【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁约束聚变诊断设备领域，具体涉及基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断系统及方法。
技术介绍
1、在磁约束聚变研究中，等离子体径向电场对于理解等离子体的湍流行为至关重要。而传统的电场诊断技术，如探针法，虽然能够提供一定的电场信息，但在高温、强磁场的等离子体环境中，探针的插入会导致等离子体扰动，无法实时获取全面的电场分布信息。此外，探针技术的空间分辨率通常受限于探针的尺寸和布局，难以满足现代聚变实验对高分辨率的要求。
2、近年来，微波诊断技术逐渐成为等离子体电场测量的重要手段。微波多普勒反射计通过分析反射信号的多普勒频移变化，可以在不直接接触等离子体的情况下，获取其电场信息。
3、然而，现有的微波多普勒反射计系统大多采用固定频率多频点或单频点阶梯扫频方案，均难以针对不同的等离子体参数进行灵活调整。
4、有鉴于此，特提出本申请。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是现有用于等离子体径向电场诊断的微波扫频多普勒反射计，存在扫频频率间隔和脉宽不能灵活调整以适应不同等离子体条件下的诊断需求这一问题。本专利技术目的在于提供基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断系统及方法，采用数控频率源以灵活调整输出频率波形。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、第一方面，本专利技术提供了基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断系统，该系统包括：
4、q波段微波扫频反射计，用于接收采集和控制单元的控制指令
5、前端微波准光学反射镜及天线，用于将q波段微波扫频反射计输出的q波段射频信号传输并发射进入待测等离子体，同时接收等离子体反射的微波射频信号，并将微波射频信号传输至q波段微波扫频反射计的射频输入端口；
6、采集和控制单元，用于向q波段微波扫频反射计发送控制指令；及接收q波段微波扫频反射计的信号输出端口输出的同相信号和正交信号，并将其采集为数字信号，计算出等离子体径向电场分布；同时计算射频信号接收功率，反馈控制输出衰减分贝设定信号到q波段微波扫频反射计以调整其内部的数控可调衰减器。
7、本专利技术设计了基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断系统，在q波段微波扫频反射计中采用数控频率源以灵活调整输出频率波形，具有定频和扫频模式任意切换，扫频模式时，任意台阶的频率间隔和脉宽均可以根据测量需求灵活调整的特点。
8、进一步地，q波段微波扫频反射计包括：
9、射频发射电路，用于接收采集和控制单元的控制指令后，按照预设波形调节内部的数控频率源，产生预设波形的q波段射频信号；
10、射频接收电路，用于接收前端微波准光学反射镜及天线反射的射频信号并进行下变频处理；
11、信号解调电路，用于将下变频处理之后的中频信号中携带的等离子体信息解调出来，并输出同相信号和正交信号。
12、进一步地，射频发射电路包括参考时钟、第一功分器、第一低频放大器、数控频率源、低频4倍频器，第二功分器、第一混频器、第一q波段4倍频器、x波段功率放大器、x波段带通滤波器和第二q波段4倍频器；第一混频器为x波段iq混频器；
13、参考时钟，用于产生100mhz的时钟信号；
14、第一功分器，用于将100mhz的时钟信号分成多路，第一路输入数控频率源作为参考信号；第二路输入第一低频放大器，经过放大后输入第一混频器的iq端口；第三路输入低频4倍频器，经倍频后输出信号至信号解调电路的第三混频器作为本振信号；
15、数控频率源，用于接收采集和控制单元的控制指令，输出频率范围fs＝8.25-12.5ghz的x波段射频信号，经第二功分器分为两路：第一路输入第一混频器作为本振信号，第二路输入第一q波段4倍频器后经倍频后输入射频接收电路的第二混频器作为本振信号；
16、第一混频器，用于将经第一低频放大器放大的100mhz信号单边带上变频到数控频率源输出的频率为fs的射频信号上，输出频率为f＝fs+100mhz；经x波段功率放大器提升功率并经x波段带通滤波器滤波后，输入进第二q波段4倍频器；
17、第二q波段4倍频器，用于将x波段射频信号4倍频到q波段，再经由射频信号输出端口输出到q波段微波扫频反射计外。
18、进一步地，射频接收电路包括q波段数控可调衰减器、q波段低噪声放大器和第二混频器，第二混频器为q波段混频器；
19、q波段数控可调衰减器，用于接收经由射频信号输入端口输入进q波段微波扫频反射计内的射频信号，并按照控制指令将信号衰减设定的分贝，得到衰减的射频信号；
20、q波段低噪声放大器，用于将衰减的射频信号放大，以提升系统的信噪比，放大后的射频信号进入第二混频器；
21、第二混频器，用于将放大后的射频信号下变频到中心频率为400mhz的低频段信号，并将其输入信号解调电路。
22、进一步地，信号解调电路包括低频带通滤波器、低频数控可调衰减器、第三混频器、第二低频放大器和低通滤波器；第三混频器为低频iq混频器；
23、低频带通滤波器的频率范围为300-500mhz，用于将低频段信号中低于300mhz和高于500mhz的信号滤除，并输入到低频数控可调衰减器；
24、低频数控可调衰减器，用于按照控制指令将信号衰减设定的分贝，输入到第三混频器；
25、第三混频器，用于将低频段信号正交解调为同相信号和正交信号，同相信号和正交信号均经第二低频放大器放大和低通滤波器滤波后，经第一信号输出端口和第二信号输出端口输出到q波段微波扫频反射计外。
