[发明专利]一种直线超导加速腔快速建立稳定射频电场的方法及系统

权利要求书

1.一种直线超导加速腔快速建立稳定射频电场的方法，其特征在于，包括：

S1、初始状态，射频关；

S2、上位机设置调谐控制器工作，调谐控制器控制调谐电机调节至原点位置，此时调谐电机停止不动；

S3、上位机设置幅相控制器工作在自激震荡模式，控制射频环路相位使环路自激振荡，振荡的射频信号为工作频率附近幅度最大的射频信号，此时幅度稳定单元投入工作；

S4、上位机设置调谐控制器使调谐控制器根据读取的环路相位差信号和设定的相位差信号进行PID控制腔体调谐电机闭环工作，此环可以命名为粗调频率环；

S5、粗调频率环闭环后，控制器控制锁相环快环闭环；

在此后过程中幅相控制器检测输出Q信号幅度是否大于±I信号幅度，即环路振荡频率是否在腔体本征频率的3dB带宽外；

是，则回退到S4重新开始；

否，则进行步骤S6；

S6、锁相环快环闭环后，此时幅相控制器通知调谐控制器根据相位差调节调谐电机控制相位慢环闭环工作；

S7、调节参考信号相位，使腔压信号满足加速相位要求。

2.根据权利要求1所述的一种直线超导加速腔快速建立稳定射频电场的方法，其特征是：还包括自激环路实现法、外部参考源相参实现法及粗调鉴相实现法。

3.根据权利要求2所述的一种直线超导加速腔快速建立稳定射频电场的方法，其特征是：所述自激环路实现法包括：

通过将腔体取样信号直接反馈至射频放大链路中实现环路正反馈，通过计算和设计限幅放大器等保证整个环路增益大于等于1，调整I，Q可以调整环路的增益和相位，从而达到稳定自激振荡的条件。

4.根据权利要求2所述的一种直线超导加速腔快速建立稳定射频电场的方法，其特征是：所述外部参考源相参实现法包括：

接收外部参考源射频参考信号150.4MHz，并对其进行幅度和相位IQ调制，完成外部参考信号的移相和幅度调整，从而可以调整单个直线超导加速腔的加速相位；

采用±2π锁相环PLL鉴相器MCH12140，适用于两路频率不同的射频信号的相位差检测，鉴相区间为4π，通过对两路射频信号经过MCH12140后产生的相位差的脉冲信号进行滤波后得到与频率差成正比的直流信号，从而完成鉴相功能得到相位差信号；

通过得到的鉴相信号经过AD采集送入DSP处理器中，经过CORDIC、PID等算法处理完成I，Q信号的计算并通过DA输出控制I和Q的幅值对环路射频信号进行IQ调制，从而达到环路相位的控制，进而得到环路频率的调整，最终控制腔体取样信号和外部信号参考源相参锁相。

5.根据权利要求1所述的一种直线超导加速腔快速建立稳定射频电场的方法，其特征是：所述粗调鉴相实现法包括：

采用边沿触发的数字鉴相器，适用于两路频率相同的射频信号的相位差检测，鉴相区间为2π，通过对两路射频信号经过双稳态触发器和异或门后产生的相位差的脉冲信号进行滤波后得到与相位差成正比的直流信号；

从而完成鉴相功能。

6.一种直线超导加速腔快速建立稳定射频电场的系统，其特征在于，包括：

外部参考源，提供整个直线超导加速器所有超导腔的射频参考信号150.4MHz，其频率、幅度、相位固定；

功率放大器，完成信号采集处理器射频输出放大，其标称输出功率为200W；

定向耦合器，完成直线超导加速腔入腔之前射频入射功率和反射功率的取样；

直线超导加速腔，主要由加速腔、耦合调整机构、调谐机构、腔体取样、低温冷却系统等组成；

信号采集处理器，作为直线超导加速腔快速建立稳定射频电场实现装置，负责入射取样、反射取样、腔体取样、外部参考源信号的采集处理以及加速腔耦合调整机构电机和调谐机构电机的控制。

7.根据权利要求6所述的一种直线超导加速腔快速建立稳定射频电场的方法，其特征是：所述耦合调整机构完成加速腔射频工作特性的调整，调谐机构主要完成加速腔本征频率的调整，腔体取样完成加速腔射频电场的耦合取样，低温冷却系统主要使加速腔工作在超导态。