HL-2A 装置LHCD 微波功率测量系统设计

为了解决在功率测量中检波器输出的非线性曲线和动态输入功率范围小等问题,为500kW/3.7GHz 的LHCD 系统设计了对数检波器,并由其组成新型线性微波功率测量系统。测试结果表明,该测量系统具有更大的动态功率测量范围,其特征曲线在本系统功率参数内具有优良的线性特性,对数一致性误差在-1dB~+1dB 范围内可输入微波功率动态范围>40dB,在系统可用范围内利用线性拟合获得的相关系数大于0.999。该结果优于以前设备测试结果。     

真空二极管大功率微波检波器设计

基于真空二极管设计了一种X波段大功率微波检波器,该检波器主要由真空二极管、BJ-100波导、调谐螺栓、低通滤波器和直流电源组成,其工作频率可根据需要在8.6~9.8GHz范围内调谐。重点阐述该型大功率微波检波器的结构设计、实验室标定及辐射场测量实验结果,研究了不同脉宽和不同灯丝电压与检波特性的依赖关系。实验结果表明:该型检波器具有承受微波脉冲功率高(大于7kW)、响应快(响应时间小于2.0ns)、动态范围大、输出信号幅度高(可达数十V)、不需要同步信号等特点,适用于在高功率微波干扰环境下的单次和高重复频率脉冲功率测量。     

一种新型高功率微波探测器

 叙述了基于P型硅半导体中的热载流子效应研制成功的一种单脉冲高功率微波探测器。这种高功率微波探测器具有承受微波功率高(比普通检波器高近六个量级)、时间响应快(响应时间小于2.0ns)等特点。探测器由P型硅传感单元和标准波导组成,其工作频率范围为波导的工作频率范围,根据不同需求可以在3.0GHz至30GHz的频率范围内制作成多种不同型号的探测器。也给出了工作在X波段的这种探测器的标定方法和标定结果,标定结果表明探测器的输出信号幅度正比于注入微波功率,输出电压值可达10V。该探测器很适合于高功率微波峰值功率测量,尤其在电磁干扰环境中具有优势,为解决目前高功率微波功率测量不准的技术难题提供了一种有效的技术手段。     

蒙特卡罗方法评定峰值检波器标定不确定度北大核心CSCD

针对高功率微波(HPM)脉冲测试用峰值检波器标定不确定度评估中测量函数非显式,直接测量量与被测量间概率分布传递困难等问题,研究建立了蒙特卡罗分析方法(MCM),利用有限带宽S参数网络时域响应计算原理建立了检波器标定系统的时域仿真模型,模型包含标定系统各微波器件S参数、检波电压、监测峰值功率等直接测量量,以及微波脉冲反射、叠加及传输延迟等物理过程。根据MCM原理对模型中各直接测量量引入特定分布的随机误差,通过重复计算,获得了检波器标定曲线的不确定度及其概率分布。     

基于对数检波器的峰值功率计研制

针对北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCII)直线加速器的实际情况和具体需求,为了提高峰值功率计测量精度、进一步降低反射保护报警响应时间并提供实时波形检测手段,对基于集成电路的射频检波芯片进行了调研,研制了一种基于对数检波器、现场可编程门阵列(FPGA)、高速模数转换器(ADC)的新型峰值功率计。通过对不同工作频率下的多点校准,建立分段传递函数,实现功率计校准工作。对功率计样机进行了系统测试,实现了实验室功率测量误差±0.2 dB,BEPCII在线测试的反射保护响应时间2 μs的成绩,功率计已稳定上线运行一段时间。此外,新型峰值功率计具有宽线性动态范围、反射保护报警、内置双通道检波器、用户和工程师双界面、实时波形显示、波形任一点功率测量等特点。     

