Vacuum-tube amplifiers are the most widespread type of radio frequency (RF) sources used to produce high-power signals needed for beam acceleration in superconducting cavities. At Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), megawatt-rated klystrons are used to produce millisecond-long RF shots for pulsed operation in particle accelerators. In contrast, inductive output tubes (IOTs) are used to provide a continuous RF signal for continuous-wave (CW) operation. In both cases, the amplifiers suffer from amplitude-dependent nonlinearity between the driving and generated signals. This nonlinearity complicates the setup operations of the low-level RF (LLRF) system and makes it harder to regulate the accelerating field. Therefore, a way to linearize the amplifier is highly valuable. This article covers the design, implementation, and test of a field-programmable gate array (FPGA)-based predistortion linearization unit. The first results on the performance of this component in linearizing the amplifiers of running CW and pulsed superconducting accelerators are presented. Such a component uses programmable interpolating lookup tables (LUT) that are addressed using the squared value of the requested signal amplitude. This component only adds 64-ns latency to the RF control system without relying on any vendor-dependent FPGA component. Other benefits of using programmable interpolating LUT are low usage of FPGA resources and flexibility in terms of the type of amplifier to be corrected. The benefits of using this linearizer for klystrons and IOTs are presented and quantified.

中文翻译：

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DESY 基于 FPGA 的高功率电子管放大器线性化结果

真空管放大器是最普遍的射频 (RF) 源类型，用于产生超导腔中光束加速所需的高功率信号。在 Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY)，兆瓦级速调管用于为粒子加速器中的脉冲操作产生毫秒长的射频发射。相比之下，电感输出管 (IOT) 用于为连续波 (CW) 操作提供连续的 RF 信号。在这两种情况下，放大器都受到驱动信号和生成信号之间依赖于幅度的非线性的影响。这种非线性使低电平 RF (LLRF) 系统的设置操作复杂化，并使加速场的调节变得更加困难。因此，一种使放大器线性化的方法非常有价值。本文涵盖了设计、实现、基于现场可编程门阵列 (FPGA) 的预失真线性化单元的测试。介绍了该组件在线性化运行 CW 和脉冲超导加速器的放大器方面的性能的第一个结果。这种组件使用可编程内插查找表 (LUT)，这些查找表使用请求信号幅度的平方值进行寻址。该组件仅向 RF 控制系统增加 64 ns 延迟，而无需依赖任何供应商相关的 FPGA 组件。使用可编程内插 LUT 的其他好处是 FPGA 资源使用率低，并且在要校正的放大器类型方面具有灵活性。介绍并量化了将这种线性化器用于速调管和 IOT 的好处。介绍了该组件在线性化运行 CW 和脉冲超导加速器的放大器方面的性能的第一个结果。这种组件使用可编程内插查找表 (LUT)，这些查找表使用请求信号幅度的平方值进行寻址。该组件仅向 RF 控制系统增加 64 ns 延迟，而无需依赖任何供应商相关的 FPGA 组件。使用可编程内插 LUT 的其他好处是 FPGA 资源使用率低，并且在要校正的放大器类型方面具有灵活性。介绍并量化了将这种线性化器用于速调管和 IOT 的好处。介绍了该组件在线性化运行 CW 和脉冲超导加速器的放大器方面的性能的第一个结果。这种组件使用可编程内插查找表 (LUT)，这些查找表使用请求信号幅度的平方值进行寻址。该组件仅向 RF 控制系统增加 64 ns 延迟，而无需依赖任何供应商相关的 FPGA 组件。使用可编程内插 LUT 的其他好处是 FPGA 资源使用率低，并且在要校正的放大器类型方面具有灵活性。介绍并量化了将这种线性化器用于速调管和 IOT 的好处。这种组件使用可编程内插查找表 (LUT)，这些查找表使用请求信号幅度的平方值进行寻址。该组件仅向 RF 控制系统增加 64 ns 延迟，而无需依赖任何供应商相关的 FPGA 组件。使用可编程内插 LUT 的其他好处是 FPGA 资源使用率低，并且在要校正的放大器类型方面具有灵活性。介绍并量化了将这种线性化器用于速调管和 IOT 的好处。这种组件使用可编程内插查找表 (LUT)，这些查找表使用请求信号幅度的平方值进行寻址。该组件仅向 RF 控制系统增加 64 ns 延迟，而无需依赖任何供应商相关的 FPGA 组件。使用可编程内插 LUT 的其他好处是 FPGA 资源使用率低，并且在要校正的放大器类型方面具有灵活性。介绍并量化了将这种线性化器用于速调管和 IOT 的好处。