LOG101對數放大器在BPM對數信號處理電子學中的應用

2004年9月A版

摘  要：本文采用LOG101對數放大器來實現對數比測量系統。

關鍵詞：束流測量；BPM；對數處理

 
BMP測量

　　加速器束流測量系統是加速器調試和運行的重要診斷手段，利用束流測量系統進行各種束流參數的測量為機器研究和完善提供了重要依據，人們常稱之為加速器的“眼睛”。主要的測量有：束流位置測量(BPM)、工作點測量、束團長度測量、束流流強測量等。其中束流位置是加速器的重要參數之一，測量束流位置的最基本的方法是耦合出束流的電磁場。由于束流是一個電流，所以它產生電場和磁場。在高能束流的情況下，這些場是純橫電磁場(TEM)。如果束流偏離真空室中心，則耦合出束流的電磁場將被調制，由此可以得到束流位置信息。

　　通常，人們采用探測電極測量束流的電磁場。探測電極的感應信號是被束流調制的時域信號，其載波是束團的回旋頻率(對單束團而言)或高頻的RF頻率(對多束團而言)。傳統的束流位置探測電極是一對電極或兩對電極(在同時測量水平和垂直位置時)。

　　圖1為具有束流的束流位置檢測器和真空室示意圖。為了分析方便，我們采用極坐標表示。這里，表示電極上某點的位置，表示束流的位置， 為真空室半徑，b為電極到真空室中心的距離，為張角。

　　在b接近時，采用靜電鏡象法可求解得電極上的壁電流密度為：

　　將上式展開可得：

　　對于左右放置的兩個電極，其電流分別為：

　　如果用差比和(D/S)表示，則

　　+高次項

　　其位置靈敏度為：

　　如果用對數比表示，則高次項

　　由上面公式，通過BPM對數電子學，就可以計算出束流位置。

設計

　　從安裝在真空管道內的四個紐扣電極感應出的信號的波形如圖2所示。

　　這個信號的脈寬很小，為ns數量級，其頻譜很寬，能達到幾個GHz。

　　整個設計的方框圖如圖3所示。

　　這里所顯示的只是一個方向的位置測量。BPM需要測量兩個方向的位置，即水平和垂直方向的位置，兩個方向的電路結構是完全一樣的。

　　在對數比方法中，對數比電路的輸出為：

 
　　在此用TI公司的對數放大器LOG101來實現。LOG101具有高精度(0.01% FSO Over 5 Decades)，寬動態范圍(100pA~3.5mA)，低靜態電流(1mA)，寬供電范圍(