supraleitender Halbwellenresonatoren zur Beschleunigung leichter Ionen

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5.3.2 I/Q Demodulator
Eine digitale Lösung zur Regelung von Amplitude und Phase der Hochfrequenz erlaubt die
Gewinnung der orthogonalen Signale I und Q bei geeigneter Wahl der Digitalisierung. Dies
kann auf verschiedene Weise geschehen. Zum einen durch die direkte Digitalisierung mit der
synchronisierten Taktfrequenz des DSP-Systems nach Heruntermischung der HF-Signale auf
eine entsprechende Zwischenfrequenz [Schilcher98], oder durch die Möglichkeit [Rohlev02]
einer direkten Unterabtastung mit einer Frequenz von f abt = 4/(4n+1)*f 0 (mit n=1,2,3,4,…).
Hierbei ist allerdings zu berücksichtigen, dass diese Frequenz zur Synchronisation endlich
sein muss und daher nur bestimmte Abtastfrequenzen bei fester Beschleunigungsfrequenz f 0 =
160 MHz möglich sind (z.B. n = 6, f abt = 25,6 MHz). Man erhält dann die I- und Q-Werte in
der wiederholenden Folge von: I,Q,-I,-Q.
Neben den Digitalisierungsfehlern, die aufgrund der fortschreitenden Entwicklung leistungsfähiger
und schneller Komponenten fast vernachlässigbar sind, ergeben sich durch das
Heruntermischen der HF-Signale ähnliche Fehlerquellen wie eine direkte I/Q Demodulation
durch analoge Baugruppen. Da bereits die Prototypen mit Hilfe einer analogen Regelung
getestet worden sind (siehe Kapitel 7.2), wurde ein analoger I/Q Demodulator eingesetzt, der
sich durch eine hohe Phasen- und Amplitudengenauigkeit bei 160 MHz wie auch bei
320 MHz auszeichnet. Auch wenn durch den Einsatz eines digitalen Systems individuelle
Fehler durch eine kalibrierte Regelung (in der Regel durch den Einsatz von Tabellen)
kompensiert werden können, wird eine einfache analoge Regelung wegen der Vielzahl von
Resonatoren und der Anforderung auf hohe Verfügbarkeit des Linacs bevorzugt.
5.3.3 Baugruppe zur Pulsung
Da die verwendeten gepulsten HF-Verstärker eine konstante HF-Leistung von etwa 100 W
liefern können, wurde ein Regelkonzept mit einer „Quasi“-Pulsung gewählt, das eine
Resonanzfrequenzregelung während der Strahlpausen ermöglicht. Hierzu wurde eine HF-
Baugruppe zur Pulsung entwickelt, die zum einen die geringe Feldstärke während der
Strahlpausen ermöglicht und zum anderen eine getriggerte Anhebung des HF-Signals auf
Beschleunigungsfeldstärke sicherstellt. Darüber hinaus wurde im Vorwärtszweig ein
einstellbares 7-bit-Dämpfungsglied integriert. Dieses Dämpfungsglied wird über die
installierte, programmierbare Logik angesteuert und erlaubt, während der Kavitätsfüllung die
gesamte zur Verfügung stehende HF-Leistung über einen einstellbaren Zeitraum anzulegen
und über ein zusätzliches Triggersignal eine frei wählbare Anhebung der HF-Leistung als
Vorsteuerung für die Strahldauer zu ermöglichen.
Der geringe Phasenfehler (Abb. 5.9) zwischen den Stufen eines Dämpfungsgliedes wie auch
zwischen zwei Dämpfungsgliedern lässt sich als systematischer Fehler leicht für jede Einheit
messen und in den Einstellwerten berücksichtigen.