Автореферат (1091232), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Для количественных оценокразрешающей способности проводился расчет поля зондирующегоизлучения, вводимого в камеру стелларатора. Расчет выполнялся дляH-плоскости СВЧ пучка методами гауссовой квазиоптики.Излучение рупора диагностики моделировалось с помощьюмногомодового приближения Гаусса-Лагерра. Для учета дифракцииизлучения на патрубке камеры использовалось разложение на системуплоских волн, с последующим дополнением такой группой отраженных от9стенок патрубка волн, при которой выполняются условия Дирихле дляэлектрического поля на стенках. Математически, выполнение этой операциисводится к манипуляциям с разложением Фурье электрического поля волны,падающей на торец патрубка.Рисунок 1. Принципиальная схема системы допплеровской рефлектометрии настеллараторе Л-2МРисунок 2. Общий вид лабораторного стенда для расчѐта антенной системы.Достоверность расчета подтверждалась стендовыми измерениямипространственного распределения плотности потока энергии зондирующегоизлучения.10На базе этого стенда проводилась проверка генератораэлектромагнитного излучения допплеровского рефлектометра на основедиода Ганна управляемого напряжением.
На рис.3. приведена АЧХгенератора (диода Ганна) и зависимость амплитуды на детекторе отнапряжения на генераторе экспериментально полученные с помощьюручного частотомера В-8-09.Для каждого значения напряжения на генератореизмерялась частота электромагнитного излучения и амплитуда на детекторе.Было установлено, что амплитуда напряжения на детекторной головке вканале рефлектометра меняется не линейно с ростом частоты. В связи с этимдля зондирования выбирались участки частотного диапазона диода Ганна снаиболее линейной зависимостью.Рисунок 3.
АЧХ генератора на основе диода Ганна и зависимость амплитуды надетекторе от напряжения на генераторе.В пункте 3.1.2 описывается расчѐт волноводно-штыревых фильтров.Три полосно-заграждающих фильтра (F2, F3, F4 на рис. 4) на основеполуволновых резонаторов были изготовлены из стандартных 8 ммволноводов. В волноводы перпендикулярно их длинной стороне введеныштыри из металла диаметром 0.9 мм.
Количество необходимых штырей былоопределено экспериментально для достижения необходимого коэффициентаподавления. В итоге в фильтр F2 вставлено 40 штырей, в фильтры F3 и F4 по30 штырей. Расстояние между неоднородностями рассчитывается, какполовина длины волны на частоте помехи в волноводе:,(1)√()где - длина волны на частоте помехи в волноводе; - диэлектрическаяпостоянная, так как в волноводе находится атмосферный газ то принимаем еѐравной 1;– длина волны на частоте помехи в вакууме;- критическая длина волны которая может распространяться в 8-ми мм11волноводе. Учитывая, что генератор излучает волну H10,в нашем случаеравно 14,4 мм.
Диаметры штырей a = 0,9 мм, расстояние между штырямисоставляет 2,07 мм.Рисунок 4. Принципиальная схема системы фильтрации допплеровскогорефлектометра. A – антенна; LS – система линз; F1 – фильтр на основе резонатораФабри-Перо; F2, F3, F4 – волноводно-штыревые фильтры; DC – направленныйответвитель; D1, D2 – детекторные головки, G – СВЧ генератор.В части 3.2.1 диссертационной работы описано численное моделирование исоздание фильтра из слюды на основе резонатора Фабри-Перо. В основеработы предложенного фильтра лежит резонатор-интерферометр ФабриПеро с двумя параллельными слюдяными пластинами. Резонансные свойстваопределяются интерференционными минимумами и максимумами,связанными с длиной резонатора d.
Для полосно-заграждающего фильтранеобходимо получить интерференционный минимум на частоте 75 ГГцФильтр с пятью резонаторами Фабри - Перо был выбран для использования всистеме фильтрации.Для использования в системе фильтрации также были использованыштыревые волноводные фильтры (рис. 5) с подавлением близким к 30 дБ начастотах 65-80 ГГц и фильтр резонатор Фабри-Перо (рис. 6) с пятью парамислюдяных пластин.Рисунок 5. Волноводно-штыревые фильтрыРисунок 6. СВЧ Фильтр наоснове резонатора Фабри-Перо12Численное моделирование фильтра на основе резонатора Фабри-Перобыло выполнено в системе автоматизированного проектирования (САПР)EMPro от компании Keysight Technologies. В трехмерной геометрии всистеме координат XYZ полосно-заграждающий фильтр представлен какнесколькопарсдвоенныхслюдяныхпластин,расположенныхпоследовательно на расстоянии l друг от друга.
