[发明专利]用于电子密度扰动定域测量的双波段多波束微波诊断系统

说明书

本发明属于磁约束受控核聚变领域等离子体诊断，涉及一种用于电子密度扰动定域测量的双波段多波束微波诊断系统，是测量磁约束等离子体中湍流和高能粒子模的重要技术方法。本发明通过梳妆谱源和倍频技术将两个波段两部分子系统集成到一起从而实现跨波段输出；通过极化器将两波段微波分开并分别单独处理从而简化系统结构；优点在于，该集成系统能够同时发射两个波段频率范围内多个高功率平坦度的微波波束，可在径向方向上实现对等离子体电子密度扰动的多点定域测量。

技术领域

本发明属于磁约束受控核聚变领域中的等离子体诊断，涉及一种用于电子密度扰动定域测量的双波段多波束微波诊断系统。

背景技术

磁约束核聚变被广泛认为是最有希望从根本上解决能源问题的可行途径之一。磁约束聚变托卡马克装置中通常存在各种不稳定性，它们严重制约等离子体的约束性能，是托卡马克装置稳态运行迫切需要解决的挑战性问题。为了充分理解磁流体不稳定性的激发机制及其尺度特征从而掌握缓解和控制相关方法，高时空分辨率的定域测量技术是必不可少的。微波反射系统是对等离子体开展定域测量的重要诊断手段，其基于微波在等离子体中传播时因折射效应导致相位变化的原理，主要用于电子密度扰动测量。不同频率的微波在等离子体中的截止层(折射率为0)不同，因此微波反射系统可通过发射不同频率波束的方法实现对不同空间区域的无扰测量。目前，绝大部分磁约束聚变装置均发展了多波束微波技术，主要包括雷达脉冲技术，自激振荡技术和锁相环技术。其中，雷达脉冲技术只能产生低频微波；自激振荡技术基于放大器的非线性饱和，产生的微波信噪比较差；锁相环技术则由于微波器件的特性只能限制在特定的频段内，并且复杂的结构往往增加研制成本。在实际的托卡马克实验运行中，单一频段的微波只能测量某一部分径向区间，这无法满足等离子体物理研究的需求。为了全面整个等离子体剖面，往往在一个装置上安装多套系统，但现有及未来托卡马克诊断窗口空间极其有限。因此，发展一种能够覆盖整个等离子体径向区域的跨频段多波束微波反射系统具有重要意义。

发明内容

本发明针对现有微波反射系统因工作频率范围较窄而无法完整测量等离子体剖面及为了大型托卡马克窗口极其有限的问题提供一种双波段多波束微波反射系统的研制方案，其能够同时输出两个频段多个频率的微波并能够对不同波段的微波分别单独处理。相较于现有技术，本发明能够产生跨频段多个频率阵列，通过优化设计的极化器实现不同波段微波的同时发射和单独处理，简化了系统结构从而使得研制成本降低。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种用于电子密度扰动定域测量的双波段多波束微波诊断系统，将两个不同波段通过梳妆谱源集成在一起，通过极化器实现不同波段的分离，包括梳妆谱源1、滤波器2、放大器3、功分器4、两个四倍频器、两个六倍频器、四个多路复用器、多个混频器、两个隔离器、两个定向耦合器、极化器13和两个标准角锥天线。

梳妆谱源1的输出端与滤波器2的输入端连接，滤波器2的输出端与放大器3的输入端连接，放大器3的输出端与功分器4的输入端连接，功分器4的输出端分别与四倍频器a5、四倍频器b12、六倍频器a19和六倍频器b20输入端连接，四倍频器a5的输出端与隔离器a6的输入端，隔离器a6的输出端与定向耦合器a7的输入端连接，定向耦合器a7的直通端与标准角锥天线a8连接，定向耦合器a7的隔离端与多路复用器a9的输入端连接，多路复用器a9的输出端分别与多个混频器a10的射频端连接，混频器a10的本振端与多路复用器b11的输出端连接，多路复用器b11的输入端与四倍频器b12的输出端连接；极化器13单独固定，不与其他微波器件直接连接；标准角锥天线b14与定向耦合器b15的直通端连接，定向耦合器b15的输入端与隔离器b21的输出端连接，隔离器b21的输入端与六倍频器b20的输出端连接，六倍频器b20的输入端与功分器4的输出端连接；定向耦合器b15的隔离端与多路复用器c16的输入端连接，多路复用器c16的输出端与多个混频器b17的射频端连接，混频器b17的本振端与多路复用器d18的输出端连接，多路复用器d18的输入端与六倍频器a19的输出端连接，六倍频器a19的输入端与功分器4的输出端连接。