本發(fā)明涉及加速器隨機(jī)冷卻系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種加速器隨機(jī)冷卻系統(tǒng)用寬帶數(shù)字可調(diào)移相器。

背景技術(shù)：

在加速器中，降低束流發(fā)射度，提高束流強(qiáng)度，得到高品質(zhì)束流始終是粒子物理學(xué)家所希望的。但由于相空間離子密度守恒，注入到環(huán)中的離子數(shù)受到限制，致使束流流強(qiáng)的提高受到限制。為了克服這一限制，人們采用所謂“冷卻技術(shù)”用以提高束流流強(qiáng)。其中隨機(jī)冷卻可以用于離子儲(chǔ)存環(huán)任意能區(qū)的冷卻，尤其是對(duì)大動(dòng)量分散的次級(jí)離子束、高能束、稀有離子束有其特別的優(yōu)勢(shì)，并與電子冷卻具有互補(bǔ)性。

隨機(jī)冷卻是用一個(gè)寬帶反饋系統(tǒng)對(duì)束流進(jìn)行冷卻，位于束流上游的探測(cè)器探測(cè)到與粒子偏差成正比的射頻信號(hào)，這一輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波、延遲、移相和放大系統(tǒng)后被加到下游的沖擊器上，粒子在沖擊器上得到正比于偏差的校正，從而達(dá)到冷卻的目的。當(dāng)然這要求校正信號(hào)與粒子同步到達(dá)沖擊器。隨機(jī)冷卻系統(tǒng)主要由探測(cè)器、低噪聲放大器、微波電橋、濾波器、移相器、可變衰減器、相位均衡器、可調(diào)延遲線、功率放大器和沖擊器等組成。其中，移相器是隨機(jī)冷卻硬件系統(tǒng)的核心器件之一，通過(guò)控制移相器調(diào)節(jié)探測(cè)器所感應(yīng)射頻信號(hào)的相位，來(lái)實(shí)現(xiàn)束流最佳快速冷卻的目的。

移相器是對(duì)波信號(hào)的相位進(jìn)行調(diào)節(jié)的裝置，在加速器、雷達(dá)、導(dǎo)彈姿態(tài)控制、通信及儀器儀表領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。移相器種類很多，包括鐵氧體移相器、鐵電陶瓷移相器、分子極化控制移相器及半導(dǎo)體移相器等。鐵氧體移相器早在六十年代前就有人開始研究，此后經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn)和優(yōu)化，目前技術(shù)已比較成熟并廣泛應(yīng)用于各種雷達(dá)系統(tǒng)中，其中波導(dǎo)類微波鐵氧體移相器占據(jù)了半壁江山。鐵電陶瓷移相器性能無(wú)顯著優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用不多。分子極化控制移相器由于懸液不穩(wěn)定，未得到廣泛應(yīng)用。近二十年來(lái)，半導(dǎo)體移相器吸引了大批電路設(shè)計(jì)者的目光，常見的半導(dǎo)體移相器結(jié)構(gòu)包括加載線式移相器、開關(guān)線式移相器、高通低通移相器及矢量調(diào)制移相器。由于可以提供好的高頻性能，低的襯底損耗，高性能的無(wú)源器件，Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體一直是半導(dǎo)體移相器的理想選擇。然而，Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體和超大規(guī)模CMOS數(shù)字集成電路無(wú)法做在同一個(gè)襯底上，限制了相控陣系統(tǒng)的系統(tǒng)集成，且對(duì)相控陣系統(tǒng)的商用，Ⅲ-Ⅴ化合物半導(dǎo)體仍然顯得面積過(guò)大、價(jià)格過(guò)于昂貴。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種加速器隨機(jī)冷卻系統(tǒng)用寬帶數(shù)字可調(diào)移相器。從而有效解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：所述的一種加速器隨機(jī)冷卻系統(tǒng)用寬帶數(shù)字可調(diào)移相器，其特點(diǎn)是包括第一寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)，所述的第一寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)的0°輸出端口與第一寬帶數(shù)字可變衰減器左端輸入端相連接，第一寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)的90°輸出端口與第二寬帶數(shù)字可變衰減器的左端輸入端相連接，第一寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)左端A2隔離端口與第一負(fù)載相連接，第一寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)左端A1為信號(hào)輸入端，第一寬帶數(shù)字可變衰減器和第二寬帶數(shù)字可變衰減器右端輸出端分別通過(guò)第一微波傳輸線和第二微波傳輸線與寬帶合路器左端兩個(gè)輸入端相連接，寬帶合路器右端輸出端與一切為二微波開關(guān)左端輸入端相連接，一切為二微波開關(guān)的J1端口與第二寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)的左端輸入端口B2相連接，一切為二微波開關(guān)的J2端口與寬帶180°微波電橋的C1輸入端口相連接，第二寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)左端隔離端口B1與第二負(fù)載相連接，第二寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)右端0°輸出端口和90°輸出端口通過(guò)第三微波傳輸線和第四微波傳輸線與一切為三微波開關(guān)的輸入端口F1和輸入端口F2相連接，寬帶180°微波電橋的左端隔離端口C2與第三負(fù)載相連接，寬帶180°微波電橋的右端0°輸出端口與第四負(fù)載相連接，寬帶180°微波電橋的右端180°輸出端口通過(guò)第五微波傳輸線與一切為三微波開關(guān)的輸入端口F3相連接。

