一種隨機冷卻系統用的寬帶相位均衡器的制作方法

本發明涉及環形加速器隨機冷卻技術領域，尤其是涉及一種隨機冷卻系統用的寬帶相位均衡器。

背景技術：

在環形加速器中，隨機冷卻是用一個寬帶反饋系統對束流進行冷卻，位于束流上游的探測器探測到與粒子偏差成正比的射頻信號，這一輸出信號經過濾波、延遲、移相、和放大系統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，從而達到冷卻的目的。當然這要求校正信號與粒子同步到達沖擊器。隨機冷卻系統主要由探測器、低噪聲放大器、微波電橋、帶通濾波器、移相器、可變衰減器、相位均衡器、可調延遲線、功率放大器和沖擊器等組成。其中，相位均衡器是隨機冷卻硬件系統的關鍵器件之一，因為隨機冷卻系統是一個反饋環，假設在整個工作頻帶內所需相位為180°，當偏離所需相位180±90°時，將會引起發射度增長(此時是加熱束流，而非冷卻束流)，通過在隨機冷卻硬件系統中引入相位均衡器使整個工作頻帶內相位均衡，達到良好的相位平坦度，實現束流最佳快速冷卻的目的。

相位均衡器是用以校正相-頻特性的裝置，在加速器、雷達、無線通信及功率合成領域都有廣泛的應用。現有技術絕大部分相位均衡器的帶寬受到限制，四個倍頻程以上的寬帶相位均衡器少有提及。目前在射頻微波頻段用來相位均衡的方法有采用全通耦合傳輸線法和波導加載諧振器法等。采用全通耦合傳輸線法具有不易現場調試等缺點；采用波導加載諧振器法具有加工難度高、頻段用于L波段以下時尺寸大等缺點。

技術實現要素：

本發明的目的在于針對現有技術的不足提供一種隨機冷卻系統用的寬帶相位均衡器。從而有效解決現有技術中的問題。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：所述的一種隨機冷卻系統用的寬帶相位均衡器，其特點是包括寬帶正交混合網絡，信號從寬帶正交混合網絡的A端口輸入，分成兩路幅度相等、相位相差90°的信號分別到達寬帶正交混合網絡的C端口和D端口，信號再從C端口和D端口反射，其中一路反射至A端口形成幅度相等、相位反相(相差180°)的信號相互抵消，另一路反射至寬帶正交混合網絡的B端口，寬帶正交混合網絡的B端口與可調延遲線相連接；寬帶正交混合網絡的C端口和D端口分別通過同軸連接器與終端開路或短路同軸線連接。

所述的寬帶正交混合網絡為寬帶正交90°混合網絡，所述的同軸連接器為50歐姆同軸連接器。

所述的終端開路或短路同軸線的一端通過同軸連接器與寬帶正交混合網絡相連接，另一端終端開路或短路，兩根終端開路或短路同軸線的長度相同，特性阻抗相等。

所述的終端開路或短路同軸線包括外導體、內導體和介質材料，介質材料設置在外導體和內導體之間，終端開路或短路同軸線為終端短路時，同軸線外導體和內導體同時與地連接。

所述的寬帶正交混合網絡的B端口輸出信號的相位由反射系數S11表示：

反射系數S11與終端開路或短路同軸線的特性阻抗及長度有關系，通過改變開路或短路同軸線的特性阻抗大小以及同軸線的長度，得到相-頻曲線，實現相位均衡的目的。

本發明的有益效果是：所述的一種隨機冷卻系統用的寬帶相位均衡器，其具有極寬的帶寬，能夠實現在多個倍頻程頻段下的相位校正，達到相位均衡的目的；通過合理調節可調延遲線以及同軸線的長度，可以得到所需的相-頻曲線，從而實現各種寬頻段下的相位均衡；其電路簡單，易裝配調試，易于控制操作，具有重復性好等優點。

附圖說明：

圖1是本發明的電路原理示意圖；

圖2是本發明的圖1中的同軸線剖面結構示意圖；

圖3是本發明的同軸線終端開路時，不同的同軸線長度所對應的相-頻曲線圖；

圖4是本發明的同軸線終端短路時，不同的同軸線長度所對應的相-頻曲線圖。

圖中所示：1.寬帶正交混合網絡；2.同軸連接器；3.終端開路或短路同軸線；3-1.內導體；3-2.介質材料；3-3.外導體；4.可調延遲線。

具體實施方式

以下結合附圖所示之最佳實例作進一步詳述：

具體實施例1：如圖1和2所示，本發明所述的一種隨機冷卻系統用的寬帶相位均衡器，其特點是包括寬帶正交混合網絡1，信號從寬帶正交混合網絡1的A端口輸入，分成兩路幅度相等、相位相差90°的信號分別到達寬帶正交混合網絡1的C端口和D端口，信號再從C端口和D端口反射，其中一路反射至A端口形成幅度相等、相位反相(相差180°)的信號相互抵消，另一路反射至寬帶正交混合網絡1的B端口，寬帶正交混合網絡1的B端口與可調延遲線4相連接；寬帶正交混合網絡的C端口和D端口分別通過同軸連接器2與終端開路或短路同軸線3連接。

