基于自激振荡微波源的多道微波多普勒反射计制造技术

本发明专利技术属于核聚变等离子体微波诊断领域，具体为基于自激振荡微波源的多道微波多普勒反射计包括三个多工器、其中两路多工器之间的一组微波放大器和一组微波功分器，以及第二多工器和第三多工器之间的一组微波正交混频器、一组低通滤波器和一组视频放大器；由微波放大器组、微波功分器组、多工器组和定向耦合器等组成的环回路自激振荡同时产生多个微波频率，经微波隔离器后，从发射天线的输出端向等离子体发射微波信号，接收天线输入端接收从等离子体反射的微波信号，接收天线的输出端依次与微波隔离器、多工器和微波正交解调器连接。本装置成本低、频率稳定度和功率平坦度高、维护简单，研制周期短等优点。

Multichannel microwave Doppler reflectometer based on self oscillating microwave source

【技术实现步骤摘要】
基于自激振荡微波源的多道微波多普勒反射计
本专利技术属于核聚变等离子体微波诊断领域，具体涉及多普勒反射计。
技术介绍
微波多普勒反射计是测量等离子体湍流和旋转径向分布的一种重要诊断手段。这种技术最早于上世纪九十年代开始在AUG、JT-II、ToreSupra等装置上应用于等离子体物理实验研究。由于测量位置与微波的频率一一对应，即一个频率只能实现一个空间点的测量，早期发展的反射计系统都只能发射一个频率，实现一个径向位置测量。为了实现空间分布测量，只能通过系统步进扫频，由于一个完整的步进扫频周期通常需要好几十毫秒到几百毫秒，因此扫频方式测量的空间分布不是同时的，它有一个假定前提，即在扫频期间等离子体湍流和旋转没有变化。但是实际上等离子体的旋转和湍流变化的非常快，例如在不同放电约束模式转换过程中，其变化时间达到微秒量级，因此用微波源扫频方式测量的空间分布有时会不准确，其严谨性经常受到科学家的质疑。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于自激振荡微波源的多道微波多普勒反射计，能够同时实现多个空间点的等离子体旋转速度和湍流分布测量。本专利技术的技术方案如下：基于自激振荡微波源的多道微波多普勒反射计，包括第一多工器、第二多工器，以及上述两路多工器之间的一组微波放大器和一组微波功分器，还包括第三多工器，以及第二多工器和第三多工器之间的一组微波正交混频器、一组低通滤波器和一组视频放大器；所述的第一多工器有一个输入端、N个输出端；所述的微波放大器有一个输入端、一个输出端；>所述的微波功分器有一个输入端、两个输出端，即第一输出端和第二输出端；所述的第二多工器有N个输入端、一个输出端；所述的第三多工器有N个输出端、一个输入端；所述的微波正交混频器有两个输入端，即本振输入端和射频输入端，一个输出端；所述的微波放大器、微波功分器、微波正交混频器、低通滤波器和视频放大器数量相同，均为N；所述的第一多工器的输出端与各个微波放大器的输入端连接，各个微波放大器的输出端与对应的微波功分器的输入端连接，每个微波功分器组的第一输出端与对应的第二多工器的输入端连接，每个微波功分器的第二输出端连接微波正交混频器的本振输入端，微波正交混频器的输出端与低通滤波器的输入端连接，低通滤波器的输出端与视频放大器的输入端连接，每个微波正交混频器的射频输入端与对应的第三多工器的输出端连接。所述的多普勒反射计还包括定向耦合器、第一微波隔离器和微波反射天线；第二多工器的输出端与定向耦合器的输入端连接，定向耦合器的耦合端与第一多工器的输入端连接，定向耦合器的输出端与第一微波隔离器的输入端连接，微波隔离器的输出端与微波反射天线连接，微波反射天线的输出端向待测量目标发射微波信号。所述的定向耦合器的耦合度为6-20dB。所述的第一微波隔离器的隔离度为25～50dB。所述的多普勒反射计还包括微波接收天线和第二微波隔离器；所述的第二微波隔离器的输出端与第三多工器输入端连接，微波接收天线的输出端与第二微波隔离器的输入端连接，微波接收天线的输入端接收从待测量目标反射的微波信号。所述的第二微波隔离器隔离度为25～50dB。N＝8。所述的多工器，即第一多工器、第二多工器和第三多工器为频率选择器。每个多工器的每个输出端口的带通滤波频率带宽互不叠加之间，相互的隔离度为到40～100dB。所述的第一多工器用于将第二多工器合成的微波信号，按各自频率分开给微波放大器进行选频放大，所述第二多工器用于将微波放大器输出的多个频率阵列信号合路为一路。本专利技术的显著效果如下：由微波放大器组、微波功分器组、多工器组和定向耦合器等组成的环回路自激振荡同时产生多个微波频率，经微波隔离器后，从发射天线的输出端向等离子体发射微波信号，接收天线输入端接收从等离子体反射的微波信号，接收天线的输出端依次与微波隔离器、多工器和微波正交解调器连接，微波正交解调器的输出依次与低通滤波器、视频放大器和数据采集处理系统连接。