Свч-рефлектометр для диагностики плазмы

 

Изобретение предназначено для измерения расстояния до слоя плазмы с критической концентрацией (СПКК) в термоядерных установках. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет ослабления влияния изменений уровня отраженного от плазмы СВЧ-сигнала. СВЧ-рефлектометр содержит один СВЧ-генератор, частота которого поочередно меняется на несколько сот мегагерц и, кроме того, каждая из этих средних частот меняется по линейному закону. В результа на СВЧ-детекторе, включенном на выходе неравноплечего волноводного моста, возникают фазовые биения. В одно из плеч этого моста входит расстояние до СПКК. Сигнал с СВЧ-детектора поступает на входы коммутатора: на один непосредственно, а на другой через линию задержки. Коммутация производится одновременно с изменением средней частоты СВЧ-генератора. В результате на двух выходах коммутатора формируются два сигнала промежуточной частоты, каждый состоящий из чередования прямого сигнала и его копии, образованной в линии задержки. Выбором величины разности средних частот можно установить однозначное соответствие между индицируемой разностью фаз и измеряемым расстоянием до СПКК, что позволяет использовать этот рефлектометр в качестве датчика в системе управления режимом работы термоядерной установки. 2 ил.

сОюз сОВетсних

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„153652

А1 (51)5 Н 05 Н 1 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ пО и ОБРетениям и ОтнРытиям пРи Гннт сссР

1 (21) 4404895/24-25 (22) 18.01.88 (46) 15.01.90. Бюл. Р 2 (72) Н.И. Малых, А.Г. Нагорный и Е.С. Ямпольский (53) 533.9 (088.8) (56) Двухчастотный фазовый дальномер. — В кн.: Радиолокационные устройства / Под ред. В.В. Григорина-Рябова. - M.. Сов.радио, 1970, с. 23-24.

Скибенко А.И. и Фомин И.П. Рефлектометрия квазистационарной плазмы частотно-модулированными электромагнитными волнами= — Украинский физичес кий журнал, т.29, 1984 г., 9 11, .с. 1646-1650.

;(54) СВЧ-РЕФЛЕКТОМЕТР ДЛЯ ДИАГНОСТИ КИ ПЛАЗМЫ (57) Изобретение предназначено для измерения расстояния до слоя плазмы с критической концентрацией (СПКК) в термоядерных установках. Целью изобретения является повышение точности измерений за счет ослабления влияния изменений уровня отраженного от плазмы СВЧ-сигнала. СВЧ-рефлектометр содержит один СВЧ-генератор, частота

Изобретение относится к СВЧ-диагностике высокотемпературной плазмы в основном на больших термоядерных установках типа Токамак и может быть использовано для измерения расстояния до слоя плазмы с критической концентрацией по фазе отраженных от плазмы электромагнитных волн.

2 которого поочередно меняется на несколько сот мегагерц и, кроме того, каждая из этих средних частот меняется по линейному закону. В результате на СВЧ-детекторе, включенном на выходе неравноплечего волноводного моста, возникают фазовые биения. В одно из плеч этого моста входит расстояние до СПКК. Сигнал с СВЧ-детектора поступает на входы коммутатора: на один непосредственно, а на другой через линию задержки. Коммутация производится одновременно с измененйем средней частоты СВЧ-генера-. тора. В результате на двух выходах коммутатора формируются два сигнала промежуточной частоты, каждый состоящий из чередования прямого сигнала и его копии, образованной в линии задержки. Выбором величины разности средних частот можно установить однозначное соответствие между индицируемой разностью фаз и измеряемым расстоянием до СПКК, что позволяет использовать этот рефлектометр в качестве датчика в системе управления режимом работы термоядерной установки. 2 ил.

Цель изобретения — повышение точности измерений за счет ослабления влияния изменений уровня отраженного от плазмы СВЧ-сигнала.

На фиг ° 1 приведена блок-схема

СВЧ-рефлектометра;на фиг.2 — временные диаграммы, поясняющие его работу.

1536527

СВЧ-рефлектометр содержит СВЧ-ге- нератор 1, частота которого может меняться в широких пределах с помощью управляющего напряжения (например, лампу обратной волны), блок

2 питания, генератор 3 пилообразно" го напряжения, двойной тройник 4 с поршнем 5,длинную волноводную линию

6, приемопередающую антенну 7,слой

8 плазмы с критической -концентрацией, СВЧ-детектор 9, манипулятор 10 частоты, линию 11 задержки,„ коммутатор 12, усилители 13 и 14 промежуточной частоты с амплитудными ограничителями и преобразователь 15 фаза-напряжение.

Предлагаемый СВЧ-рефлектометр работает следующим образом.

Напряжение, с помощью которого модулируется частота СВЧ-генератора

1, представляет собой сумму двух сигналов меандра частотой Р, поступающего с манипулятора 10 и пилообразного напряжения частотой Fд

< 2Р д от генератора 3. Форма результирующего моделирующего сигнала

Представлена на фиг.2Î. Предусмотрена возможность независимой регу,)1ировки амплитуд меандра и пилообразных напряжений отдельно на каждом полупериоде меандра. Величину меандра выбирают такой, чтобы соответствующий ей скачок частоты генерации лампы обратной волны

ЬК = С/21 где С вЂ” скорость света; 1Π— расстояние до слоя плазмы с критической концентрацией.

