一种具有自标定功能的多道宽带微波辐射计制造技术

本实用新型专利技术属于一种核聚变等离子体诊断装置，具体涉及一种具有自标定功能的多道宽带微波辐射计，它由微波源、控制器、隔离器、混频器、滤波器、微波天线系统、宽带微波放大系统、宽带功分器阵列、检波器和视频放大系统等组成。优点是，通过调节本实用新型专利技术提供的微波辐射计系统的工作模式，实现各通道间的相对标定，它具有标定方法简单、可靠性高、成本低、系统测量频率范围宽等优点。本微波辐射计，除了能用于聚变等离子体微波诊断外，还可以用于空间微波辐射监测，微波通讯信号接收等。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
一种具有自标定功能的多道宽带微波辐射计
本专利技术属于一种核聚变等离子体诊断装置，具体涉及一种具有自标定功能的多道宽带微波辐射计，它具有标定方法标定简单、可靠性高、成本低、测量频率范围宽等优点。
技术介绍
微波辐射计是测量等离子体电子温度的重要手段，这是因为托卡马克中的高温等离子体为磁场所约束，由于洛仑兹力的作用，电子作回旋运动产生电子回旋辐射，电子回旋辐射频率在微波频段，强度正比于电子温度。由于电子回旋辐射的频率是发射点的回旋频率及其谐波频率，其完全由发射点的磁场决定，因此电子回旋辐射信号为定域的微波信号。通过测量电子回旋辐射谱，可以获得等离子体电子温度分布和湍流分布等重要物理参数。目前已发展了多种类型的微波辐射计来测量电子回旋辐射谱。早期发展了扫频微波辐射计，这种辐射计系统简单，只需要一个宽带扫频源和宽带混频器，但是系统测量的精度较差，特别是时间精度由扫频周期决定，达到大约几十毫秒，只能得到稳态等离子体的电子温度分布，不能用于等离子体温度快速变化和湍流的测量。后期发展了多道超外差微波辐射计，其空间精度和时间精度较高，但是系统需要多次变频、放大和滤波处理，系统复杂，成本较高。而且这种系统的微波本振源通常是定频工作，当等离子体运行的磁场发生变化时，需要更换微波本振源。微波辐射计的另一个主要问题是系统标定，目前主要采用双温度法来标定系统，即外接一个微波黑体，改变黑体的表面温度来测量输出信号的差值，从而得到系统的标定系数。但是通常黑体的温度差只能做到几百度，远低于等离子体的温度，因此系统需要额外的锁定放大系统，通过长时间的积分放大，才能测量到差值系数。这些方法能在一定程度上实现系统的标定，但是还有很多因素会给系统标定带来影响，如传输系统变化、负载变化、系统老化和工作点飘移等，因此需要经常对系统在装置上进行在线标定。对于多道微波辐射计，需要很长的在线标定时间，才能获得信噪比足够的测量差值。国外一些装置的经验，在线标定需要至少一个多月时间，这会对装置的运行时间造成严重影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有自标定功能的多道宽带微波辐射计，它能够解决标定需要额外的双温度标定源、且标定过程复杂、耗时长等问题。本专利技术是这样实现的，一种具有自标定功能的多道宽带微波辐射计，它包括微波合成源、微波频率输出控制器、本振源端隔离器、微波倍频器、微波混频器、接收端隔离器、微波高通滤波器、带阻滤波器、微波天线系统、中频高通滤波器、宽带微波放大器、宽带功分器、第一组带通滤波器、第二组微波放大器、第二组功分器、第二组带通滤波器、检波器、视频放大系统、数据采集和分析系统，微波合成源的波形控制端与微波频率输出控制器的输出端连接，微波合成源的微波输出端与本振源端隔离器的输入端连接，本振源端隔离器的输出端与微波倍频器的输入端连接，微波倍频器的输出端与微波混频器的本振输入端连接，微波天线系统接收等离子体或空间辐射来的微波，其输出端与带阻滤波器的输入端连接，带阻滤波器的输出端与微波高通滤波器的输入端连接，微波高通滤波器的输出端与接收端隔离器的输入端连接，接收端隔离器的输出端与微波混频器的射频接收端连接。