摘要：上海高重复频率硬X射线自由电子激光装置的超导射频(Radio Frequency,RF)腔需要高精度射频低电平(Low Level Radio Frequency,LLRF)系统,以稳定腔场的幅度和相位。但是,由于1.3 GHz连续波超导射频腔的高负载品质因数,腔体在电磁频域中的带宽较小。在加速器老练或重启过程中,超导腔相对较小的失谐就会有较大的反射电压,触发联锁保护系统,导致腔体难以馈入功率。为此将自激励(Self-Excited Loop,SEL)控制系统被引入到低电平控制系统中,以防止这种情况的发生;同时把发生器驱动系统(Generator Driven Resonator,GDR)低电平控制系统加载到加速器正常工作状态。此外,开发了数字模拟腔用来验证LLRF系统的设计算法,减少了在真实腔体中测试损害腔体的风险,节省机器时间和调试成本。研究结果表明:即使腔体失谐,SEL控制系统依然可以使腔场幅度稳定到设定值,且反射电压较小。经过比较和验证,数字模拟腔被证明是测试新的低电平算法的可靠平台。

摘要：合肥光源(HLS-Ⅱ)在重大维修改造之后,其光源性能有了很大的提升。为了进一步实现连续、平稳地供光,需要对其进行恒流改造。恒流运行要求直线加速器的微波功率源有长期的稳定性与可靠性,旧的模拟低电平控制系统满足不了要求。本文基于微型电信计算平台(MTCA)设计实现了数字低电平控制系统,控制微波功率源的幅度和相位,它由以FPGA为核心的数字板卡、射频板卡、 MTCA机箱以及频率合成系统组成。该数字低电平系统工作在2 856 MHz的S波段,在线运行幅度稳定度达到0.04%,相位稳定度达到0.2°,满足恒流改造对直线加速器数字低电平系统0.25°相位抖动RMS值的相位精度要求。

摘要：本套加速器高频低电平系统(LLRF)是中国ADS注入器II高频系统的原型机,其工作频率为162.5 MHz,以实现超导加速腔的幅度与相位稳定控制和谐振频率调节。该系统主要由射频前端和数字信号处理FPGA两部分组成。射频前端主要实现高频信号的上下变频和电平匹配;数字信号处理FPGA是系统的核心,主要完成射频信号幅值与相位的数字稳定控制,超导腔谐振频率控制,以及1 000 M以太网通信。在实验室环境下,对该系统进行了幅度和相位稳定度测试,相位稳定度峰峰值为±0.3°,有效值为0.09°,幅值相对稳定度峰峰值为±5×10-3,有效值为3.2×10-3,达到了设计要求。

摘要：S波段直线加速器在国内外加速器实验室,包括合肥光源都有广泛的应用,低电平系统作为直线加速器微波系统的重要组成部分,对束流的稳定性有重要影响,基于此本文研制了S波段直线加速器数字低电平系统。从系统架构和硬件设计、控制算法和软件设计、性能测试3个方面对自研数字低电平系统进行了介绍。自研低电平系统包括信号源、频率综合系统和中频信号处理器。信号源和频率综合系统实现了多路低相噪信号输出;自研低电平中频信号处理器采用国产芯片,并增加了ST光口触发以及SFP通信等功能,提高了系统抗干扰和数据传输能力。系统采用IQ正交解调及Cordic幅度相位转换等算法,用于PI闭环控制,并基于EPICS开发了相关控制软件和人机界面。离线实验表明,自研低电平系统的短期幅度稳定度优于0.01%,短期相位稳定度优于0.01°;在线束流实验显示,加速腔内的闭环相位稳定度在0.1°左右;自研低电平系统部分替换了合肥光源用户装置直线注入器的进口低电平系统,作为在线设备,实现了长期稳定运行。

摘要：为了使腔体在过束过程中,获得稳定的能量增益,研制了高频低电平系统,采用全数字技术,完成了对腔体工作频率、幅度与相位的精确反馈控制。通过现场测试与理论分析建立高频腔的物理模型,设计相应的PI控制器,并进行仿真验证,提升系统的稳定性,优化了调谐的精度与速度。高频低电平系统克服了高频回路中外部噪声、腔体机械形变、热形变对闭环回路、幅度、相位造成的影响。系统在室温环境下进行测试,在2h内控制腔体相位稳定度为±0.6°,幅度稳定为±0.8%,达到了设计要求。

摘要：合肥红外自由电子激光(IR-FEL)是一个工作在中红外和远红外波段的自由电子激光装置,为达到其设计指标,需要使用低电平系统(LLRF)对加速腔内加速场的幅度和相位进行监测和控制。但是速调管的输入输出非线性特性,使得近饱和区控制增益降低,导致了反馈效率的降低。设计了基于可编程逻辑阵列(FPGA)的预失真模型对速调管的幅度非线性特性进行修正,并且对2048节点直接查找表算法和32节点线性插值查找表算法进行了比较和在线实验。比较结果显示,在准确度满足要求情况下,直接查找表算法比线性插值查找表算法延迟减少25%,并且资源消耗量要少于线性插值查找表算法。采用基于直接查找表算法的预失真模块在东芝E3729型号速调管上进行了反馈效率的比较,添加预失真模块后反馈效率提高了43%。