所述的第一寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)和第二寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)為寬帶正交90°混合網(wǎng)絡(luò)，所述的第一負(fù)載、第二負(fù)載、第三負(fù)載和第四負(fù)載為50歐姆。

所述的第一寬帶數(shù)字可變衰減器和第二寬帶數(shù)字可變衰減器的衰減值大小改變，當(dāng)一切為二微波開關(guān)切換至J1端口，一切為三微波開關(guān)切換至F1端口的工作狀態(tài)時(shí)，實(shí)現(xiàn)幅度值固定，相位從0°到90°的移相功能；當(dāng)一切為二微波開關(guān)切換至J1端口，一切為三微波開關(guān)切換至F2端口的工作狀態(tài)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)幅度值固定，相位從90°到180°的移相功能；當(dāng)一切為二微波開關(guān)切換至J2端口，一切為三微波開關(guān)切換至F3端口的工作狀態(tài)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)幅度值固定，相位從180°到270°的移相功能。

本發(fā)明的有益效果是：所述的一種加速器隨機(jī)冷卻系統(tǒng)用寬帶數(shù)字可調(diào)移相器及溫控方法，其具有極寬的帶寬，能夠?qū)崿F(xiàn)在多個(gè)倍頻程頻段下的數(shù)字可調(diào)移相，可實(shí)現(xiàn)相位從0°到270°的移相功能；在極寬頻帶內(nèi)具有較好的幅度平坦度和相位平坦度；該移相器結(jié)構(gòu)緊湊，易于控制操作，不易受干擾，具有良好的屏蔽性能等優(yōu)點(diǎn)；通過(guò)合理選擇數(shù)字可變衰減器、180°微波電橋、微波開關(guān)、合路器和正交(90°)混合網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)各種寬頻段下的數(shù)字可調(diào)移相。

附圖說(shuō)明：

圖1是本發(fā)明的電路原理示意圖；

圖2是本發(fā)明的不同相位的插入損耗-頻率實(shí)測(cè)結(jié)果曲線圖；

圖3是本發(fā)明的不同的相位-頻率實(shí)測(cè)結(jié)果曲線圖。

圖中所示：1-1.第一寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)；1-2.第二寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)；2-1.第一寬帶數(shù)字可變衰減器；2-2.第二寬帶數(shù)字可變衰減器；3.寬帶合路器；4-1.第一負(fù)載；4-2.第二負(fù)載；4-3.第三負(fù)載；4-4.第四負(fù)載；5.一切為二微波開關(guān)；6.寬帶180°微波電橋；7.一切為三微波開關(guān)；8-1.第一微波傳輸線；8-2.第二微波傳輸線；8-3.第三微波傳輸線；8-4.第四微波傳輸線；8-5.第五微波傳輸線。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖所示之最佳實(shí)例作進(jìn)一步詳述：

如圖1所示，所述的一種加速器隨機(jī)冷卻系統(tǒng)用寬帶數(shù)字可調(diào)移相器，其特點(diǎn)是包括第一寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)1-1，所述的第一寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)1-1的0°輸出端口與第一寬帶數(shù)字可變衰減器2-1左端輸入端相連接，第一寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)1-1的90°輸出端口與第二寬帶數(shù)字可變衰減器2-2的左端輸入端相連接，第一寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)1-1左端A2隔離端口與第一負(fù)載4-1相連接，第一寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)1-1左端A1為信號(hào)輸入端，第一寬帶數(shù)字可變衰減器2-1和第二寬帶數(shù)字可變衰減器2-2右端輸出端分別通過(guò)第一微波傳輸線8-1和第二微波傳輸線8-2與寬帶合路器3左端兩個(gè)輸入端相連接，寬帶合路器3右端輸出端與一切為二微波開關(guān)5左端輸入端相連接，一切為二微波開關(guān)5的J1端口與第二寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)1-2的左端輸入端口B2相連接，一切為二微波開關(guān)5的J2端口與寬帶180°微波電橋6的C1輸入端口相連接，第二寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)1-2左端隔離端口B1與第二負(fù)載4-2相連接，第二寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)1-2右端0°輸出端口和90°輸出端口通過(guò)第三微波傳輸線8-3和第四微波傳輸線8-4與一切為三微波開關(guān)7的輸入端口F1和輸入端口F2相連接，寬帶180°微波電橋6的左端隔離端口C2與第三負(fù)載4-3相連接，寬帶180°微波電橋6的右端0°輸出端口與第四負(fù)載4-4相連接，寬帶180°微波電橋6的右端180°輸出端口通過(guò)第五微波傳輸線8-5與一切為三微波開關(guān)7的輸入端口F3相連接。

