[發明專利]一種寬帶高功率射頻發射機調機方法

有效

• 申請號: 201410300942.1
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104102192B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發明（設計）人: 程艷;趙燕平;毛玉周;陳根;鄧旭;王磊;袁帥;張新軍;秦成明;張開;琚松青
• 申請（專利權）人: 中國科學院等離子體物理研究所
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;H04B1/04;H03K19/00
• 代理公司: 安徽合肥華信知識產權代理有限公司34112
• 代理人: 余成俊

技術領域

本發明屬于寬帶高功率射頻發射機技術領域，特別涉及了一種寬帶高功率射頻發射機的調機方法。該方法是在寬帶高功率射頻發射機短脈沖運行時，利用數據采集系統采集發射機電子管放大器各極電壓電流參數，以數據圖表形式科學準確地反映發射機電子管放大器的工作狀態，進而制定方案通過調整發射機各調諧元件，最終使發射機電子管達到最佳的工作狀態和最高的功率輸出。

背景技術

EAST裝置是我國獨立設計建造的具有先進位型的全超導托卡馬克裝置，它主要用于探索研究在穩態運行模式下的相關前沿物理問題，為未來聚變堆的建立提供技術基礎。離子回旋波加熱是EAST裝置中等離子體最有效的輔助加熱手段之一，它對獲得高參數等離子體起關鍵作用。EAST離子回旋波加熱系統主要包括高功率射頻發射機及其高壓電源、阻抗匹配網絡、天饋系統、數據采集與監控。高功率射頻發射機是整個射頻加熱系統的核心，它根據發射功率的要求，采用三級功率放大器：即5kW固態功率放大器、100kW電子管放大器和1.5MW電子管放大器，三級功率放大器之間的高頻輸入輸出用50管同軸饋線連接，它們相互獨立，級聯使用，可將10mW高頻振蕩信號放大至1.5MW。

該高頻高功率發射機系統的主要技術指標為：

最大輸出功率：1.5MW

VSWR：小于1.5

頻率范圍：24-70MHz

運行模式：脈沖運行(脈寬可調)和CW模式

輸入輸出阻抗：50歐姆

諧波抑制：優于-30dB

傳統的寬帶高功率射頻發射機調機方法是在高頻發射機連續短脈沖運行狀態下，通過觀察多個電壓表、電流表，反復調節發射機各調諧部件，最終完成調機工作，該種調機方式主要依賴專業的工程技術經驗，根據電壓表和電流表的變化趨勢來試探性的調試發射機輸入和輸出回路的匹配狀態，調機比較盲目；另外，因為沒有詳細準確的參考數據，在發射機出現故障時，依賴經驗的調機方式容易出現故障的誤判，從而造成發射機部件損壞。

發明內容

本發明針對上述調機方式的不足，提出一種寬帶高功率射頻發射機調試方法。本方法利用數據采集系統在寬帶高功率射頻發射機脈沖運行時采集電子管放大器的各極電流電壓參數以及耦合輸出功率，采集數據可科學準確地反映發射機電子管放大器短脈沖運行時的工作狀態，進而通過調整發射機各調諧元件，使發射機電子管達到最佳的工作狀態和最高的功率輸出，調試方法安全可靠。

一種寬帶高功率射頻發射機調機方法，所述的射頻發射機包括固態放大器以及依次連接的A定向耦合器、前級電子管放大器、B定向耦合器、同軸開關、匹配調節器、末級電子管放大器，采用脈沖數據采集系統、上位機以及網絡分析儀對射頻發射機進行調試，其特征在于：在寬帶高功率射頻發射機短脈沖運行時，利用脈沖數據采集系統監控前級電子管放大器和末級電子管放大器工作狀態并采集相關信號參數，上位機處理信號參數并根據處理結果調整發射機的其它元件，使發射機各級電子管放大器達到最佳的工作狀態和發射機的最大功率輸出，具體包括以下步驟：

1)射頻發射機各級電子管放大器冷態測試：所述的射頻發射機各級電子管放大器不加電，利用外接電路模擬所述的射頻發射機各級電子管放大器輸入或輸出等效阻抗和極間電容，利用網絡分析儀對輸入回路或輸出回路進行測量和預置，使得輸入、輸出回路在冷態能夠達到匹配狀態；

2)射頻發射機各級電子管放大器熱態測試：輸入和輸出回路預匹配完成后，所述的射頻發射機各級電子管放大器加電測試，使其接近正常工作狀態，再利用網絡分析儀對輸入和輸出回路再次進行調整，使其在工作頻率點的輸入、輸出阻抗達到50歐姆，從而滿足匹配條件；

3)上述工作完成后，正常運行射頻發射機和脈沖數據采集系統，輸入回路上加載射頻激勵信號和幅度控制短脈沖信號，利用短脈沖信號控制各級電子管放大器的柵極電壓，使各級電子管放大器工作在短脈沖輸出狀態；

4)當射頻發射機接收觸發信號產生功率輸出時，脈沖數據采集系統快速采集并存儲發射機各級電子管放大器輸出功率、反射功率、燈絲電壓和電流、陽極電壓和電流、簾柵極電壓和電流、柵極電壓和電流等信號；

5)對采集到的各信號進行數據分析，根據分析結果判斷發射機各級放大器電子管的工作狀態和輸入、輸出回路的匹配情況，進而微調各級放大器的輸入、輸出回路參數，優化電子管放大器的工作狀態和級間匹配；

6)再次觸發得到采集數據，如果射頻發射機的工作狀態滿足要求，輸入、輸出匹配狀態良好，則停止調整射頻發射機，否則重復上述步驟，直至射頻發射機滿足設定要求。