CN202818230U - 一种基于波导调制技术的宽带调幅毫米波反射系统 - Google Patents

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石中兵
刘泽田
丁玄同
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本实用新型属于核聚变等离子体微波诊断技术领域，具体涉及一种基于矩形波导的宽带、低损耗、高频微波调制器及基于该波导调制器的宽带调幅毫米波反射系统。其中石英晶体振荡器B与功率放大器连接，功率放大器与波导调制器中频输入端连接，微波源与波导调制器微波输入端连接，波导调制器与微波放大器连接，微波放大器与喇叭天线连接；微波检波器与选频放大器连接，选频放大器与下变频器A连接，石英晶体振荡器B与下变频器B连接，石英晶体振荡器A分别与下变频器A和下变频器B连接，下变频器A与带通滤波器A连接，带通滤波器A与鉴相器连接，下变频器B与带通滤波器B连接，带通滤波器B与鉴相器连接。本实用新型可实现低损耗、超高频微波幅度调制。

Description

一种基于波导调制技术的宽带调幅毫米波反射系统
技术领域
本实用新型属于核聚变等离子体微波诊断技术领域，具体涉及一种基于矩形波导的宽带、低损耗、高频微波调制器及基于该波导调制器的宽带调幅毫米波反射系统。
背景技术
等离子体电子密度和温度是受控核聚变实验研究中等离子体磁流体不稳定性，电子热输运，粒子输运，湍流，高约束模式运行以及等离子体剖面控制与运行的最关键的物理参量之一。微波诊断可以深入等离子体内部测量高时空分辨的电子密度和电子温度分布与扰动，它是当前在世界上主要几个聚变装置优先发展的先进诊断技术之一。为实现等离子体内部电子密度与温度分布测量，需要高频超宽带微波频率调制器件。
目前微波诊断测量等离子体电子密度分布主要有调频和调幅两种调制方式。微波反射诊断的调制频率受聚变等离子体装置尺寸和等离子体的湍流等因素决定。对于HL-2A托卡马克，调幅微波反射诊断的调制频率必须选择在200MHz-300MHz左右。目前国内外绝大多数宽带毫米波微波频率源在调频和调幅工作模式下的调制频率大约为1MHz左右，个别能达到10MHz的微波源，随着频率的增加，调制度越来越小，因此这些毫米波频率源不能直接用于在受控聚变装置上的调幅或调频微波反射测量。
发明内容
本实用新型的目的在于针对毫米波源调制频率较低、带宽较窄的限制，提供一种基于矩形波导的宽带、低损耗、高频微波调制器及基于该波导调制器的宽带调幅毫米波反射系统，在毫米波矩形波导中实现高频宽带微波频率与幅度调制，并将其应用到微波反射测量系统中。
为达到上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：
一种波导调制器，其采用同一型号的微波混频二极管阵列并排置于波导的E面形成。
所述的微波混频二极管的数量为三个。
一种基于波导调制技术的宽带调幅毫米波反射系统，该系统包括微波源、波导调制器、微波放大器、微波检波器、选频放大器、下变频器A、带通滤波器A、鉴相器、石英晶体振荡器A、石英晶体振荡器B、功率放大器、喇叭天线、下变频器B、带通滤波器B；所述石英晶体振荡器B的输出端与功率放大器的输入端连接，功率放大器的输出端与波导调制器的中频输入端连接，微波源与波导调制器的微波输入端连接，波导调制器的输出端与微波放大器的输入端连接，微波放大器的输出端与喇叭天线连接；微波检波器的输出端与选频放大器的输入端连接，选频放大器的输出端与下变频器A连接，石英晶体振荡器B的输出端还与下变频器B连接，石英晶体振荡器A分别与下变频器A和下变频器B连接，下变频器A与带通滤波器A的输入端连接，带通滤波器A的输出端与鉴相器连接，下变频器B与带通滤波器B的输入端连接，带通滤波器B的输出端与鉴相器连接。
该系统还包括视频检波器，所述带通滤波器A的输出端还与视频检波器连接。
所述微波源的功率在50~100mW之间，频率范围为26GHz~40GHz或40GHz~60GHz。
所述石英晶体振荡器B的输出频率范围为200MHz~300MHz。
所述石英晶体振荡器A的输出频率比石英晶体振荡器B的输出频率小2MHz~5MHz。
所述石英晶体振荡器B、石英晶体振荡器A均采用低噪声恒温晶体振荡器。
所述波导调制器的工作频率范围为26GHz~40GHz或40GHz~60GHz。
所述波导调制器的调制度在10%~40%之间。
本实用新型所取得的有益效果为：