Модель для расчѐтапредставляет собой 5 пар слюдяных пластин помещѐнных в коаксиальныйволновод перпендикулярно его оси, чтобы обеспечить распространение TEMволны. Расчет проводился методом конечных элементов (Finite ElementMethod – FEM) в блоке Agilent FEM Simulator, граничные условия на краяхсчѐтной области заданы идеальным согласованным слоем (Perfect MatchingLayer (PML)). C двух сторон от резонатора устанавливались волноводныепорты (рис.
7).Рисунок 7. Трѐхмерная геометрия СВЧ фильтра на основе резонатора Фабри-ПероТак же в третьей главе представлены экспериментально снятые сиспользованием AB Millimetre MVNA 8-350 GHz (Millimeter vector networkanalyzer), характеристики фильтров различного типа. Представленосравнениерасчѐтныхпоказателейфильтровсизмереннымиэкспериментально на стенде. На рис. 8 видно, что показатель подавлениясконструированного фильтра-резонатора хорошо совпадает с расчѐтным втребуемом диапазоне 70 – 80 ГГц.В конце главы делается вывод о том, что в ходе работы надоптимизацией допплеровского рефлектометра на стеллараторе Л-2М впервыебыл промоделирован и создан полосно-заграждающий фильтр для диапазона70 – 80 ГГц на основе резонатора Фабри-Перо (ФП) из сдвоенных слюдяныхпластин.
Были рассмотрены несколько вариантов расположения пластинрезонатора, из которых был выбран оптимальный, показывающий большеезатухание на основной частоте 75 ГГц для подавления и наименьшеезатухание для рабочего диапазона рефлектометра 30 - 40 ГГц. Совпадениеизмеренного коэффициента подавления фильтра СВЧ в заданной полосе13частот c расчѐтными показателями связано с хорошей точностью (до десятыхдолей мм) изготовления фильтра. Оказалось, что разница в десятые доли ммможет влиять на зону пропускания фильтра, поэтому в работе отмечаетсяважность точности изготовления резонатора. Стендовые измерения фильтраФП показали, коэффициент передачи для изготовленного фильтра составил-19,5 дБ на частоте 75 ГГц и оказался близок к расчѐтному -21,8 дБ (рис.
8).Рисунок 8. Уровень потерь в фильтре на основе резонатора Фабри-Перо.График 1 – Измеренное значение затухания фильтра,График 2 – Расчѐтное значение затухания модели фильтра.Первые эксперименты с использованием системы допплеровскогорефлектометра на установке показали, что благодаря оптимизации системыфильтров на стеллараторе Л-2М, обеспечивается подавление излучениягиротронов на уровень не менее 80 дБ. Стало возможным проведениеизмерений с использованием ЭЦР нагрева плазмы гиротронами симпульсной мощностью до 1 МВт.В разделе 3.3. Представлено описание системы сбора, хранения иобработки данных для системы допплеровской рефлектометрии, приводятсяхарактеристики используемого АЦП и способа передачи данных.
Такжеописывается разработанное программное обеспечение для анализадиагностических данных включающее в себя блоки Фурье-анализа и вейвлетанализа.В разделе 3.4. описан процесс установки новой системы допплеровскойрефлектометрии на стелларатор Л-2М для работы в условиях высокогоуровня ЭЦР нагрева.
Показаны части системы, требующие настройкинепосредственно перед экспериментальными измерениями. Указываютсяразработанные и модифицированные модули системы (С1, С2, С3 на рис.1).Четвѐртая глава посвящена исследованию турбулентности плазмы ианализу данных созданной системы допплеровской рефлектометрии длястелларатора Л-2М в условиях мощного ЭЦР-нагрева плазмы. Представленыэкспериментальные сигналы допплеровского рефлектометра в режимах с14ЭЦР нагревом различной мощности. Примеры диагностических сигналовдвух каналов допплеровского рефлектометра во время импульса гиротронапоказаны на рис.9. Видно, что после установки фильтра на основе резонатораФабри-Перо, уровень внешнего не информативного сигнала снизился доприемлемых для анализа значений.Рисунок 9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