所述的微波混频器的中频输出端与中频高通滤波器的输入端连接，中频高通滤波器的输出端与宽带微波放大器的输入端连接，宽带微波放大器的输出端与宽带功分器的输入端连接，宽带功分器的输出端与第一组带通滤波器的输入端连接，第一组带通滤波器的输出端与第二组微波放大器的输入端连接，第二组微波放大器的输出端与第二组功分器的输入端连接，第二组功分器的输出端与第二组带通滤波器的输入端连接，第二组带通滤波器的输出端与检波器的微波输入端连接，检波器的输出端与视频放大系统的输入端连接，视频放大器的输出端与数据采集和分析系统的输入端连接。所述的微波合成源为一个高稳定度的宽带微波源，能够进行频率和功率的控制，其输出微波需要有步进控制功能，可以为内部控制，也可以为外部的微波频率输出控制器控制，两个频率的跳变的时间需要小于1ms。所述的微波隔离器和接收端隔离器分别用于本振端和射频接收端的微波单向传输，隔离度要大于20dB以上。所述的微波高通滤波器用于实现上边带接收和去掉下边带的影响；所述的中频高通滤波器用于去除混频器产生的低频干扰。所述的带阻滤波器用于在高功率电子回旋共振辅助加热实验中，吸收电子回旋共振加热波。所述的第一组微波放大系统为宽带放大，频率需要覆盖中频系统的整个测量区间；所述的第二组微波放大系统用于微波分段后的高增益放大，两级放大系统在考虑系统的插入损耗后的净增益需要大于60dB。所述的宽带功分器和第一组带通滤波器用于将测量信号分成多个频率区间，第二组功分器用于进一步细分出空间测量道，第二组带通滤波器用于决定最终测量道的频率带宽，相邻道的频率间隔和带宽决定了系统的空间分辨率，当频率间隔为IGHz时，空间分辨率为2cm。所述的检波器的灵敏度为_45dBm，视频放大系统的视频带宽为1MHz。本专利技术的优点是，通过调节本专利技术提供的微波辐射计系统的工作模式，实现各通道间的相对标定，它具有标定方法简单、可靠性高、成本低、系统测量频率范围宽等优点。本微波辐射计，除了能用于聚变等离子体微波诊断外，还可以用于空间微波辐射监测，微波通讯信号接收等。本专利技术在多道微波辐射计中引入高精度宽带微波本振源，中频系统采用高频滤波阵列，不需要二级本振和二级混频和放大系统，因此系统得到简化，可靠性有所提高。另外，通过改变微波本振源，除了可以测量更宽的频谱和空间位置，还能够利用微波源的扫频功能实现系统各空间测量道的相对标定。标定不需要其它任何辅助设备，在实验过程中就能够一起完成，因此成本低，标定方法简单。由于本标定方法是通过改变测量频率来移动测量位置，且测量位置与下一道的位置严格重合，标定的可靠性较高，是一种比较有应用前景的标定方法。【附图说明】图1是本专利技术所提供的一种具有自标定功能的多道宽带微波辐射计示意图。图中:1微波合成源，2微波频率输出控制器，3本振源端隔离器，4微波倍频器，5微波混频器，6接收端隔离器，7微波高通滤波器，8带阻滤波器，9微波天线系统，10中频高通滤波器，11第一组微波放大系统，12宽带功分器，13第一组带通滤波器，14第二组微波放大系统，15第二组功分器，16第二组带通滤波器，17检波器，18视频放大系统，19数据采集和分析系统。【具体实施方式】下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细介绍:一种具有自标定功能的多道宽带微波辐射计，它包括微波合成源、微波频率输出控制器、本振源端隔离器、微波倍频器、微波混频器、接收端隔离器、高通滤波器、带阻滤波器、微波天线系统、高通滤波器、第一组宽带微波放大系统、宽带功分器、第一组带通滤波器、第二组微波放大系统、第二组功分器、第二组带通滤波器、检波器、视频放大系统、数据采集和分析系统等组成。