本实用新型所述波导调制器采用同一型号的微波混频二极管阵列并排置于波导的E面，可实现低损耗、超高频微波幅度或频率调制；具有成本低、调制度高等优点，除了可以用于等离子体电子密度分布的微波反射测量，还可以用于其它需要宽带、高频的微波调制系统；
本实用新型所述基于该波导调制器的宽带调幅毫米波反射系统，通过对毫米波进行高频频率和幅度调制，实现调幅或调频微波反射测量，通过宽带检波和调谐选频放大，提出调制时的中频信号，比较测量中频信号与参考中频信号的相位差可以获得微波传输的时间，进而可以反演出反射面的位置及反射面的扰动变化。
附图说明
图1为本实用新型所述基于矩形波导的宽带、低损耗、高频微波调制器示意图；
图2为本实用新型所述基于波导调制技术的宽带调幅毫米波反射系统结构图；
图中：1、微波源；2、波导调制器；3、微波放大器；4、微波检波器；5、选频放大器；6、下变频器A；7、带通滤波器A；8、视频检波器；9、鉴相器；10、石英晶体振荡器A；11、石英晶体振荡器B；12、功率放大器；13、等离子体；14、喇叭天线；15、下变频器B；16、带通滤波器B。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明，以在HL-2A托卡马克上的调幅微波反射诊断为例。
如图1所示，本实用新型所述波导调制器采用同一型号的微波混频二极管阵列（如三个）并排置于波导的E面，实现低损耗、超高频微波幅度或频率调制。
如图2所示，本实用新型所述基于该波导调制器的宽带调幅毫米波反射系统包括微波源1、波导调制器2、微波放大器3、微波检波器4、选频放大器5、下变频器A6、带通滤波器A7、视频检波器8、鉴相器9、石英晶体振荡器A10、石英晶体振荡器B11、功率放大器12、喇叭天线14、下变频器B15、带通滤波器B16；所述石英晶体振荡器B11的输出端与功率放大器12的输入端连接，功率放大器12的输出端与波导调制器2的中频输入端连接，微波源1与波导调制器2的微波输入端连接，波导调制器2的输出端与微波放大器3的输入端连接，微波放大器3的输出端与喇叭天线14连接；微波检波器4的输出端与选频放大器5的输入端连接，选频放大器5的输出端与下变频器A6连接，石英晶体振荡器B11的输出端还与下变频器B15连接，石英晶体振荡器A10分别与下变频器A6和下变频器B15连接，下变频器A6的输出端与带通滤波器A7的输入端连接，带通滤波器A7的输出端分别与鉴相器9和视频检波器8连接，下变频器B15的输出端与带通滤波器B16的输入端连接，带通滤波器B16的输出端与鉴相器9连接；
所述微波源1的功率在50~100mW之间，频率范围为26GHz~40GHz或40GHz~60GHz；
所述波导调制器2的工作频率范围为26GHz~40GHz或40GHz~60GHz，其主要由微波混频二极管的工作频率和波导尺寸决定；插入损耗主要由置于波导中的微波混频二极管的数量与排列方式决定，最小可控制在7dB左右；调制度在10%~40%之间；微波的调制度主要由石英晶体振荡器B11产生的中频信号的功率和频率决定，当中频信号的频率为250MHz左右，输出功率为1W时，微波的幅度调制度可达到30%以上。
所述石英晶体振荡器B11的输出频率范围为200MHz~300MHz；
所述石英晶体振荡器A10的输出频率比石英晶体振荡器B11的输出频率小2MHz~5MHz；
所述石英晶体振荡器B11、石英晶体振荡器A10均采用低噪声恒温晶体振荡器，以提高信噪比；
工作时，石英晶体振荡器B11产生中频信号，其中一路经功率放大器12进行功率放大，功率放大器12的输出信号驱动波导调制器2，对微波源1发出的微波信号进行幅度调制，调制后的微波信号经微波放大器3进行放大后通过喇叭天线14发射；微波检波器4对从等离子体13反射回来的微波进行检波，再通过选频放大器5测量调幅包络波，下变频器A6对选频放大器5的输出信号和石英晶体振荡器A10产生的信号进行混频，下变频器B15对石英晶体振荡器B11产生的另一路中频信号和石英晶体振荡器A10产生的信号进行混频，两路混频信号分别经带通滤波器A7、带通滤波器B16进行滤波，滤波后的两路低频信号分别输入鉴相器9，在鉴相器9中比较差频后的中频信号的相位，获得微波在等离子体中的传播相位差，即微波在等离子体中传播的时间延迟，最后经系统标定、模拟计算和阿贝尔反演，获得所求的电子密度分布和扰动；在测量通道还可以引出幅度信号A，通过视频检波器8进行检波，以测量反射扰动信号强弱。

