强光一号加速器测量电缆补偿技术

　　在快脉冲信号长距离测量系统中,当被测信号具有较宽的频谱时,就必须采用宽带传输技术。然而,当信号较快时,即使是高带宽的传输线也不能满足要求,而且长距离上传输时,传输线的带宽也变得很窄。因此,在快脉冲信号长距离测量系统中,传输系统往往是使测量信号发生畸变的主源。为了提高快脉冲信号长距离传输的质量,必须对传输线进行频带补偿。在国外,传输线频带补偿的相关技术研究和应用主要集中在核测试领域[1]。目前,由于模拟光缆高带宽传输技术的发展,长距离的电缆传输逐渐被模拟光缆代替[2]。但由于成本和使用方便的问题,在相对较短的距离上(小于500 m)仍然以电缆传输为主,因此电缆的带宽补偿技术仍然有一定应用前景。本文分析了传输线的低通滤波器的特点,利用滤波器原理设计了高通滤波器特性的补偿器,用于补偿低通滤波器,使传输线造成的快信号损失和波形畸变得以补偿和修复,但由于采用的是无源补偿器,信号幅度将会减小。

　　1　传输线带宽补偿原理

　　传输线的传输函数[3-8]可表示为

式中:l为传输线长度;A(ω,l)为传输线的幅度衰减函数;(ω,l)为传输线的相移函数;α(ω)为衰减因子;β(ω)为相移因子。

　　由式(1)知传输线传输过程中发生的衰减幅度A(ω,l)是频率和长度的函数,且随信号频率和传输线长度的增大而增大,传输线呈现缓慢变化的低通滤波器性质。如果把长度为l的传输线作为一个低通滤波器,认为它的幅度衰减函数与l无关,即表示为A(ω),这样就可以在传输线传输系统中引入一个带宽补偿器。我们定义补偿器的传输函数为

式中:B(ω)为补偿器的幅度衰减函数;φ(ω)为补偿器的相移函数。

　　通过调整B(ω),使得在某频率范围有

式中:C为常数。由于传输线的幅度函数被补偿的同时,其相移函数也得到了补偿[3-4],因此只考虑幅度的补偿情况。幅度补偿就是要制作一个补偿器加在传输电缆终端,要求该补偿器的幅度变化与传输线相反,使二者总的幅度衰减在某一频率范围内不随信号频率而变化。由于在实践中采用无源网络作补偿器,因此,补偿只能牺牲低频部分的幅度以获得带宽的扩展效果。

　　在研究E(ω)的幅度和频率的关系时,往往采用对数坐标。分别对A(ω)和B(ω)取对数得到αA(ω),αB(ω)。因此,由式(3)得

式中:K0为常数。

　　2　补偿电路设计

　　2.1　极零对特性及求解

　　在带宽补偿器中设置一些极零对,并使极点频率大于本极零对的零点频率,这个带宽补偿器就是高通型滤波器。补偿器的传输函数可表示为[3-4,8]