[實用新型]零中頻多道微波多普勒測量系統

有效

• 申請號: 201420152975.1
• 申請日: 2014-03-31
• 公開（公告）號: CN203799016U
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 石中兵
• 申請（專利權）人: 核工業西南物理研究院
• 主分類號: G01S17/50
• 分類號: G01S17/50;G01S17/58
• 代理公司: 核工業專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

技術領域

本發明屬于一種磁約束受控核聚變等離子體微波診斷系統，具體涉及一種基于微波零中頻解調技術的多頻率點微波多普勒診斷系統。

背景技術

在磁約束受控核聚變實驗研究中，等離子體湍流和旋轉是等離子體約束與輸運課題研究中的關鍵物理參量，這些參量與等離子體反常的徑向粒子和熱輸運、動量輸運，與實現高約束模式運行的聚變等離子體有密切的聯系。根據磁約束聚變裝置的特點，等離子體旋轉和湍流在等離子體約束區的不同徑向位置具有不同的分布特征，且這些特征的演化時間尺度非常小，達到毫秒量級，因此高時空分辨地測量一直以來是國際聚變屆的重要研究熱點和目標。

目前這一研究領域中對這兩個參量的測量主要有微波多普勒反射、靜電探針和電荷交換復合光譜等三種方法。其中靜電探針的測量必須將探針伸入到等離子體，才能實現測量，但是伸入探針會改變局域等離子體特征，另外高溫等離子體很容易燒毀探針，探針與等離子體相互作用產作的雜質影響等離子體運行，嚴重時威脅裝置安全，這使得該診斷只能在較低溫度的等離子體邊緣區域測量，空間覆蓋非常有限。電荷交換復合光譜測量診斷是一種依賴于高能中性粒子束的主動診斷，高能中性粒子束造價昂貴，該診斷對診斷束質量有較高要求，測量環境中的高能電子也將影響該診斷的光譜測量，并且診斷布置與中性束的幾何安裝有密切關系，才能實現極向旋轉速度的測量；其次，該方法時間分辨較差，很難定量描述局域密度漲落水平，使得該診斷系統復雜，造價昂貴，系統穩定性受限。微波多普勒反射利用微波在等離子體中的湍流散射來測量特定波矢的旋轉速度和湍流強度，其不會影響等離子體局域特性。通過改變微波頻率和測量角，可以實現不同區域和不同波矢的測量，是一種不依賴于輔助加熱條件的主動測量手段，適用于等離子體邊緣到芯部所有區域的測量。為了測量旋轉速度方向，微波系統需要對從等離子體散射回來的信號進行正交解調。而要實現分布測量，需要多頻率的微波信號在等離子體中不同徑向位置散射，以測量不同區域的多普勒信號。如果采用多套微波系統來同時測量會受到裝置診斷窗口的限制，外差系統的多次變頻使系統變得復雜，維護困難，系統的研制成本大幅升高。目前國際上通常采用一個寬帶微波源來掃頻和外差測量多普勒信號，但是這種步進掃頻方法使測量的分布不是同一時刻的，一個掃頻周期時間達到好幾十毫秒，使時間分辨變得很差，給物理分析造成困難。

發明內容

本發明的目的是提供一種零中頻多道微波多普勒測量系統,該系統能夠同時測量多個空間點的等離子體旋轉速度和湍流譜，能獲得它們的空間相關性，同時系統還具有成本低、時間分辨高、維護簡單，研制周期短等優點。

本發明是這樣實現的，基于零中頻解調的多道多普勒測量系統，它包括微波頻率源、定向耦合器、可調衰減器、多工器、發射端帶阻濾波器、發射天線、接收天線、等離子體截止層、接收端帶阻濾波器、寬帶微波功率放大器、微波功率分配器、帶通濾波器、可調增益微波功率放大器、微波正交解調器、低通濾波器、視頻放大器，其中，微波頻率源、定向耦合器、可調衰減器、多工器、發射端帶阻濾波器、發射天線構成微波多路頻率發射系統，微波頻率源的輸出端與定向耦合器的輸入端連接，定向耦合器的輸出端與可調衰減器的輸入端連接，可調衰減器的輸出端與多工器的輸入端連接，多工器的輸出端與發射端帶阻濾波器的輸入端連接，發射端帶阻濾波器的輸出端與發射天線的輸入端連接，發射天線將微波向等離子體截止層發射，接收天線、接收端帶阻濾波器、寬帶微波功率放大器、微波功率分配器、帶通濾波器、可調增益微波功率放大器、微波正交解調器、低通濾波器、視頻放大器構成多路微波接收系統，從等離子體截止層反射回來的微波信號被接收天線接收，接收天線的輸出端與接收端帶阻濾波器的輸入端連接，接收端帶阻濾波器的輸出端與寬帶微波功率放大器的輸入端連接，寬帶微波功率放大器的輸出端與微波功率分配器的輸入端連接，微波功率分配器的輸出端與帶通濾波器的輸入端連接，帶通濾波器的輸出端與微波正交解調器的射頻輸入端連接，定向耦合器的耦合輸出端與可調增益微波功率放大器的輸入端連接，可調增益微波功率放大器的輸出端與微波正交解調器的本振輸入端連接，定向耦合器和可調增益微波功率放大器構成了微波的本振回路，它們的工作頻率與微波源的頻率一致，道數與微波源的數量相同，可調增益微波功率放大器的輸出功率要與微波正交解調器的最佳本振功率一致，微波正交解調器的同相輸出端和正交輸出端分別與不同的低通濾波器的輸入端連接，低通濾波器的輸出端與視頻放大器的輸入端連接，視頻放大器的輸出端解調信號送給數據采集和分析系統。