微波功率测量器件的误差分析

在微波测量领域,功率计、示波器、检波器和矢量网络分析仪都是常用测量器件,其使用过程中引入的误差对实验结果的准确性有直接的影响。在描述了功率计、示波器、检波器和矢量网络分析仪在微波功率测量领域的使用方法的基础上,分析对比了一些典型型号的测量器件在不同测量条件下引入的测量误差。实验结果表明:检波器测得的功率比示波器测得的功率最大大0.4 dB。示波器的不同带宽抑制对功率测量最大相差0.3 dB。N9917矢量网络分析仪比AV3672矢量网络分析仪在频率4 GHz,衰减器衰减幅值为60 dB时测得的功率大1 dB。     

低温接收系统用检波器的研制

在低温接收系统中,检波器作为检验输入功率的重要指标,是低温接收系统正常工作与否的标志之一。文中介绍了利用集成对数检波芯片检波技术检测低温接收系统输入功率,提出了设计思路,详细介绍设计方案,如何设定报警阈值以及在不同环境温度下对检波结果的影响。     

采用对数比处理技术的同步光位置测量系统

 对于双丝型同步光位置检测器，对数比处理技术较差比和处理技术具有更宽的线性范围和动态范围。利用美国BB公司的高精度对数运算放大器LOG112实现电流电压转换，研制了一种采用对数比处理技术的同步光位置测量系统，垂直方向光位置测量分辨率约为1 μm，线性范围大于±3 mm。与合肥同步辐射光源原有同步光位置测量系统相比，具有较高的性价比。     

高功率微波拍波辐射场高精度测量方法

在进行高功率微波(HPM)拍波辐射场测量时,由于常规测量系统中天线、衰减环节、检波器等器件是按照频率设计和进行指标测试的,当接收包含多个频率分量的拍波信号时,存在着难以判定和选择对应频率点技术指标的难题。并且由于检波器的非线性特性,单一检波器用于拍波信号测量时会产生新的拍频信号,该拍频信号叠加在检波电压包络上,使得检波电压包络振荡起伏,给测量带来较大的测量偏差。为解决上述问题,设计了基于频率分离测量和场强回推叠加的测量方法,可将拍波功率测量不确定度降低到0.3 dB以内,适用于HPM微波拍波辐射场高精度测量场合。     

基于双LED光源积分球的硅探测器宽动态范围响应线性定标

介绍了一种硅探测器宽动态范围线性测量系统,系统以光通量叠加为基础,通过时间逻辑控制LED点亮、熄灭和采集数据,在2.2×10-6~0.57A的LED注入电流调节范围内,标定了硅探测器响应电流在3.92×10-11~10-2 A范围内近9个量级的线性。实验结果表明,硅探测器在9个量级的动态范围内测量时探测器非线性引入的误差可达0.23%,通过非线性修正因子对其测量值进行修正很有必要,并给出了非线性修正因子,其数值范围为1~1.0023。分析了测量结果的测量不确定度,列出影响系统测量精度的因素,并定量分析了LED光源的光谱漂移对系统测量精度的影响。给出了线性测量系统的相对合成不确定度,硅探测器响应电流范围分别为39.2pA~0.326nA、0.326~81.6nA、81.6nA~20.4μA、20.4μA~10.2 mA时的测量不确定度分别为0.269%、0.0116%、0.00536%和0.00320%。结果表明该系统可以用于高精度硅探测器的宽动态范围响应线性定标。     

An analogue front-end ASIC prototype designed for PMT signal readout

The Water Cherenkov Detector Array(WCDA) is one of the core detectors in the Large High Altitude Air Shower Observatory(LHAASO),and it consists of 3600 photomultiplier tubes(PMTs).Both high resolution time and charge measurement are required over a large dynamic range from 1 photoelectron(P.E.) to 4000 P.E.The prototype of an analogue front-end Application Specific Integrated Circuit(ASIC) fabricated using Global Foundry 0.35 μm CMOS technology is designed to read out the PMT signal in the WCDA.This ASIC employs leading edge discrimination and an(RC)~4 shaping structure.Combined with the following Time-to-Digital Converter(TDC) and Analog-to-Digital Converter(ADC),both the arrival time and charge of the PMT signal can be measured.Initial test results indicate that time resolution is better than 350 ps and charge resolution is better than 10% at 1 P.E.and better than 1% with large input signals(300 P.E.to 4000 P.E.).Besides,this ASIC has a good channel-to-channel isolation of more than 84 dB and the temperature dependency of charge measurement is less than 5% in the range 0-50°C.     