26、进一步地，控制指令包括频率范围、间隔和脉宽。
27、进一步地，频率范围为34-50ghz，间隔为2ghz，脉宽为20ms。
28、进一步地，采集和控制单元，还用于在进行磁约束聚变装置的等离子体放电实验前，根据预设的磁场和等离子体电流和密度等参数，计算出感兴趣区域位置对应的微波频率范围；并根据所需的时间和空间分辨率，向q波段微波扫频反射计发送控制指令。
29、第二方面，本专利技术又提供了基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断方法，该方法包括：
30、采集和控制单元向q波段微波扫频反射计发送设定频率的控制信号；
31、q波段微波扫频反射计接收控制指令后，按照预设波形调节内部的数控频率源，精确输出频率可调整的q波段射频信号；
32、前端微波准光学反射镜及天线将q波段微波扫频反射计输出的q波段射频信号传输并发射进入待测等离子体，同时接收等离子体反射的微波射频信号，并将微波射频信号传输至q波段微波扫频反射计的射频输入端口；
33、q波段微波扫频反射计接收前端微波准光学反射镜及天线本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断系统，其特征在于，该系统包括：
2.根据权利要求1所述的基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断系统，其特征在于，所述Q波段微波扫频反射计(24)包括：
3.根据权利要求2所述的基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断系统，其特征在于，所述射频发射电路包括参考时钟(1)、第一功分器、第一低频放大器(2)、数控频率源(3)、低频4倍频器(4)，第二功分器(5)、第一混频器(6)、第一Q波段4倍频器(7)、X波段功率放大器(8)、X波段带通滤波器(9)和第二Q波段4倍频器(10)；第一混频器(6)为X波段IQ混频器；
4.根据权利要求2所述的基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断系统，其特征在于，所述射频接收电路包括Q波段数控可调衰减器(11)、Q波段低噪声放大器(12)和第二混频器(13)，第二混频器(13)为Q波段混频器；
5.根据权利要求2所述的基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断系统，其特征在于，所述信号解调电路包括低频带通滤波器(14)、低频数控可调衰减器(15)、第三混频器(
6.根据权利要求1所述的基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断系统，其特征在于，所述控制指令包括频率范围、间隔和脉宽。
7.根据权利要求6所述的基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断系统，其特征在于，所述频率范围为34-50GHz，间隔为2GHz，脉宽为20ms。
8.根据权利要求1所述的基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断系统，其特征在于，所述采集和控制单元(26)，还用于在进行磁约束聚变装置的等离子体放电实验前，根据预设的磁场和等离子体电流和密度参数，计算出感兴趣区域位置对应的微波频率范围；并根据所需的时间和空间分辨率，向所述Q波段微波扫频反射计发送控制指令。
9.基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断方法，其特征在于，该方法包括：
10.根据权利要求9所述的基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断方法，其特征在于，所述控制指令包括频率范围、间隔和脉宽。
...【技术特征摘要】
1.基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断系统，其特征在于，该系统包括：
2.根据权利要求1所述的基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断系统，其特征在于，所述q波段微波扫频反射计(24)包括：
3.根据权利要求2所述的基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断系统，其特征在于，所述射频发射电路包括参考时钟(1)、第一功分器、第一低频放大器(2)、数控频率源(3)、低频4倍频器(4)，第二功分器(5)、第一混频器(6)、第一q波段4倍频器(7)、x波段功率放大器(8)、x波段带通滤波器(9)和第二q波段4倍频器(10)；第一混频器(6)为x波段iq混频器；
4.根据权利要求2所述的基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断系统，其特征在于，所述射频接收电路包括q波段数控可调衰减器(11)、q波段低噪声放大器(12)和第二混频器(13)，第二混频器(13)为q波段混频器；
5.根据权利要求2所述的基于微波扫频反射计的等离子体径向电场诊断系统，其特征在于，所述信号解调电路包括低频带通滤波器(14)、低频数控...
【专利技术属性】
技术研发人员：周宇，佟瑞海，钟武律，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。