基于滤波反馈锁相的微波源系统及其微波诊断系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于滤波反馈锁相的微波源系统，包括用于产生微波信号的滤波反馈回路，所述滤波反馈回路包括带通滤波器、第一微波功率放大器和定向耦合器，所述带通滤波器的输出端与所述第一微波功率放大器的输入端连接，所述第一微波功率放大器的输出端与所述定向耦合器的输入端连接，所述定向耦合器的耦合输出端与所述带通滤波器的输入端连接，所述定向耦合器的输出端用于微波输出。本发明专利技术还公开了包括该基于滤波反馈锁相的微波源系统的微波测量系统和等离子体微波诊断系统，本发明专利技术的基于滤波反馈锁相的微波源系统采用带通滤波器作正反馈微波回路，使系统谐振在带通滤波器的带宽上，从而使本发明专利技术的微波源系统的工作频率只受滤波反馈回路控制，频率稳定性高，且系统结构简单、成本低、易维护。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微波发生领域，尤其涉及一种基于滤波反馈锁相的微波源系统，本专利技术还涉及包括该微波源系统的微波诊断系统。
技术介绍
等离子体微波诊断能够测量高温等离子体内部的电子温度和电子密度分布、湍流和旋转速度等重要参数，其工作时不会像探针等诊断系统那样影响到等离子体的运行，其良好的定域测量性能使之成为磁约束受控核聚变等离子体实验研究重要的测量手段之一。在一个微波诊断系统中，微波源系统是最重要的组成部分，目前已经发展有多种类型的微波源系统，包括返波管、回旋管、速调管、EIO微波管、微波固态源、微波合成源等。其中，返波管、EIO管和速调管等微波源，需要有复杂的高压系统和控制系统。返波管的寿命短，通常只有1千多个小时的寿命。返波管、回旋管、速调管和EIO微波管等微波源的频率稳定度都比较差，不适合直接用于等离子体湍流测量。微波固态管的输出频率固定，可调范围较小，但通常输出功率小；微波合成源一般采用恒温晶振从低频锁相，并逐次倍频到微波工作频率，需要复杂的滤波、倍频、隔离和放大电路，系统比较复杂。上述的这些微波系统大都价格昂贵，维护和保养困难。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是现有的微波源系统因存在如下问题中的一种或几种从而无法满足需要的问题：结构复杂、寿命短、频率稳定性差、价格昂贵、维护和保养困难，进而提供一种结构简单、寿命长、频率稳定度高、成本低、容易维护且相噪低的基于滤波反馈锁相的微波源系统。r>为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：基于滤波反馈锁相的微波源系统，包括用于产生微波信号的滤波反馈回路，所述滤波反馈回路包括带通滤波器、第一微波功率放大器和定向耦合器，所述带通滤波器的输出端与所述第一微波功率放大器的输入端连接，所述第一微波功率放大器的输出端与所述定向耦合器的输入端连接，所述定向耦合器的耦合输出端与所述带通滤波器的输入端连接，所述定向耦合器的输出端用于微波输出。优选地，所述滤波反馈回路还包括微波谐振腔，所述微波谐振腔连接在所述定向耦合器的耦合输出端与所述带通滤波器的输入端之间。优选地，所述滤波反馈回路还包括用于防止寄生反射的隔离器，所述隔离器设置在所述定向耦合器的耦合输出端和所述微波谐振腔的输入端之间。优选地，所述滤波反馈回路还包括可调移相器，所述可调移相器连接在所述带通滤波器的输出端与所述第一微波功率放大器的输入端之间。优选地，所述基于滤波反馈锁相的微波源系统包括不同频率的带通滤波器阵列和用于从所述带通滤波器阵列中选择不同工作频率的带通滤波器作为所述带通滤波器的档位选择开关。优选地，所述基于滤波反馈锁相的微波源系统还包括功率输出系统，所述功率输出系统包括天线和第二微波功率放大器，所述天线与所述定向耦合器的输出端连接，所述第二微波功率放大器设置在所述天线与所述定向耦合器的输出端之间。优选地，所述功率输出系统还包括宽带微波隔离器，所述宽带微波隔离器设置在所述天线与所述第二微波功率放大器之间。优选地，所述功率输出系统还包括监测耦合器和微波监控系统，所述监测耦合器设置在所述第二微波功率放大器和所述宽带微波隔离器之间，所述监测耦合器的耦合端耦合一路给所述微波监控系统。本专利技术还提供一种包括所述基于滤波反馈锁相的微波源系统的等离子体微波诊断系统，所述等离子体微波诊断系统还包括微波接收系统，所述微波接收系统接收所述基于滤波反馈锁相的微波源系统发射并通过待测介质的微波，实现微波诊断功能。优选地，在所述微波谐振腔上开有远小于所述微波谐振腔的尺寸的通孔。本专利技术的有益效果如下：本专利技术基于滤波反馈锁相的微波源系统采用带通滤波器作正反馈微波回路，使系统谐振在带通滤波器的带宽上(在设置有微波谐振腔的方案中，系统谐振在微波谐振腔的固有频率上)，即通过带通滤波器锁相，从而使本专利技术的微波源系统的工作频率只受谐振回路控制，频率稳定性高，且不需要像晶振合成源那样经多次倍频、滤波和功率放大，也不需要设置返波管等微波源中的高压系统和复杂的控制系统，系统结构简单。