流流强的提高受到限制。为了克服这一限制，人们采用所谓“冷却技术”用以提高束流流强。其中随机冷却可以用于离子储存环任意能区的冷却，尤其是对大动量分散的次级离子束、高能束、稀有离子束有其特别的优势，并与电子冷却具有互补性。

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、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，移相器是随机冷却硬件系统的核心器件之一，通过控制移相器调节探测器所感应射频信号的相位，来实现束流最佳快速冷却的目的。

移相器是对波信号的相位进行调节的装置，在加速器、雷达、导弹姿态控制、通信及仪器仪表领域都有广泛的应用。移相器种类很多，包括铁氧体移相器、铁电陶瓷移相器、分子极化控制移相器及半导体移相器等。铁氧体移相器早在六十年代前就有人开始研究，此后经过不断的改进和优化，目前技术已比较成熟并广泛应用于各种雷达系统中，其中波导类微波铁氧体移相器占据了半壁江山。铁电陶瓷移相器性能无显著优点，应用不多。分子极化控制移相器由于悬液不稳定，未得到广泛应用。近二十年来，半导体移相器吸引了大批电路设计者的目光，常见的半导体移相器结构包括加载线式移相器、开关线式移相器、高通低通移相器及矢量调制移相器。由于可以提供好的高频性能，低的衬底损耗，高性能的无源器件，Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体一直是半导体移相器的理想选择。然而，Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体和超大规模CMOS数字集成电路无法做在同一个衬底上，限制了相控阵系统的系统集成，且对相控阵系统的商用，Ⅲ-Ⅴ化合物半导体仍然显得面积过大、价格过于昂贵。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足提供一种加速器随机冷却系统用宽带数字可调移相器。从而有效解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：所述的一种加速器随机冷却系统用宽带数字可调移相器，其特点是包括第一宽带正交混合网络，所述的第一宽带正交混合网络的0°输出端口与第一宽带数字可变衰减器左端输入端相连接，第一宽带正交混合网络的90°输出端口与第二宽带数字可变衰减器的左端输入端相连接，第一宽带正交混合网络左端A2隔离端口与第一负载相连接，第一宽带正交混合网络左端A1为信号输入端，第一宽带数字可变衰减器和第二宽带数字可变衰减器右端输出端分别通过第一微波传输线和第二微波传输线与宽带合路器左端两个输入端相连接，宽带合路器右端输出端与一切为二微波开关左端输入端相连接，一切为二微波开关的J1端口与第二宽带正交混合网络的左端输入端口B2相连接，一切为二微波开关的J2端口与宽带180°微波电桥的C1输入端口相连接，第二宽带正交混合网络左端隔离端口B1与第二负载相连接，第二宽带正交混合网络右端0°输出端口和90°输出端口通过第三微波传输线和第四微波传输线与一切为三微波开关的输入端口F1和输入端口F2相连接，宽带180°微波电桥的左端隔离端口C2与第三负载相连接，宽带180°微波电桥的右端0°输出端口与第四负载相连接，宽带180°微波电桥的右端180°输出端口通过第五微波传输线与一切为三微波开关的输入端口F3相连接。

所述的第一宽带正交混合网络和第二宽带正交混合网络为宽带正交90°混合网络，所述的第一负载、第二负载、第三负载和第四负载为50欧姆。

所述的第一宽带数字可变衰减器和第二宽带数字可变衰减器的衰减值大小改变，当一切为二微波开关切换至J1端口，一切为三微波开关切换至F1端口的工作状态时，实现幅度值固定，相位从0°到90°的移相功能；当一切为二微波开关切换至J1端口，一切为三微波开关切换至F2端口的工作状态时，可以实现幅度值固定，相位从90°到180°的移相功能；当一切为二微波开关切换至J2端口，一切为三微波开关切换至F3端口的工作状态时，可以实现幅度值固定，相位从180°到270°的移相功能。

本实用新型的有益效果是：所述的一种加速器随机冷却系统用宽带数字可调移相器及温控方法，其具有极宽的带宽，能够实现在多个倍频程频段下的数字可调移相，可实现相位从0°到270°的移相功能；在极宽频带内具有较好的幅度平坦度和相位平坦度；该移相器结构紧凑，易于控制操作，不易受干扰，具有良好的屏蔽性能等优点；通过合理选择数字可变衰减器、180°微波电桥、微波开关、合路器和正交(90°)混合网络，可实现各种宽频段下的数字可调移相。

附图说明：

图1是本实用新型的电路原理示意图；

图2是本实用新型的不同相位的插入损耗-频率实测结果曲线图；

图3是本实用新型的不同的相位-频率实测结果曲线图。

图中所示：1-1.第一宽带正交混合网络；1-2.第二宽带正交混合网络；2-1.第一宽带数字可变衰减器；2-2.第二宽带数字可变衰减器；3.宽带合路器；4-1.第一负载；4-2.第二负载；4-3.第三负载；4-4.第四负载；5.一切为二微波开关；6.宽带180°微波电桥；7.一切为三微波开关；8-1.第一微波传输线；8-2.第二微波传输线；8-3.第三微波传输线；8-4.第四微波传输线；8-5.第五微波传输线。