该系统具有成本低、频率稳定度和功率平坦度高、维护简单，研制周期短等优点。本装置能够同时测量多个空间点的等离子体旋转速度和湍流分布。由于系统的测量区域受微波源的工作频率决定，在适当范围内，通过调节多工器的参数，可以改变自激振荡微波的输出频率，从而改变测量区域。本装置除了能够用于等离子体的湍流和旋转速度分布测量外，还能用于抗干扰微波多普勒雷达，以及其他领域的测量和分析，如天体等离子体、运动目标速度测量等。由于本系统含有多个频率同时测量，能覆盖很宽的频率范围，如在军事上对同一飞行目标的多频率同时测量，具有强的抗干扰能力。附图说明图1为基于自激振荡微波源的多道微波多普勒反射计示意图；图中：1.第一多工器，2.微波放大器，3.微波功分器，4.第二多工器，5.定向耦合器，6.第一微波隔离器，7.微波发射天线，8.微波接收天线，9.第二微波隔离器，10.第三多工器，11.微波正交混频器，12.低通滤波器，13.视频放大器，14.数据采集处理系统。具体实施方式下面通过附图及具体实施方式对本专利技术作进一步说明。部件名称中所谓的“第一”、“第二”、“第三”等并不代表任何逻辑上的先后关系，仅仅是为了区分系统中包括的相同的部件。如图1所示，基于自激振荡微波源的多道微波多普勒反射计包括第一多工器1、第二多工器4，以及两路多工器之间的一组微波放大器2和一组微波功分器3。还包括第三多工器10，以及第二多工器4和第三多工器10之间的一组微波正交混频器11、一组低通滤波器12和一组视频放大器13。第一多工器1有一个输入端、多个输出端(数量与微波放大器2/微波功分器3相同)；每个微波放大器2有一个输入端一个输出端；每个微波功分器3有一个输入端，两个输出端(第一输出端和第二输出端)；第二多工器4有多个输入端(数量与微波放大器2/微波功分器3相同)，一个输出端。第三多工器10有多个输出端(数量与微波放大器2/微波功分器3/微波正交混频器11相同)，一个输入端。微波正交混频器11有两个输入端(本振输入端和射频输入端)，一个输出端。第一多工器1的输出端与各个微波放大器2的输入端连接，各个微波放大器2的输出端与对应的微波功分器3的输入端连接，每个微波功分器组3的第一输出端与对应的第二多工器4的输入端连接，每个微波功分器3的第二输出端连接微波正交混频器11的本振输入端。微波正交混频器11的输出端与低通滤波器12的输入端连接，低通滤波器12的输出端与视频放大器13的输入端连接，视频放大器13的输出端连接现有成熟的数据采集处理系统14，进行数据处理。每个微波正交混频器11的射频输入端与对应的第三多工器10的输出端连接。该反射计还包括定向耦合器5、第一微波隔离器6和微波反射天线7。第二多工器4的输出端与定向耦合器5的输入端连接，定向耦合器5的耦合端与第一多工器1的输入端连接。定向耦合器5的输出端与第一微波隔离器6的输入端连接，微波隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于自激振荡微波源的多道微波多普勒反射计，其特征在于：包括第一多工器(1)、第二多工器(4)，以及上述两路多工器之间的一组微波放大器(2)和一组微波功分器(3)，还包括第三多工器(10)，以及第二多工器(4)和第三多工器(10)之间的一组微波正交混频器(11)、一组低通滤波器(12)和一组视频放大器(13)；/n所述的第一多工器(1)有一个输入端、N个输出端；/n所述的微波放大器(2)有一个输入端、一个输出端；/n所述的微波功分器(3)有一个输入端、两个输出端，即第一输出端和第二输出端；/n所述的第二多工器(4)有N个输入端、一个输出端；/n所述的第三多工器(10)有N个输出端、一个输入端；/n所述的微波正交混频器(11)有两个输入端，即本振输入端和射频输入端，一个输出端；/n所述的微波放大器(2)、微波功分器(3)、微波正交混频器(11)、低通滤波器(12)和视频放大器(13)数量相同，均为N；/n所述的第一多工器(1)的输出端与各个微波放大器(2)的输入端连接，各个微波放大器(2)的输出端与对应的微波功分器(3)的输入端连接，每个微波功分器(3)的第一输出端与对应的第二多工器(4)的输入端连接，每个微波功分器(3)的第二输出端连接微波正交混频器(11)的本振输入端，微波正交混频器(11)的输出端与低通滤波器(12)的输入端连接，低通滤波器(12)的输出端与视频放大器(13)的输入端连接，每个微波正交混频器(11)的射频输入端与对应的第三多工器(10)的输出端连接。/n...

