基于MicroTCA.4标准宽带射频前端的研制

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低电平控制系统是粒子加速器系统中的一个重要组成部分,为了实现高的束流品质,低电平控制系统需要保证加速结构中具有稳定的射频电场。除了要实现高精度控制之外,低电平控制系统还需要具有更高的系统可靠性,更大的传输带宽,更强的异常诊断和恢复能力以及更友好的用户界面。目前低电平控制系统中采用的传统总线类型在数据带宽、系统可靠性等方面具有很大的局限性,相比之下MicroTCA作为一种新型的系统架构,具有更高的系统带宽,更好的系统可靠性,模块能够实现热插拔和冗余备份,支持多种通讯协议之间的互连等等,因此MicroTCA相比传统架构具有更多优势,越来越多的新型加速器低电平控制系统采用了MicroTCA标准。  射频前端是数字低电平控制系统中的一个重要组成部分,其性能对低电平控制系统的控制精度有着极大的影响。随着加速器低电平控制系统对幅度相位控制的精度要求越来越高,在硬件上研制出具有良好信噪比和杂波抑制比的射频前端系统是非常重要的。本文设计了一个基于MicroTCA标准的宽带射频前端,主要工作包括射频前端方案的制定、硬件结构的设计、PCB设计以及性能的测试。设计完成后的射频前端能够实现300MHz至6GHz频率范围内的上下变频功能,经测试,射频前端的端口以及通道隔离度大于70dB,下变频谐波小于-50dBc,上变频载波泄露小于-45dBm,输出边带小于-50dBc,同时射频前端的输入输出具有较高的线性度,整体性能良好。  本论文设计的基于MicroTCA标准的射频前端具有集成度高、工作频带宽、适用面广的优点,配合数字板卡可以实现较高的测量与控制精度,只需对板卡稍作修改便能应用于不同的加速器低电平控制系统中。本论文中射频前端的成功研制为MicroTCA标准低电平控制系统的硬件和软件开发积累了大量经验,具有较高的现实意义。
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