所述的寬帶正交混合網絡1為寬帶正交90°混合網絡，所述的同軸連接器2為50歐姆同軸連接器。

所述的終端開路或短路同軸線3的一端通過同軸連接器2與寬帶正交混合網絡1相連接，另一端終端開路或短路，兩根終端開路或短路同軸線3的長度相同，特性阻抗相等。

所述的終端開路或短路同軸線3包括外導體3-3、內導體3-1和介質材料3-2，介質材料3-2設置在外導體3-3和內導體3-1之間，終端開路或短路同軸線3為終端短路時，同軸線外導體3-3和內導體3-1同時與地連接。

所述的寬帶正交混合網絡1的B端口輸出信號的相位由反射系數S11表示：

反射系數S11與終端開路或短路同軸線3的特性阻抗及長度有關系，通過改變開路或短路同軸線的特性阻抗大小以及同軸線的長度，得到相-頻曲線，實現相位均衡的目的。

本發明選擇寬帶正交(90°)混合網絡時，要求其主要指標如幅度和相位平坦度極好，輸入輸出駐波小，插入損耗小，隔離度盡量大。實施例中選擇寬帶正交(90°)混合網絡1為美國Werlatone公司的，型號為QH7774-10，工作帶寬為100MHz-1000MHz，插入損耗為0.6dB，駐波為1.3：1，幅度平坦度小于±1dB，相位平坦度小于±5°，隔離度為20dB Min。實施例中選擇50歐姆同軸連接器2的長度為10-30mm，為不銹鋼精密連接器。實施例中選擇開路同軸線3為25歐姆，開路同軸線特性阻抗值大小不受限制，也可以選擇75歐姆或者其他值。

終端開路同軸線3的材質不受限制，其介電常數也不受限制。同軸線的特性阻抗與內外導體半徑比值以及介質層的相對介電常數有關，其表達式為：

實施例中選擇終端開路同軸線3為半剛性同軸電纜。實施例中選擇可調延遲線4為美國Pasternack公司的，型號為PE8243，帶寬為DC-2GHz，駐波為1.5：1，最大插入損耗為0.5dB，相位調節為60度/GHz。通過合理調節相位均衡器的可調延遲線4、優化終端開路的同軸線3的特性阻抗大小以及改變同軸線3的長度L，得到我們所需的相-頻曲線，從而可以利用系統中引入的相位均衡器所產生的相-頻曲線來校正系統中的相-頻曲線，實現相位均衡的目的。如圖3所示為寬帶相位均衡器的同軸線終端開路時，不同同軸線長度所對應的相-頻曲線圖。

在射頻微波系統中，微波元器件的特性阻抗一般均為50歐姆，因此，電磁波信號在一條特性阻抗為50歐姆均勻同軸線中的相位和衰減等參數都是線性變化的。但在本實施例中通過引入終端開路的同軸線，使從同軸線終端開路反射回來的信號的相位變化規律產生變化，從而可以得到所需的相-頻曲線來實現相位均衡的目的。

具體實施例2：與實施例1不同的是：本發明通過合理調節相位均衡器的可調延遲線4、優化終端短路的同軸線3的特性阻抗大小以及改變同軸線3的長度L，得到我們所需的相-頻曲線，從而可以利用系統中引入的相位均衡器所產生的相-頻曲線來校正系統中的相-頻曲線，實現相位均衡的目的。如圖4所示為寬帶相位均衡器的同軸線終端短路時，不同同軸線長度所對應的相-頻曲線圖。在本實施例中通過引入終端短路的同軸線，使從同軸線終端短路反射回來的信號的相位變化規律產生變化，從而可以得到所需的相-頻曲線來實現相位均衡的目的。

本發明實施例不限于同軸線，還可以選擇其他微波傳輸線，如微帶線等。如果選擇微帶線，整個寬帶相位均衡器可以同其他電路集成在一塊緊湊的電路板上，可以實現電路的小型化，集成化，由于其實現原理與上述實施例類似，此處不再贅述。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。