[發明專利]一種用于測量射頻波特性的高頻磁探針診斷系統

有效

• 申請號: 201710889252.8
• 申請日: 2017-09-27
• 公開（公告）號: CN107896412B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 劉魯南;趙燕平;張新軍;秦成明;毛玉周;袁帥;王健華
• 申請（專利權）人: 中國科學院合肥物質科學研究院
• 主分類號: H05H1/00
• 分類號: H05H1/00
• 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

本發明公開了一種用于測量射頻波特性的高頻磁探針診斷系統，測量系統包括真空同軸電極、高頻磁探針、功分器、檢波器、鑒相器、信號采集系統，真空同軸電極用于將射頻信號從托卡馬克內傳輸到托卡馬克外部；高頻磁探針用來耦合射頻信號；功分器將電壓探針和電流探針信號等幅值，等相位分配為兩路；檢波器檢測電壓探針和電流探針射頻信號的峰峰值，結果以直流信號輸出；鑒相器檢測電壓探針和電流探針信號之間相位差，結果以直流信號輸出。信號采集系統將采集的電壓信號存儲到計算機上。

技術領域

本發明涉及測量離子回旋天線附近離子回旋波本身的特性技術領域，尤其涉及一種用于測量射頻波特性的高頻磁探針診斷系統。

背景技術

離子回旋波輔助加熱系統在絕大多數托卡馬克中都是主要的輔助加熱系統。離子回旋波在托卡馬中的頻率范圍大致在20-80MHz。在EAST中目前是工作頻率范圍在25-70MHz。高頻電磁波通過天線耦合到等離子體中，實現對等離子體的加熱。ICRF主要是電磁波快波加熱，但是慢波的出現是不可避免的，所以測量邊界，慢波比例顯得尤為重要，對我們優化天線，提高射頻波耦合都能起到很重要的作用。我們知道天線加熱效果和K譜密切相關，在天線結構設計天線安裝等一系列工作完成以后，我們主要通過改變電流帶之間的相位差來改變K譜。例如，天線加熱最好的狀態是(0，π，0，π)的加熱模式，此時的K大概在14附近。我們所設計的磁探針有對K譜實時監測的作用，對天線的加熱狀態是一種很好的監測。再就是我們可以通過計算耦合到探針的功率來判斷天線的加熱效果，當天線加熱效果比較好的時候探針耦合到的功率比較小。目前在等離子體邊界處我們已經能很好的監測等離子體密度，溫度，電勢等參數，但是對離子回旋本身的特性缺乏必要的了解，在此背景下我們搭建的一套磁探針診斷系統，主要用于對測量離子回旋波本身的特性。

發明內容

本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種用于測量射頻波特性的高頻磁探針診斷系統。

本發明是通過以下技術方案實現的：

一種用于測量射頻波特性的高頻磁探針診斷系統，包括有高頻磁探針、真空同軸電極、高真空同軸線、濾波器、功分器、檢波器、鑒相器、數據采集與處理模塊和計算機，高頻磁探針的輸出端通過高真空同軸線連接真空同軸電極，真空同軸電極通過隔直器連接濾波器，濾波器與功分器的輸入端連接，功分器的一個輸出端連接檢波器，功分器的另外兩個輸出端連接鑒相器，檢波器和鑒相器的輸出端均連接數據采集與處理模塊的輸入端，數據采集與處理模塊的輸出端連接計算機，所述的高頻磁探針位于托卡馬克內部，高頻磁探針耦合離子回旋波的快波和慢波的射頻信號，射頻信號通過高真空同軸線和真空同軸電極傳輸到托卡馬克外部，通過濾波器將信號頻率集中在離子回旋頻率附近，所述的功分器將射頻信號等幅值等相位分配為兩路，通過檢波器測量耦合的射頻波信號的幅值，通過鑒相器測量相近磁探針的射頻波的相位差，檢波器和鑒相器將輸出的信號發送給數據采集與處理模塊，數據采集與處理模塊利用相位差計算離子回旋波波譜，并將計算結果發送到計算機進行存儲。

所述的高頻磁探針包括有不銹鋼腔體，在不銹鋼腔體的頂部設有蓋板，在不銹鋼腔體內設有陶瓷軸，陶瓷軸上設有線圈，在不銹鋼腔體的內側底部設有陶瓷板，在蓋板的上面設有SMA轉接頭，在不銹鋼腔體內設有內導體，所述的內導體的兩端分別連接線圈和SMA轉接頭，在蓋板上還開有縫隙，所述的線圈用于耦合射頻信號，用SMA轉接頭將耦合的信號輸出，縫隙是為了電磁信號可以進入不銹鋼腔體內，陶瓷板是為了防止等離子體進入不銹鋼腔體，損壞磁探針線圈。

所述的真空同軸電極是一種五十歐姆陶瓷焊接阻隔超高真空的BNC轉BNC的轉接頭，結合真空法蘭安裝在托卡馬克壁上用于傳輸射頻信號。

所述的檢波器是利用AD8307芯片來測量比較小的射頻信號，是一種將射頻信號轉化直流信號一種的器件。

鑒相器是利用AD8302芯片測量兩路射頻信號之間的相位差。