微波合成源的输出端依次与本振源端隔离器、微波倍频器、微波混频器的本振端连接；微波天线系统的输出端依次与带阻滤波器、高通滤波器、和微波混频器的射频端连接；微波混频器的输出端依次与高通滤波器、宽带微波放大系统、宽带功分器、第一组带通滤波器、第二组微波放大系统、第二组功分器、第二组带通滤波器、检波器、视频放大系统、数据采集和分析系统连接。所述的微波合成源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有自标定功能的多道宽带微波辐射计，其特征在于：它包括微波合成源（1）、微波频率输出控制器（2）、本振源端隔离器（3）、微波倍频器（4）、微波混频器（5）、接收端隔离器（6）、微波高通滤波器（7）、带阻滤波器（8）、微波天线系统（9）、中频高通滤波器（10）、宽带微波放大器（11）、宽带功分器（12）、第一组带通滤波器（13）、第二组微波放大器（14）、第二组功分器（15）、第二组带通滤波器（16）、检波器（17）、视频放大系统（18）、数据采集和分析系统（19），微波合成源（1）的波形控制端与微波频率输出控制器（2）的输出端连接，微波合成源（1）的微波输出端与本振源端隔离器（3）的输入端连接，本振源端隔离器（3）的输出端与微波倍频器（4）的输入端连接，微波倍频器（4）的输出端与微波混频器（5）的本振输入端连接，微波天线系统（9）接收空间辐射来的微波，其输出端与带阻滤波器（8）的输入端连接，带阻滤波器（8）的输出端与微波高通滤波器（7）的输入端连接，微波高通滤波器（7）的输出端与接收端隔离器（6）的输入端连接，接收端隔离器（6）的输出端与微波混频器（5）的射频接收端连接。

【技术特征摘要】
1.一种具有自标定功能的多道宽带微波辐射计，其特征在于:它包括微波合成源(I)、微波频率输出控制器(2)、本振源端隔离器(3)、微波倍频器(4)、微波混频器(5)、接收端隔离器(6)、微波高通滤波器(7)、带阻滤波器(8)、微波天线系统(9)、中频高通滤波器(10)、宽带微波放大器(11)、宽带功分器(12)、第一组带通滤波器(13)、第二组微波放大器(14)、第二组功分器(15)、第二组带通滤波器(16)、检波器(17)、视频放大系统(18)、数据采集和分析系统(19)，微波合成源(I)的波形控制端与微波频率输出控制器(2)的输出端连接，微波合成源(I)的微波输出端与本振源端隔离器(3)的输入端连接，本振源端隔离器(3)的输出端与微波倍频器(4)的输入端连接，微波倍频器(4)的输出端与微波混频器(5)的本振输入端连接，微波天线系统(9)接收空间辐射来的微波，其输出端与带阻滤波器(8)的输入端连接，带阻滤波器(8)的输出端与微波高通滤波器(7)的输入端连接，微波高通滤波器(7)的输出端与接收端隔离器(6)的输入端连接，接收端隔离器(6)的输出端与微波混频器(5)的射频接收端连接。2.如权利要求1所述的一种具有自标定功能的多道宽带微波辐射计，其特征在于:所述的微波混频器(5)的中频输出端与中频高通滤波器(10)的输入端连接，中频高通滤波器(10)的输出端与宽带微波放大器(11)的输入端连接，宽带微波放大器(11)的输出端与宽带功分器(12)的输入端连接 ，宽带功分器(12)的输出端与第一组带通滤波器(13)的输入端连接，第一组带通滤波器(13)的输出端与第二组微波放大器(14)的输入端连接，第二组微波放大器(14)的输出端与第二组功分器(15)的输入端连接,第二组功分器(15)的输出端与第二组带通滤波器(16)的输入端连接，第二组带通滤波器(16)的输出端与检波器(17)的微波输入端连接，检波器(17)的输出端与视频放大系统(18)的输入端连接，视频放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：石中兵，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：新型
国别省市：四川;51