探测器点阵法测量激光光斑参数的仿真

 仿真分析了用均匀分布的探测器点阵测量激光光斑方法中,探测器灵敏度的线性工作动态范围,灵敏度的一致性差异,点阵间距等参数和光斑质心位置的测量误差,光束总能量的测量误差,以及光斑的分布等。仿真结果表明,当探测器灵敏度的一致性差异小于10％,线性工作范围的动态范围大于30dB,点阵间距小于光斑直径的1/5时,光束总能量的误差小于6％,光斑质心位置的测量误差小于光斑直径的2％,拟合的光斑分布和实际光斑分布比较接近。     

A prototype silicon detector system for space cosmic-ray charge measurement

A readout electronics system used for space cosmic-ray charge measurement for multi-channel silicon detectors is introduced in this paper, including performance measurements. A 64-channel charge sensitive ASIC (VA140) from the IDEAS company is used. With its features of low power consumption, low noise, large dynamic range, and high integration, it can be used in future particle detecting experiments based on silicon detectors.     

基于原始波形测量的脉冲电场探测器

介绍了脉冲电场微分测量和原始波形测量的基本原理,设计研制了一系列不同灵敏度的脉冲电场原始波形测量系统,分析了脉冲电场探测器的理论修正模型。该测量系统主要包括天线模块、积分器模块、放大和驱动模块以及光电传输模块,利用同轴型TEM小室对测量系统进行了时域标定。结果表明:测量系统的前沿响应时间小于1.0 ns,系统输出脉冲平顶在10.0μs内下降不超过5%,测量系统输出幅度与电场强度在20 dB的动态范围内呈线性关系,该系列探测器可以用来测量最小10 V/m、最大100 kV/m的电场强度,满足高空电磁脉冲标准环境的测量要求。     

Dynamic-performance characterization of C-band EDFA using ASE-power peak-selective feedback gain-clamping

We propose and demonstrate a C-band Erbium-doped fiber amplifier (EDFA) using amplified spontaneous emission (ASE) power peaking-selective and feedback to achieve highly stabilized and wide dynamic range gain clamping performances. The gain of 16.20 ± 0.13 dB is obtained with the input signal power dynamic range of 30 dB and the maximum noise figure (NF) was 6.6 dB with the input signal power from −35 to −10 dBm. To investigate the gain variation for the probe signals, we applied a saturation tone signal to simulate 16-channel DWDM signals as it is added (dropped) into (from) EDFA. The gain variation of the proposed scheme at a appropriate ring-cavity loss (VOA = 5 dB) is less than 0.13 dB for the input signal power from −35 to −5 dBm and wavelength from 1530 to 1564 nm.     

Characteristics of low noise hybrid fiber amplifier

The characteristics of hybrid fiber amplifier (HFA) are investigated. HFA is composed of three stages: short-length EDFA pre-stage, DCF Raman amplifier, and power boosting EDFA. HFA has low noise figure, high output power, and also wide input power dynamic range. Gain control method of HFA is presented experimentally, and the transient gain excursion is suppressed to less than 0.5 dB at 3 dB channel add-drop. HFA can be used as line amplifier in optical transmission link even combined with distributed Raman amplifier due to wide input power dynamic range. The transmission performance of HFA is better than EDFA by more than 1.0 dB of Q-factor in 720 km SMF transmission.