Этим обеспечивается максимальная фазовая чувствительность при сохранении однозначного соответствия между измеряемым расстоянием и индицируемой фазой (например, для 1

0,5 м 6 f = 300 МГц). Во время каждого полупериода меандра частота

СВЧ-генератора меняется.по линейно- . му закону, при этом, на выходе СВЧдетектора возникают фазовые биения в виде отрезков синусоицы. Величину пилообразного напряжения выбирают такой, чтобы соответствующая ей девиация частоты Еf приводила к формированию на СВЧ-детекторе целого числа и периодов за половину периода меандра. При этом выполняется соотношение (2) 21оdf„= и С.

% = 4)-hf 1,, (3) 50 где

-flu

1 = J (! — N/1)/Nkp) а(1) 1.),(4)

N — концентрация плазмы /

N„ — критическая концентрация плазмы.

Для того, чтобы это соотношение не нарушалось при перемещениях СПКК, необходимо соблюдение условияЕ1>) 1 где )1 — разности длин плеч волноводного моста (например, для п

2 и 61 5 м, ДЕ„= 60 МГц). Возможная форма сигнала на СВЧ-детекторе представлена на фиг. 2б. Пакеты колебаний, отличающиеся на половину периода меандра, синфазны, а соседние пакеты колебаний, соответствующие разным частотам

СВЧ-генератора, могут начинаться в разных фазах. Разность фаз этих сигналов содержит информацию о расстоянии до слоя плазмы с критической концентрацией. Сигнал с СВЧ-детектора

10 подается на вход "а" коммутатора

12 непосредственно, а на вход "б" .через линию 11 задержки, в которой сигнал задерживается на время, равное.половине периода меандра. Коммутатор работает следующим образом.

В течение одной половины периода меандра вход "а" соединен с выходом "в", а вход "б" - с выходом "г".

В течение второй половины периода меандра вход "а" соединен с выходом "r" а вход "б" — с выходом

"в".В результате на выходах коммутатора формируются два непрерывных синусоидальных сигнала промежуточ35 ной частоты РЧ = 2F> (фиг 2в г).

Эти сигналы усиливаются и ограничиваются по амплитуде в усилителях промежуточной частоты. Одновременно полосовыми фильтрами в них устраняются коммутационные и некоторые другие помехи. После этого сигналы поступают в преобразователь фаза - напряжение °

Расстояние до слоя плазмы с критической концентрацией 1О по измеренной разности фаз ф можно найти из соотношения

1536527

Множитель I зависит только от формы распределения концентрации в переходном слое плазмы от ее границы до слоя плазмы с критической концентрацией.

Для установления пределов измерения, при которых максимальному ожидаемому значению 1, соответствовало бы изменение фазы Ф с 2н и для одновременного исключения из выражения (3) неизвестной величины h,f + можно воспользоваться, например следующим приемом. Периодически перемещая поршень 5 на некоторое расстояние й1 изменением амплитуды меандра устанавливают изменение фазы Ф„. При этом

Расчетная формула )к 1о 1к ° (6) Отсюда следует, что при калибровке следует устанавливать величину (7) Однозначность индикации позволяет использовать предлагаемый СВЧ-рефлектометр в качестве датчика в системе управления режимом работы термоядерной установки. Простота установки масштаба шкалы индикатора дает возt.èoæíoñòü использовать прибор в термоядерных установках различных размеров или в условиях сильно отличающихся параметров плазмы.

Формула изобретения

СВЧ-рефлектометр для диагностики плазмы, содержащий СВЧ-генератор с блоком питания, модулятор пилообразного напряжения, подключенный к вхо10 ду управления СВЧ-генератора, двойной тройник с отражающим поршнем, выход СВЧ-генератора соединен через двойной тройник с входом длинной волноводной линии с приемо-передающей антенной на конце и с входом СВЧ-детектора, соответственно, к выходу ко торого подключен коммутатор, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений эа счет

30 ослабления влияния изменений уровня отраженного от плазмы СВЧ-сигнала, в него введены манипулятор частоты

СВЧ-генератора, линия задержки,преобразователь фаза-напряжение и два

g5 усилителя промежуточной частоты с амплитудными ограничителями, а коммутатор выполнен двухканальным, при . этом один иэ входов коммутатора соединен с СВЧ-детектором непосредственно, а второй - через линию задержки, выходы коммутатора соединены с преобразователем фаза-напряжение через соответствующие усилители промежуточной частоты, первый и второй выходы манипулятора частоты подключены соответ35 ственно к входу управления СВЧ-генератора и управляющему входу коммутатора.

1536527 фМЯ

Составитель А. Ястребов

Техред М. Дидык КорректорВ. Гирняк

Редактор Л. Пчолинская

Заказ 116 Тираж 664 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 с

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101