Claims (10)

1.一种基于波导调制技术的宽带调幅毫米波反射系统，其特征在于：该系统包括微波源（1）、波导调制器（2）、微波放大器（3）、微波检波器（4）、选频放大器（5）、下变频器A（6）、带通滤波器A（7）、鉴相器（9）、石英晶体振荡器A（10）、石英晶体振荡器B（11）、功率放大器（12）、喇叭天线（14）、下变频器B（15）、带通滤波器B（16）；所述石英晶体振荡器B（11）的输出端与功率放大器（12）的输入端连接，功率放大器（12）的输出端与波导调制器（2）的中频输入端连接，微波源（1）与波导调制器（2）的微波输入端连接，波导调制器（2）的输出端与微波放大器（3）的输入端连接，微波放大器（3）的输出端与喇叭天线（14）连接；微波检波器（4）的输出端与选频放大器（5）的输入端连接，选频放大器（5）的输出端与下变频器A（6）连接，石英晶体振荡器B（11）的输出端还与下变频器B（15）连接，石英晶体振荡器A（10）分别与下变频器A（6）和下变频器B（15）连接，下变频器A（6）与带通滤波器A（7）的输入端连接，带通滤波器A（7）的输出端与鉴相器（9）连接，下变频器B（15）与带通滤波器B（16）的输入端连接，带通滤波器B（16）的输出端与鉴相器（9）连接。 
2.根据权利要求1所述的基于波导调制技术的宽带调幅毫米波反射系统，其特征在于：该系统还包括视频检波器（8），所述带通滤波器A（7）的输出端还与视频检波器（8）连接。 
3.根据权利要求1所述的基于波导调制技术的宽带调幅毫米波反射系统，其特征在于：所述微波源（1）的功率在50~100mW之间，频率范围为26GHz~40GHz或40GHz~60GHz。 
4.根据权利要求1所述的基于波导调制技术的宽带调幅毫米波反射系统，其特征在于：所述石英晶体振荡器B（11）的输出频率范围为200MHz~300MHz。 
5.根据权利要求1所述的基于波导调制技术的宽带调幅毫米波反射系统，其特征在于：所述石英晶体振荡器A（10）的输出频率比石英晶体振荡器B（11）的输出频率小2MHz~5MHz。 
6.根据权利要求1所述的基于波导调制技术的宽带调幅毫米波反射系统，其特征在于：所述石英晶体振荡器B（11）、石英晶体振荡器A（10）均采用低噪声恒温晶体振荡器。 
7.根据权利要求1所述的基于波导调制技术的宽带调幅毫米波反射系统，其特征在于：所述波导调制器（2）的工作频率范围为26GHz~40GHz或40GHz~60GHz。 
8.根据权利要求1所述的基于波导调制技术的宽带调幅毫米波反射系统，其特征在于：所述波导调制器（2）的调制度在10%~40%之间。 
9.根据权利要求1所述的基于波导调制技术的宽带调幅毫米波反射系统，其特征在于：所述波导调制器（2）采用同一型号的微波混频二极管阵列并排置于波导的E面形成。 
10.根据权利要求9所述的基于波导调制技术的宽带调幅毫米波反射系统，其特征在于：所述微波混频二极管的数量为三个。 
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