【技术特征摘要】
1.基于自激振荡微波源的多道微波多普勒反射计，其特征在于：包括第一多工器(1)、第二多工器(4)，以及上述两路多工器之间的一组微波放大器(2)和一组微波功分器(3)，还包括第三多工器(10)，以及第二多工器(4)和第三多工器(10)之间的一组微波正交混频器(11)、一组低通滤波器(12)和一组视频放大器(13)；
所述的第一多工器(1)有一个输入端、N个输出端；
所述的微波放大器(2)有一个输入端、一个输出端；
所述的微波功分器(3)有一个输入端、两个输出端，即第一输出端和第二输出端；
所述的第二多工器(4)有N个输入端、一个输出端；
所述的第三多工器(10)有N个输出端、一个输入端；
所述的微波正交混频器(11)有两个输入端，即本振输入端和射频输入端，一个输出端；
所述的微波放大器(2)、微波功分器(3)、微波正交混频器(11)、低通滤波器(12)和视频放大器(13)数量相同，均为N；
所述的第一多工器(1)的输出端与各个微波放大器(2)的输入端连接，各个微波放大器(2)的输出端与对应的微波功分器(3)的输入端连接，每个微波功分器(3)的第一输出端与对应的第二多工器(4)的输入端连接，每个微波功分器(3)的第二输出端连接微波正交混频器(11)的本振输入端，微波正交混频器(11)的输出端与低通滤波器(12)的输入端连接，低通滤波器(12)的输出端与视频放大器(13)的输入端连接，每个微波正交混频器(11)的射频输入端与对应的第三多工器(10)的输出端连接。


2.如权利要求1所述的基于自激振荡微波源的多道微波多普勒反射计，其特征在于：所述的多普勒反射计还包括定向耦合器(5)、第一微波隔离器(6)和微波反射天线(7)；第二多工器(4)的输出端与定向耦合器(5)的输入端连接，定向耦合器(5)的耦合端与第一多工器(1)的输入端连接，定向耦合器(5)的输出端与第一微波隔离器(6)的输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：石中兵，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：四川;51