Свч-рефлектометр для диагностики плазмы

(53) 533.9 (088.8) Г. Нагорный для измы с Цель изо точности изм- повышениеа счет ослабретени ерений я изме плазм бретение относится к ке высокотемпературно овном на больших терм овках типа Токамак и ьзовано для измерения о слоя плазмы с крит нтрацией по фазе отр 1 электромагнитных в й плазмы но нии уровня отСВЧ-сигнала. яде ения влия сн е раженного оНа фиг.1 СВЧ-рефлект менные диаг устан испол ния д я расческ на блок-схема а фиг,2 - вре оясняющие его при ведметрааммы,женных онце плазмьГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТпО иОБРетениям и ОтнРытиямПРИ Гкнт СССР(54) СВЧ-РЕФЛЕКТОМЕТР ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ ПЛАЗМЫ(57) Изобретение предназначеномерения расстояния до слоя плазкритической концентрацией (СПКК) втермоядерных установках. Целью изобретения является повышение точностиизмерений за счет ослабления влиянияизменений уровня отраженного от плазмы СВЧ-сигнала. СВЧ-рефлектометр содержит один СВЧ-генератор, частота которого поочередно меняется нанесколько сот мегагерц и, кроме того,каждая из этих средних частот меняется по линейному закону, В результате на СВЧ-детекторе, включенном навыходе неравноплечего волноводногомоста, 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 выходахкоммутатора формируются два сигналапромежуточной частоты, каждый состояпдй из чередования прямого сигнала и его копии, образованной в линии задержки. Выбором величины разности средних частот можно установить однозначное соответствие междуиндицируемой разностью фаз и измеряемым расстоянием до СПКК, что позволяет использовать этот рефлектометрв качестве датчика в системе управления режимом работы термоядерной установки. 2 ил,СВЧ-рефлектометр содержит СВЧ-ге-нератор 1, частота которого можетменяться в широких пределах с помоЩью управляющего напряжения (например, лампу обратной волны), блок2 питания, генератор 3 пилообразно"го напряжения, двойной тройник 4 споршнем 5,длинную волноводную линию6, приемопередающую антенну 7,слой8 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"рефлектометрработает следующим образом.Напряжение, с помощью которогомодулируется частота СВЧ-генератора1, представляет собой сумму двухсигналов меандра частотой Р , поступающего с манипулятора 10 и пилообразного напряжения частотой Гдф 2 Рот генератора 3. Форма результирующего моделирующего сигналаПредставлена на фиг.2 О, Предусмотрена возможность независимой регу,)1 ировки амплитуд меандра и пилообразных напряжений отдельно на каждом полупериоде меандра, Величинумеандра выбирают такой, чтобы соответствующий ей скачок частоты генерации лампы обратной волным= С 21 огде С - скорость света; 1 О - 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 О0,5 м Ь К = 300 МГц). Во время каждого полупериода меандра частота СВЧ-генератора меняется,по линейно- . му закону, при этом, на выходе СВЧ- детектора возникают фазовые биения в виде отрезков синусоицы, Величину пилообразного напряжения выбирают такой, чтобы соответствующая ей девиация частоты ЕГ приводила к формированию на СВЧ-детекторе целого числа и периодов за половину периода меандра. При этом выполняется соотношение% - 4 См 1 о й 50 где Б - концентрация плазмыИ - критическая концентрацияплазмы,Для того, чтобы это соотношениене нарушалось при перемещениях СПКК,необходимо соблюдение условияД 1 я) 1где 61 - разности длин плеч волноводного моста (например, для п "2 и Ь 15 м, ДЕ = 60 МГц). Возможная форма сигнала на СВЧ-детекторе представлена на фиг. 2 б, Пакеты колебаний, отличающиеся наполовину периода меандра, синфазны, а соседние пакеты колебаний,соответствующие разным частотамСВЧ-генератора, могут начинаться вразных фазах, Разность фаз этих сигналов содержит информацию о расстоя"нии до слоя плазмы с критической концентрацией. Сигнал с СВЧ-детектора10 подается на вход "а" коммутатора12 непосредственно, а на вход "б".через линию 11 задержки, в которойсигнал задерживается на время, равное.половине периода меандра. Коммутатор работает следующим образом.В течение одной половины периодамеандра вход "а" соединен с выходом "в", а вход "б" - с выходом "г".В течение второй половины периодамеандра вход "а" соединен с выходом "г", а вход "б" - с выходом"в".В результате на выходах коммутатора формируются два непрерывныхсинусоидальных сигнала промежуточной частоты Р = 2 Р (фиг,2 в,г).Эти сигналы усиливаются и ограничиваются по амплитуде в усилителяхпромежуточной частоты. Одновременнополосовыми фильтрами в них устраняются коммутационные и некоторые другие помехи. После этого сигналы поступают в преобразователь фаза - напряжениеРасстояние до слоя плазмы с критической концентрацией 1 О по измеренной разности фаз Ф можно найти изсоотношенияМножитель 1 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 9 с 2 и для одновременного исключения из выражения (3) неизвестной величины А 1можно воспользоваться, например следующим приемом. Периодически перемещая поршень 5 на некоторое расстояние Д 1 изменением амплитуды меандра устанавливают изменение фазы Ф, При этом Р = 4 п - Ь 1 к,(5) Расчетная формула Р фк1 о 1 к(6) Отсюда следует, что при калибровкеследует устанавливать величину фс -2 Т О 1 о(7) Однозначность индикации позволяет использовать предлагаемый СВЧ-рефлектометр в качестве датчика в системе управления режимом работы термоядерной установки. Простота установки масштаба шкалы индикатора дает воз- .можность использовать прибор в термоядерных установках различных размеров или в условиях сильно отличающихся параметров плазмы,5Формула и зобретенияСВЧ-рефлектометр для диагностикиплазмы, содержащий СВЧ-генератор сблоком питания, модулятор пилообразного напряжения, подключенный к входу управления СВЧ-генератора, двойнойтройник с отражающим поршнем, выход СВЧ-генератора соединен черездвойной тройник с входом длинной волноводной линии с приемо-передающейантенной на конце и с входом СВЧ-детектора, соответствейно, к выходу которого подключен коммутатор, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюповышения точности измерений эа счет 20 ослабления влияния изменений уровняотраженного от плазмы СВЧ-сигнала, внего введены манипулятор частотыСВЧ-генератора, линия задержки,преобразователь фаза"напряжение и два 25 усилителя промежуточной частоты самплитудными 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 промежуточнойчастоты, первый и второй выходы манипулятора частоты подключены соответ" 35ственно к входу управления СВЧ-генератора и управляющему входу коммутатора.1536527 А. Ястребовк КорректорВ. Гири СоставительРедактор Л, Пчолинская ТехредМ.Дид Производственно-издательский комбинат "Пате акаэ 116НИИПИ Госу Тираж 664 твенного комитета по изобретени 113035, Москва, Ж, Раушская сПодписное и открытиям при ГКНТ СССР аб д. 4/5 г. Ужгород, ул. Гагарин