[发明专利]一种宽带高功率射频发射机调机方法

说明书

技术领域

本发明属于宽带高功率射频发射机技术领域，特别涉及了一种宽带高功率射频发射机的调机方法。该方法是在宽带高功率射频发射机短脉冲运行时，利用数据采集系统采集发射机电子管放大器各极电压电流参数，以数据图表形式科学准确地反映发射机电子管放大器的工作状态，进而制定方案通过调整发射机各调谐元件，最终使发射机电子管达到最佳的工作状态和最高的功率输出。

背景技术

EAST装置是我国独立设计建造的具有先进位型的全超导托卡马克装置，它主要用于探索研究在稳态运行模式下的相关前沿物理问题，为未来聚变堆的建立提供技术基础。离子回旋波加热是EAST装置中等离子体最有效的辅助加热手段之一，它对获得高参数等离子体起关键作用。EAST离子回旋波加热系统主要包括高功率射频发射机及其高压电源、阻抗匹配网络、天馈系统、数据采集与监控。高功率射频发射机是整个射频加热系统的核心，它根据发射功率的要求，采用三级功率放大器：即5kW固态功率放大器、100kW电子管放大器和1.5MW电子管放大器，三级功率放大器之间的高频输入输出用50管同轴馈线连接，它们相互独立，级联使用，可将10mW高频振荡信号放大至1.5MW。

该高频高功率发射机系统的主要技术指标为：

最大输出功率：1.5MW

VSWR：小于1.5

频率范围：24-70MHz

运行模式：脉冲运行(脉宽可调)和CW模式

输入输出阻抗：50欧姆

谐波抑制：优于-30dB

传统的宽带高功率射频发射机调机方法是在高频发射机连续短脉冲运行状态下，通过观察多个电压表、电流表，反复调节发射机各调谐部件，最终完成调机工作，该种调机方式主要依赖专业的工程技术经验，根据电压表和电流表的变化趋势来试探性的调试发射机输入和输出回路的匹配状态，调机比较盲目；另外，因为没有详细准确的参考数据，在发射机出现故障时，依赖经验的调机方式容易出现故障的误判，从而造成发射机部件损坏。

发明内容

本发明针对上述调机方式的不足，提出一种宽带高功率射频发射机调试方法。本方法利用数据采集系统在宽带高功率射频发射机脉冲运行时采集电子管放大器的各极电流电压参数以及耦合输出功率，采集数据可科学准确地反映发射机电子管放大器短脉冲运行时的工作状态，进而通过调整发射机各调谐元件，使发射机电子管达到最佳的工作状态和最高的功率输出，调试方法安全可靠。

一种宽带高功率射频发射机调机方法，所述的射频发射机包括固态放大器以及依次连接的A定向耦合器、前级电子管放大器、B定向耦合器、同轴开关、匹配调节器、末级电子管放大器，采用脉冲数据采集系统、上位机以及网络分析仪对射频发射机进行调试，其特征在于：在宽带高功率射频发射机短脉冲运行时，利用脉冲数据采集系统监控前级电子管放大器和末级电子管放大器工作状态并采集相关信号参数，上位机处理信号参数并根据处理结果调整发射机的其它元件，使发射机各级电子管放大器达到最佳的工作状态和发射机的最大功率输出，具体包括以下步骤：

1)射频发射机各级电子管放大器冷态测试：所述的射频发射机各级电子管放大器不加电，利用外接电路模拟所述的射频发射机各级电子管放大器输入或输出等效阻抗和极间电容，利用网络分析仪对输入回路或输出回路进行测量和预置，使得输入、输出回路在冷态能够达到匹配状态；

2)射频发射机各级电子管放大器热态测试：输入和输出回路预匹配完成后，所述的射频发射机各级电子管放大器加电测试，使其接近正常工作状态，再利用网络分析仪对输入和输出回路再次进行调整，使其在工作频率点的输入、输出阻抗达到50欧姆，从而满足匹配条件；

3)上述工作完成后，正常运行射频发射机和脉冲数据采集系统，输入回路上加载射频激励信号和幅度控制短脉冲信号，利用短脉冲信号控制各级电子管放大器的栅极电压，使各级电子管放大器工作在短脉冲输出状态；

4)当射频发射机接收触发信号产生功率输出时，脉冲数据采集系统快速采集并存储发射机各级电子管放大器输出功率、反射功率、灯丝电压和电流、阳极电压和电流、帘栅极电压和电流、栅极电压和电流等信号；

5)对采集到的各信号进行数据分析，根据分析结果判断发射机各级放大器电子管的工作状态和输入、输出回路的匹配情况，进而微调各级放大器的输入、输出回路参数，优化电子管放大器的工作状态和级间匹配；

6)再次触发得到采集数据，如果射频发射机的工作状态满足要求，输入、输出匹配状态良好，则停止调整射频发射机，否则重复上述步骤，直至射频发射机满足设定要求。