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：

如图1所示，所述的一种加速器随机冷却系统用宽带数字可调移相器，其特点是包括第一宽带正交混合网络1-1，所述的第一宽带正交混合网络1-1的0°输出端口与第一宽带数字可变衰减器2-1左端输入端相连接，第一宽带正交混合网络1-1的90°输出端口与第二宽带数字可变衰减器2-2的左端输入端相连接，第一宽带正交混合网络1-1左端A2隔离端口与第一负载4-1相连接，第一宽带正交混合网络1-1左端A1为信号输入端，第一宽带数字可变衰减器2-1和第二宽带数字可变衰减器2-2右端输出端分别通过第一微波传输线8-1和第二微波传输线8-2与宽带合路器3左端两个输入端相连接，宽带合路器3右端输出端与一切为二微波开关5左端输入端相连接，一切为二微波开关5的J1端口与第二宽带正交混合网络1-2的左端输入端口B2相连接，一切为二微波开关5的J2端口与宽带180°微波电桥6的C1输入端口相连接，第二宽带正交混合网络1-2左端隔离端口B1与第二负载4-2相连接，第二宽带正交混合网络1-2右端0°输出端口和90°输出端口通过第三微波传输线8-3和第四微波传输线8-4与一切为三微波开关7的输入端口F1和输入端口F2相连接，宽带180°微波电桥6的左端隔离端口C2与第三负载4-3相连接，宽带180°微波电桥6的右端0°输出端口与第四负载4-4相连接，宽带180°微波电桥6的右端180°输出端口通过第五微波传输线8-5与一切为三微波开关7的输入端口F3相连接。

所述的第一宽带正交混合网络1-1和第二宽带正交混合网络1-2为宽带正交90°混合网络，所述的第一负载4-1、第二负载4-2、第三负载4-3和第四负载4-4为50欧姆。

所述的第一宽带数字可变衰减器2-1和第二宽带数字可变衰减器2-2的衰减值大小改变，当一切为二微波开关5切换至J1端口，一切为三微波开关7切换至F1端口的工作状态时，实现幅度值固定，相位从0°到90°的移相功能；当一切为二微波开关5切换至J1端口，一切为三微波开关7切换至F2端口的工作状态时，可以实现幅度值固定，相位从90°到180°的移相功能；当一切为二微波开关5切换至J2端口，一切为三微波开关7切换至F3端口的工作状态时，可以实现幅度值固定，相位从180°到270°的移相功能。

所述的一种加速器随机冷却系统用宽带数字可调移相器，其可用于设计一款工作带宽为100-1000MHz内实现插入损耗约为13dB，幅度平坦度为±2dB，5°可调步长，相位平坦度为±10°，并能运用到国家大科学装置-兰州重离子加速器实验环(CSRe)的随机冷却系统上。首先利用Ansoft有源射频电路设计软件仿真优化设计，选择第一宽带正交混合网络1-1和第二宽带正交混合网络1-2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，幅度平坦度为3dB±1dB，相位平坦度为90°±5°，隔离度为20dB Min。选择第一宽带数字可变衰减器2-1和第二宽带数字可变衰减器2-2为美国Hittite公司的，型号为HMC-C025，工作带宽为DC-13GHz，插入损耗小于5.5dB，衰减范围为31.5dB，最小可调步数为0.25dB。选择宽带合路器3为美国Mini-circuits公司的，型号为ZFSC-2-2-S，带宽为10-1000MHz，驻波为1.2：1，相位平坦度为±0.25°，幅度平坦度为±0.1dB。选择第一负载4-1、第二负载4-2、第三负载4-3和第四负载4-4为50欧姆为美国Mini-circuits公司的，型号为ANNE-50+，带宽为DC-18GHz，回波损耗为21dB Min，最大输入功率为1W。选择一切为二微波开关5为美国JFW公司的，型号为50S-1313+12-SMA，带宽为DC-18GHz，隔离度为85dB，插入损耗小于0.35dB，驻波为1.35：1Max。选择宽带180°微波电桥6为美国M/A-COM公司的，型号为H-183-4，带宽为30-3000MHz，插入损耗小于2.5dB，隔离度为20dB Min，相位平坦度为±7.5°Max。选择一切为三微波开关7为美国JFW公司的，型号为50S-0349，带宽为5-2000MHz，隔离度为60dB，驻波为1.40：1Max。选择第一微波传输线8-1至第五微波传输线8-5为半柔性射频同轴电缆。利用以上微波器件按照原理图1搭建电路，使用德国罗德与施瓦茨公司的矢量网络分析仪ZVA-8进行调试，如图2为宽带数字可调移相器0°到90°不同相位的插入损耗随频率变化的实测结果，图3为宽带数字可调移相器为0°到90°不同相位随频率变化的实测结果图。测试结果显示，数字可调移相器工作带宽为100-1000MHz，插入损耗约为13dB,幅度平坦度为小于±2dB，小于5°可调步长，相位平坦度为±10°，并成功运用到国家大科学装置-兰州重离子加速器实验环(CSRe)的随机冷却系统上。

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