一種基于波導(dǎo)調(diào)制技術(shù)的寬帶調(diào)幅毫米波反射系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于核聚變等離子體微波診斷【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于矩形波導(dǎo)的寬帶、低損耗、高頻微波調(diào)制器及基于該波導(dǎo)調(diào)制器的寬帶調(diào)幅毫米波反射系統(tǒng)。其中石英晶體振蕩器B與功率放大器連接，功率放大器與波導(dǎo)調(diào)制器中頻輸入端連接，微波源與波導(dǎo)調(diào)制器微波輸入端連接，波導(dǎo)調(diào)制器與微波放大器連接，微波放大器與喇叭天線連接；微波檢波器與選頻放大器連接，選頻放大器與下變頻器A連接，石英晶體振蕩器B還與下變頻器B連接，石英晶體振蕩器A分別與下變頻器A和下變頻器B連接，下變頻器A與帶通濾波器A連接，帶通濾波器A與鑒相器連接，下變頻器B與帶通濾波器B連接，帶通濾波器B與鑒相器連接。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)低損耗、超高頻微波幅度調(diào)制。
【專利說明】一種基于波導(dǎo)調(diào)制技術(shù)的寬帶調(diào)幅毫米波反射系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于核聚變等離子體微波診斷【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于矩形波導(dǎo)的寬帶、低損耗、高頻微波調(diào)制器及基于該波導(dǎo)調(diào)制器的寬帶調(diào)幅毫米波反射系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]等離子體電子密度和溫度是受控核聚變實(shí)驗(yàn)研究中等離子體磁流體不穩(wěn)定性，電子熱輸運(yùn)，粒子輸運(yùn)，湍流，高約束模式運(yùn)行以及等離子體剖面控制與運(yùn)行的最關(guān)鍵的物理參量之一。微波診斷可以深入等尚子體內(nèi)部測量聞時(shí)空分辨的電子密度和電子溫度分布與擾動(dòng)，它是當(dāng)前在世界上主要幾個(gè)聚變裝置優(yōu)先發(fā)展的先進(jìn)診斷技術(shù)之一。為實(shí)現(xiàn)等離子體內(nèi)部電子密度與溫度分布測量，需要高頻超寬帶微波頻率調(diào)制器件。
[0003]目前微波診斷測量等離子體電子密度分布主要有調(diào)頻和調(diào)幅兩種調(diào)制方式。微波反射診斷的調(diào)制頻率受聚變等離子體裝置尺寸和等離子體的湍流等因素決定。對(duì)于HL-2A托卡馬克，調(diào)幅微波反射診斷的調(diào)制頻率必須選擇在200MHz-300MHz左右。目前國內(nèi)外絕大多數(shù)寬帶毫米波微波頻率源在調(diào)頻和調(diào)幅工作模式下的調(diào)制頻率大約為IMHz左右，個(gè)別能達(dá)到IOMHz的微波源，隨著頻率的增加，調(diào)制度越來越小，因此這些毫米波頻率源不能直接用于在受控聚變裝置上的調(diào)幅或調(diào)頻微波反射測量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對(duì)毫米波源調(diào)制頻率較低、帶寬較窄的限制，提供一種基于矩形波導(dǎo)的寬帶、低損耗、高頻微波調(diào)制器及基于該波導(dǎo)調(diào)制器的寬帶調(diào)幅毫米波反射系統(tǒng)，在毫米波矩形波導(dǎo)中實(shí)現(xiàn)高頻寬帶微波頻率與幅度調(diào)制，并將其應(yīng)用到微波反射測量系統(tǒng)中。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為:
[0006]一種波導(dǎo)調(diào)制器，其采用同一型號(hào)的微波混頻二極管陣列并排置于波導(dǎo)的E面形成。
[0007]所述的微波混頻二極管的數(shù)量為三個(gè)。
