1、離子阱技術被普遍使用在對原子頻標、量子計算、質譜學等微觀粒子領域的研究。離子阱種類繁多，Paul阱由于其先進性能被廣泛使用。而Paul阱基礎上發(fā)展來的線形Paul阱減小了Paul阱中囚禁多離子的“射頻加熱”問題，同時可通過調節(jié)軸向束縛勢改變被囚離子軸向位置，具有更廣泛的應用。線形Paul阱正常工作離不開電源系統(tǒng)，本文正是為中國科學院武漢物理與數(shù)學研究所的線形Paul阱設計一套完整電源系統(tǒng)，即離子阱電源系統(tǒng)。
　　所設計的離子阱電源

2、系統(tǒng)包括直流電源和射頻電源，結合嵌入式平臺，實現(xiàn)電腦程控。本文分析了線形Paul阱的阻抗特性、工作特點以及對電源的關鍵參數(shù)要求，完成了電源的設計指標、實現(xiàn)方案、電源系統(tǒng)研制、電源系統(tǒng)測試等。主要進行了如下工作：
　?。?）電源設計指標的提出。根據(jù)線形阱囚禁原理、離子運動方程、勢阱深度，提出射頻電源的設計指標：兩路對稱輸出，頻率2MHz~4MHz，電壓Vpp為0~800V，失真度小于1％。直流電源指標：12路獨立輸出，有10V、50

3、0V、1000V三個量程，各量程內電壓紋波小于1‰，電壓誤差不超過1%。同時電源系統(tǒng)必須程控，并具有顯示功能。
　　（2）方案設計。分析了離子阱的負載阻抗特性，結合電源指標和操作簡單等設計原則，設計出由精密程控電源和程控射頻電源組成的電源系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)是構成所研制的線形阱電源系統(tǒng)的兩大主體。軟件系統(tǒng)由上位機用戶層軟件和下位機控制軟件組成，通過PC機和單片機的通信來完成對電源的程控。精密程控電源硬件實現(xiàn)基于線性穩(wěn)壓電源電路

4、結合PI調節(jié)原理，達到輸出電壓可調節(jié)、紋波較小的要求。程控射頻源設計方案是將DDS輸出的小信號通過三級功率放大電路進行功率放大，并通過寬頻匹配網(wǎng)絡、濾波器網(wǎng)絡，最后輸出頻譜干凈的對稱正弦波。
　?。?）電源系統(tǒng)的研制。基于MFC框架技術設計了用戶操作界面，并以dsPIC30F4011單片機為控制核心，搭建了電源的控制平臺，并設計出單片機控制的軟件系統(tǒng)。根據(jù)方案設計出精密程控電源的電路原理圖，器件選型，最后制作出電源。在射頻放大電路

5、的基本理論上，搭建了DDS信號產生電路，設計了三級放大電路結構，討論了各級的原理圖、工作特點、功能、功率放大與合成手段，設計并制作了兩個級聯(lián)的1:4傳輸線變壓器阻抗變換電路，達到了寬帶匹配網(wǎng)絡和升壓變換的目的，并且通過7階切比雪夫濾波器得到了失真小的正弦波。射頻電源制作時考慮了電磁兼容性、輻射屏蔽、大功率元件散熱、PCB布局布線等問題。
　?。?）電源系統(tǒng)測試。在搭建好的電源平臺上進行了軟件系統(tǒng)和硬件系統(tǒng)連機整體測試，檢測了由人工