由于系统中只有第一微波功率放大器是有源器件，因此使得本专利技术的微波源系统的寿命更长、成本更低、维护也更简单。且本专利技术的基于滤波反馈锁相的微波源系统的输出功率由第一微波放大器1dB压缩点功率决定，采用大功率微波放大器时能够满足大功率输出。附图说明图1为本专利技术的基于滤波反馈锁相的微波源系统的结构示意图；图2是带通滤波器分别为23GHz和37GHz时，本专利技术的微波测量系统测量到的相位噪声；图3是本专利技术的一个实施例中的微波谐振腔的结构示意图；图4是本专利技术的一个实施例中的频率可选的微波源系统的结构示意图；图中：1-微波谐振腔、2-带通滤波器、3-可调移相器、4-第一微波功率放大器、5-定向耦合器、6-隔离器、7-第二微波功率放大器、8-监测耦合器、9-微波监控系统、10-宽带微波隔离器、11-天线、13-通孔、14-待测介质、15-输入端微波耦合极、16-输入端口、17-输出端微波耦合极、18-输出端口、19-档位选择开关。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案和有益效果进一步进行说明。本专利技术中，所谓的“第一”、“第二”并不代表任何逻辑上的先后关系，仅仅是为了区分系统中包括的两个相同的部件。如图1所示，本专利技术的基于滤波反馈锁相的微波源系统，包括用于产生微波信号的滤波反馈回路，滤波反馈回路包括带通滤波器2、第一微波功率放大器4和定向耦合器5，带通滤波器2的输出端与第一微波功率放大器4的输入端连接，第一微波功率放大器4的输出端与定向耦合器5的输入端连接，定向耦合器5的耦合输出端与带通滤波器2的输入端连接，定向耦合器5的输出端用于微波输出。其中，第一微波功率放大器4用于放大带通滤波器2产生的谐振频率，要求第一微波功率放大器4的增益要大于整个滤波反馈回路的损耗，通常要求增益大于20dB。同时，滤波反馈回路的输出功率由第一微波功率放大器4的1dB压缩点的功率决定，考虑系统的插入损耗，通常比1dB压缩点功率小大约1dB。定向耦合器5用于将第一微波功率放大器4输出的部分功率耦合反馈给带通滤波器2，通常要求耦合度10到20dB，隔离度大于20dB。本专利技术的基于滤波反馈锁相的微波源系统利用带通滤波器、微波放大器等构成的滤波反馈回路产生微波信号，从定向耦合器5的输出端输出，本专利技术的微波源系统能够输出稳定的微波功率。本专利技术中，滤波反馈回路还包括微波本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于滤波反馈锁相的微波源系统，其特征在于：包括用于产生微波信号的滤波反馈回路，所述滤波反馈回路包括带通滤波器(2)、第一微波功率放大器(4)和定向耦合器(5)，所述带通滤波器(2)的输出端与所述第一微波功率放大器(4)的输入端连接，所述第一微波功率放大器(4)的输出端与所述定向耦合器(5)的输入端连接，所述定向耦合器(5)的耦合输出端与所述带通滤波器(2)的输入端连接，所述定向耦合器(5)的输出端用于微波输出。

【技术特征摘要】
1.基于滤波反馈锁相的微波源系统，其特征在于：包括用于产生微波信号
的滤波反馈回路，所述滤波反馈回路包括带通滤波器(2)、第一微波功率放大
器(4)和定向耦合器(5)，所述带通滤波器(2)的输出端与所述第一微波功
率放大器(4)的输入端连接，所述第一微波功率放大器(4)的输出端与所述
定向耦合器(5)的输入端连接，所述定向耦合器(5)的耦合输出端与所述带
通滤波器(2)的输入端连接，所述定向耦合器(5)的输出端用于微波输出。
2.如权利要求1所述基于滤波反馈锁相的微波源系统，其特征在于：所述
滤波反馈回路还包括微波谐振腔(1)，所述微波谐振腔(1)连接在所述定向耦
合器(5)的耦合输出端与所述带通滤波器(2)的输入端之间。
3.如权利要求2所述基于滤波反馈锁相的微波源系统，其特征在于：所述
滤波反馈回路还包括用于防止寄生反射的隔离器(6)，所述隔离器(6)设置在
所述定向耦合器(5)的耦合输出端和所述微波谐振腔(1)的输入端之间。
4.如权利要求3所述基于滤波反馈锁相的微波源系统，其特征在于：所述
滤波反馈回路还包括可调移相器(3)，所述可调移相器(3)连接在所述带通滤
波器(2)的输出端与所述第一微波功率放大器(4)的输入端之间。
5.如权利要求2至4中任一项所述基于滤波反馈锁相的微波源系统，其特
征在于：所述基于滤波反馈锁相的微波源系统包括不同频率的带通滤波器阵列
和用于从所述带通滤波器阵列中选择不同工作频率的带通滤波器作为所述带通
滤波器(...

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