[0008]一種基于波導(dǎo)調(diào)制技術(shù)的寬帶調(diào)幅毫米波反射系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括微波源、波導(dǎo)調(diào)制器、微波放大器、微波檢波器、選頻放大器、下變頻器A、帶通濾波器A、鑒相器、石英晶體振蕩器A、石英晶體振蕩器B、功率放大器、喇叭天線、下變頻器B、帶通濾波器B;所述石英晶體振蕩器B的輸出端與功率放大器的輸入端連接，功率放大器的輸出端與波導(dǎo)調(diào)制器的中頻輸入端連接，微波源與波導(dǎo)調(diào)制器的微波輸入端連接，波導(dǎo)調(diào)制器的輸出端與微波放大器的輸入端連接，微波放大器的輸出端與喇叭天線連接；微波檢波器的輸出端與選頻放大器的輸入端連接，選頻放大器的輸出端與下變頻器A連接，石英晶體振蕩器B的輸出端還與下變頻器B連接，石英晶體振蕩器A分別與下變頻器A和下變頻器B連接，下變頻器A與帶通濾波器A的輸入端連接，帶通濾波器A的輸出端與鑒相器連接，下變頻器B與帶通濾波器B的輸入端連接，帶通濾波器B的輸出端與鑒相器連接。[0009]該系統(tǒng)還包括視頻檢波器，所述帶通濾波器A的輸出端還與視頻檢波器連接。
[0010]所述微波源的功率在5(Tl00mW之間，頻率范圍為26GHz~40GHz或40GHz~60GHz。
[0011]所述石英晶體振蕩器B的輸出頻率范圍為200ΜΗζ~300ΜΗζ。
[0012]所述石英晶體振蕩器A的輸出頻率比石英晶體振蕩器B的輸出頻率小2MHz~5MHz。
[0013]所述石英晶體振蕩器B、石英晶體振蕩器A均采用低噪聲恒溫晶體振蕩器。
[0014]所述波導(dǎo)調(diào)制器的工作頻率范圍為26GHz~40GHz或40GHz~60GHz。
[0015]所述波導(dǎo)調(diào)制器的調(diào)制度在10%~40%之間。
[0016]本發(fā)明所取得的有益效果為:
[0017]本發(fā)明所述波導(dǎo)調(diào)制器采用同一型號(hào)的微波混頻二極管陣列并排置于波導(dǎo)的E面，可實(shí)現(xiàn)低損耗、超高頻微波幅度或頻率調(diào)制；具有成本低、調(diào)制度高等優(yōu)點(diǎn)，除了可以用于等離子體電子密度分布的微波反射測量，還可以用于其它需要寬帶、高頻的微波調(diào)制系統(tǒng)；
[0018]本發(fā)明所述基于該波導(dǎo)調(diào)制器的寬帶調(diào)幅毫米波反射系統(tǒng)，通過對(duì)毫米波進(jìn)行高頻頻率和幅度調(diào)制，實(shí)現(xiàn)調(diào)幅或調(diào)頻微波反射測量，通過寬帶檢波和調(diào)諧選頻放大，提出調(diào)制時(shí)的中頻信號(hào)，比較測量中頻信號(hào)與參考中頻信號(hào)的相位差可以獲得微波傳輸?shù)臅r(shí)間，進(jìn)而可以反演出反射面的位置及反射面的擾動(dòng)變化。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明所述基于矩形波導(dǎo)的寬帶、低損耗、高頻微波調(diào)制器示意圖；
[0020]圖2為本發(fā)明所述基于波導(dǎo)調(diào)制技術(shù)的寬帶調(diào)幅毫米波反射系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖中:1、微波源；2、波導(dǎo)調(diào)制器；3、微波放大器；4、微波檢波器；5、選頻放大器；
6、下變頻器A ;7、帶通濾波器A ;8、視頻檢波器；9、鑒相器；10、石英晶體振蕩器A ;11、石英晶體振蕩器B ;12、功率放大器；13、等離子體；14、喇叭天線；15、下變頻器Β;16、帶通濾波器B。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，以在HL-2A托卡馬克上的調(diào)幅微波反射診斷為例。
[0023]如圖1所示，本發(fā)明所述波導(dǎo)調(diào)制器采用同一型號(hào)的微波混頻二極管陣列(如三個(gè))并排置于波導(dǎo)的E面，實(shí)現(xiàn)低損耗、超高頻微波幅度或頻率調(diào)制。