所述的第一寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)1-1和第二寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)1-2為寬帶正交90°混合網(wǎng)絡(luò)，所述的第一負(fù)載4-1、第二負(fù)載4-2、第三負(fù)載4-3和第四負(fù)載4-4為50歐姆。

所述的第一寬帶數(shù)字可變衰減器2-1和第二寬帶數(shù)字可變衰減器2-2的衰減值大小改變，當(dāng)一切為二微波開關(guān)5切換至J1端口，一切為三微波開關(guān)7切換至F1端口的工作狀態(tài)時(shí)，實(shí)現(xiàn)幅度值固定，相位從0°到90°的移相功能；當(dāng)一切為二微波開關(guān)5切換至J1端口，一切為三微波開關(guān)7切換至F2端口的工作狀態(tài)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)幅度值固定，相位從90°到180°的移相功能；當(dāng)一切為二微波開關(guān)5切換至J2端口，一切為三微波開關(guān)7切換至F3端口的工作狀態(tài)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)幅度值固定，相位從180°到270°的移相功能。

所述的一種加速器隨機(jī)冷卻系統(tǒng)用寬帶數(shù)字可調(diào)移相器，其可用于設(shè)計(jì)一款工作帶寬為100-1000MHz內(nèi)實(shí)現(xiàn)插入損耗約為13dB，幅度平坦度為±2dB，5°可調(diào)步長(zhǎng)，相位平坦度為±10°，并能運(yùn)用到國(guó)家大科學(xué)裝置-蘭州重離子加速器實(shí)驗(yàn)環(huán)(CSRe)的隨機(jī)冷卻系統(tǒng)上。首先利用Ansoft有源射頻電路設(shè)計(jì)軟件仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇第一寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)1-1和第二寬帶正交混合網(wǎng)絡(luò)1-2為美國(guó)Werlatone公司的，型號(hào)為QH7774-10，工作帶寬為100MHz-1000MHz，插入損耗為0.6dB，駐波為1.3：1，幅度平坦度為3dB±1dB，相位平坦度為90°±5°，隔離度為20dB Min。選擇第一寬帶數(shù)字可變衰減器2-1和第二寬帶數(shù)字可變衰減器2-2為美國(guó)Hittite公司的，型號(hào)為HMC-C025，工作帶寬為DC-13GHz，插入損耗小于5.5dB，衰減范圍為31.5dB，最小可調(diào)步數(shù)為0.25dB。選擇寬帶合路器3為美國(guó)Mini-circuits公司的，型號(hào)為ZFSC-2-2-S，帶寬為10-1000MHz，駐波為1.2：1，相位平坦度為±0.25°，幅度平坦度為±0.1dB。選擇第一負(fù)載4-1、第二負(fù)載4-2、第三負(fù)載4-3和第四負(fù)載4-4為50歐姆為美國(guó)Mini-circuits公司的，型號(hào)為ANNE-50+，帶寬為DC-18GHz，回波損耗為21dB Min，最大輸入功率為1W。選擇一切為二微波開關(guān)5為美國(guó)JFW公司的，型號(hào)為50S-1313+12-SMA，帶寬為DC-18GHz，隔離度為85dB，插入損耗小于0.35dB，駐波為1.35：1Max。選擇寬帶180°微波電橋6為美國(guó)M/A-COM公司的，型號(hào)為H-183-4，帶寬為30-3000MHz，插入損耗小于2.5dB，隔離度為20dB Min，相位平坦度為±7.5°Max。選擇一切為三微波開關(guān)7為美國(guó)JFW公司的，型號(hào)為50S-0349，帶寬為5-2000MHz，隔離度為60dB，駐波為1.40：1Max。選擇第一微波傳輸線8-1至第五微波傳輸線8-5為半柔性射頻同軸電纜。利用以上微波器件按照原理圖1搭建電路，使用德國(guó)羅德與施瓦茨公司的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀ZVA-8進(jìn)行調(diào)試，如圖2為寬帶數(shù)字可調(diào)移相器0°到90°不同相位的插入損耗隨頻率變化的實(shí)測(cè)結(jié)果，圖3為寬帶數(shù)字可調(diào)移相器為0°到90°不同相位隨頻率變化的實(shí)測(cè)結(jié)果圖。測(cè)試結(jié)果顯示，數(shù)字可調(diào)移相器工作帶寬為100-1000MHz，插入損耗約為13dB,幅度平坦度為小于±2dB，小于5°可調(diào)步長(zhǎng)，相位平坦度為±10°，并成功運(yùn)用到國(guó)家大科學(xué)裝置-蘭州重離子加速器實(shí)驗(yàn)環(huán)(CSRe)的隨機(jī)冷卻系統(tǒng)上。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。