用于欧洲XFEL飞秒同步的相位漂移补偿射频链路

现代高能粒子加速器和自由电子激光器包含大量分布在公里尺度上的敏感射频与微波频率器件。此类器件需要通过沿加速器装置分布的高频信号实现极稳定的相位与时间同步。同轴电缆通常用于在大型机器上分配参考信号以同步电子系统，它们是同步系统中不良相位漂移的主要来源。电缆中的信号相位漂移主要由温度和湿度变化引起，其数值通常超出所需相位同步精度一个数量级以上。有若干方法可减少同轴电缆中的信号相位漂移。本文描述了基于干涉现象的有源相位稳定系统的实现。来自发射机的锁相信号在同轴电缆链路末端被反射。沿电缆放置的定向耦合器拾取前向和反射信号并使其干涉以抵消电缆相位漂移。为演示系统概念与性能，构建了包含干涉仪控制器/发射机和接收机模块的分布式硬件。链路输入和输出设备使用带以太网接口的 FPGA I/O 板来控制系统运行。开发了专用固件和软件来校准与控制系统。本文描述了干涉仪链路的概念、所设计的硬件、基本控制算法和性能评估结果。构建了链路原型以通过同轴电缆分配 1.3 GHz 信号。测得的相位漂移抑制因子超过 100。