[0024]如圖2所示，本發(fā)明所述基于該波導(dǎo)調(diào)制器的寬帶調(diào)幅毫米波反射系統(tǒng)包括微波源1、波導(dǎo)調(diào)制器2、微波放大器3、微波檢波器4、選頻放大器5、下變頻器Α6、帶通濾波器Α7、視頻檢波器8、鑒相器9、石英晶體振蕩器Α10、石英晶體振蕩器Β11、功率放大器12、喇叭天線14、下變頻器Β15、帶通濾波器Β16 ;所述石英晶體振蕩器Bll的輸出端與功率放大器12的輸入端連接，功率放大器12的輸出端與波導(dǎo)調(diào)制器2的中頻輸入端連接，微波源I與波導(dǎo)調(diào)制器2的微波輸入端連接，波導(dǎo)調(diào)制器2的輸出端與微波放大器3的輸入端連接，微波放大器3的輸出端與喇叭天線14連接；微波檢波器4的輸出端與選頻放大器5的輸入端連接，選頻放大器5的輸出端與下變頻器Α6連接，石英晶體振蕩器Bll的輸出端還與下變頻器Β15連接，石英晶體振蕩器AlO分別與下變頻器Α6和下變頻器Β15連接，下變頻器Α6的輸出端與帶通濾波器A7的輸入端連接，帶通濾波器A7的輸出端分別與鑒相器9和視頻檢波器8連接，下變頻器B15的輸出端與帶通濾波器B16的輸入端連接，帶通濾波器B16的輸出端與鑒相器9連接；
[0025]所述微波源I的功率在5(Tl00mW之間，頻率范圍為26GHz~40GHz或40GHz~60GHz ；
[0026]所述波導(dǎo)調(diào)制器2的工作頻率范圍為26GHz~40GHz或40GHz~60GHz，其主要由微波混頻二極管的工作頻率和波導(dǎo)尺寸決定；插入損耗主要由置于波導(dǎo)中的微波混頻二極管的數(shù)量與排列方式?jīng)Q定，最小可控制在7dB左右；調(diào)制度在10%~40%之間；微波的調(diào)制度主要由石英晶體振蕩器Bll產(chǎn)生的中頻信號(hào)的功率和頻率決定，當(dāng)中頻信號(hào)的頻率為250MHz左右，輸出功率為IW時(shí)，微波的幅 度調(diào)制度可達(dá)到30%以上。
[0027]所述石英晶體振蕩器Bll的輸出頻率范圍為200ΜΗζ~300ΜΗζ ；
[0028]所述石英晶體振蕩器AlO的輸出頻率比石英晶體振蕩器Bll的輸出頻率小2ΜΗζ"5ΜΗζ ；
[0029]所述石英晶體振蕩器Β11、石英晶體振蕩器AlO均采用低噪聲恒溫晶體振蕩器，以提聞?目噪比；
[0030]工作時(shí)，石英晶體振蕩器Bll產(chǎn)生中頻信號(hào)，其中一路經(jīng)功率放大器12進(jìn)行功率放大，功率放大器12的輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)波導(dǎo)調(diào)制器2，對(duì)微波源I發(fā)出的微波信號(hào)進(jìn)行幅度調(diào)制，調(diào)制后的微波信號(hào)經(jīng)微波放大器3進(jìn)行放大后通過喇叭天線14發(fā)射；微波檢波器4對(duì)從等離子體13反射回來的微波進(jìn)行檢波，再通過選頻放大器5測量調(diào)幅包絡(luò)波，下變頻器Α6對(duì)選頻放大器5的輸出信號(hào)和石英晶體振蕩器AlO產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行混頻,下變頻器Β15對(duì)石英晶體振蕩器Bll產(chǎn)生的另一路中頻信號(hào)和石英晶體振蕩器AlO產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行混頻，兩路混頻信號(hào)分別經(jīng)帶通濾波器Α7、帶通濾波器Β16進(jìn)行濾波，濾波后的兩路低頻信號(hào)分別輸入鑒相器9，在鑒相器9中比較差頻后的中頻信號(hào)的相位，獲得微波在等離子體中的傳播相位差，即微波在等離子體中傳播的時(shí)間延遲，最后經(jīng)系統(tǒng)標(biāo)定、模擬計(jì)算和阿貝爾反演，獲得所求的電子密度分布和擾動(dòng)；在測量通道還可以引出幅度信號(hào)Α，通過視頻檢波器8進(jìn)行檢波，以測量反射擾動(dòng)信號(hào)強(qiáng)弱。
【權(quán)利要求】
1.一種波導(dǎo)調(diào)制器，其特征在于:其采用同一型號(hào)的微波混頻二極管陣列并排置于波導(dǎo)的E面形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的波導(dǎo)調(diào)制器，其特征在于:所述的微波混頻二極管的數(shù)量為三個(gè)。
