数字导频技术在加速器束流测量中的应用与研究

The study of digital beam position measurement (BPM) is the hot spot in the field of beam measurement, but the effect of temperature drift, asymmetry of multi-channels of electric circuit and system noise are the key factors affected the accuracy result of beam position measurement, and it is an intrinsic problem to BPM. Existing solutions cannot solve these problems effectively, so this study puts forward a new method of digital pilot tone to improve accuracy of beam position measurement. Radio Frequency Coupling technology and Pilot-Tone Signal Extraction method are used in the study, and it can correct the beam position on-line efficiently. A pilot-tone signal of fixed frequency will be coupled into the beam signal in this study, and it can correct the beam position with the changes of pilot-tone signal in electronics channel. Combined with the principle of digital BPM, the study can compensate the asymmetry of multi-channels in electronic circuits and correct the beam position change with the temperature drift. It can improve the signal-to-noise ratio of the beam signal and optimize the performance of the beam position measurement system. The innovation point of this study is to achieve the technology of on-line calibration for BPM. The prospect result will help to promote upgrades the technology of BPM, and it has very important scientific significance and application values.

数字化束流位置测量技术是束流测量领域中的研究热点之一，而其电子学的温漂效应、通道不一致性及系统噪声是影响束流位置测量精度的关键因素，是该技术所面临的固有难题。现有的技术方案如交联开关切换或恒温机箱控制等各自有其局限，并不能有效的解决这些难题，因此本项目研究一种利用数字导频方法改善束流位置测量精度的方案，采用射频耦合技术和导频提取方法，可以高效、实时地实现对加速器束流位置的在线校正。该方案将在束流位置信号中载入固定频率和幅度的导频信号，利用导频信息在电子学通道中的变化来实时校正束流位置信息，并结合数字束流位置测量原理，完成对通道不一致性的补偿和温漂引起的束流位置变化的修正，提高束流信号的信噪比，提升束流位置测量系统的性能。本项目以用数字导频方法实现在线束流位置校正为创新点，预期成果将有助于促进束流位置测量技术的升级，在加速器束流测量领域有着较好的科学意义和应用价值。

项目背景：束流位置测量技术是粒子加速器束流测量领域中的研究热点之一，而其电子学的温漂效应、通道不一致性及系统噪声是影响束流位置测量精度的关键因素，是该技术所面临的固有难题。现有的技术方案如交联开关切换或恒温机箱控制等各自有其局限，并不能有效的解决这些难题，因此本项目研究一种利用数字导频方法改善束流位置测量精度的方案，采用射频耦合技术和导频提取方法，其可高效、实时地实现对加速器束流位置的在线校正。.主要研究内容：.1、.高稳定度导频信号及耦合电路设计.2、.基于陶瓷滤波器的射频接收链路设计.3、.基于导频信号的接收电路通道不一致性校准技术研究.4、.基于导频信号的电子学温度漂移校正技术研究.5、.基于导频信号的信噪比优化算法技术研究.重要结果和关键数据：.1、.加入导频之后，接收链路信号稳定度提高了接近1个量级(1um-0.1um)；.2、.加入导频之后，系统可明显补偿随温度变化带来的测试位置变化的影响；.3、.经过导频方法，系统的分辨率得到有效提升，可从130nm达到48nm；.科学意义：.本项目以用数字导频方法实现在线束流位置校正为创新点，现有的成果将有助于促进束流位置测量技术的升级，即将在新建的北京高能同步辐射光源中进行应用，在未来的加速器束流测量领域也有着较好的科学意义和应用价值。