3.一種基于波導(dǎo)調(diào)制技術(shù)的寬帶調(diào)幅毫米波反射系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括微波源(I)、波導(dǎo)調(diào)制器(2)、微波放大器(3)、微波檢波器(4)、選頻放大器(5)、下變頻器A (6)、帶通濾波器A (7)、鑒相器(9)、石英晶體振蕩器A (10)、石英晶體振蕩器B (11)、功率放大器(12)、喇叭天線(14)、下變頻器B (15)、帶通濾波器B (16);所述石英晶體振蕩器B (11)的輸出端與功率放大器(12)的輸入端連接，功率放大器(12)的輸出端與波導(dǎo)調(diào)制器(2)的中頻輸入端連接，微波源(I)與波導(dǎo)調(diào)制器(2)的微波輸入端連接，波導(dǎo)調(diào)制器(2)的輸出端與微波放大器(3)的輸入端連接，微波放大器(3)的輸出端與喇叭天線(14)連接；微波檢波器(4)的輸出端與選頻放大器(5)的輸入端連接，選頻放大器(5)的輸出端與下變頻器A(6)連接，石英晶體振蕩器B (11)的輸出端還與下變頻器B (15)連接，石英晶體振蕩器A(10)分別與下變頻器A (6)和下變頻器B (15)連接，下變頻器A (6)與帶通濾波器A (7)的輸入端連接，帶通濾波器A (7)的輸出端與鑒相器(9)連接，下變頻器B (15)與帶通濾波器B (16)的輸入端連接，帶通濾波器B (16)的輸出端與鑒相器(9)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于波導(dǎo)調(diào)制技術(shù)的寬帶調(diào)幅毫米波反射系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)還包括視頻檢波器(8)，所述帶通濾波器A (7)的輸出端還與視頻檢波器(8)連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于波導(dǎo)調(diào)制技術(shù)的寬帶調(diào)幅毫米波反射系統(tǒng)，其特征在于:所述微波源(I)的功率在5(Tl 00mW之間，頻率范圍為26GHz~40GHz或40GHz~60GHz。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于波導(dǎo)調(diào)制技術(shù)的寬帶調(diào)幅毫米波反射系統(tǒng)，其特征在于:所述石英晶體振蕩器B (11)的輸出頻率范圍為200MHz~300MHz。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于波導(dǎo)調(diào)制技術(shù)的寬帶調(diào)幅毫米波反射系統(tǒng)，其特征在于:所述石英晶體振蕩器A (10)的輸出頻率比石英晶體振蕩器B (11)的輸出頻率小2MHz"5MHzo
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于波導(dǎo)調(diào)制技術(shù)的寬帶調(diào)幅毫米波反射系統(tǒng)，其特征在于:所述石英晶體振蕩器B (11)、石英晶體振蕩器A (10)均采用低噪聲恒溫晶體振蕩器。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于波導(dǎo)調(diào)制技術(shù)的寬帶調(diào)幅毫米波反射系統(tǒng)，其特征在于:所述波導(dǎo)調(diào)制器(2)的工作頻率范圍為26GHz~40GHz或40GHz~60GHz。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于波導(dǎo)調(diào)制技術(shù)的寬帶調(diào)幅毫米波反射系統(tǒng)，其特征在于:所述波導(dǎo)調(diào)制器(2)的調(diào)制度在10%~40%之間。
【文檔編號(hào)】H03D7/04GK103532492SQ201210224788
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2012年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月2日
【發(fā)明者】石中兵, 劉澤田, 丁玄同 申請(qǐng)人:核工業(yè)西南物理研究院