EAST托卡马克稳态高功率低杂波功率调制装置的制作方法

本发明涉及稳态高功率微波控制技术领域，具体是一种east托卡马克稳态高功率低杂波功率调制装置。

背景技术：

目前国内外的托卡马克装置上普遍采用高功率微波（低杂波）来进行等离子体加热和电流驱动，在我国世界第一台全超导托卡马克装置east上，也利用高功率微波来驱动等离子体并开展实验研究。该低杂波系统是由多只速调管组成的稳态高功率微波系统，微波功率通过多结波导阵天线耦合到等离子体中。不同物理实验对低杂波功率提出了不同的要求，低杂波功率调制是其中应用广泛的一种模式。

east装置低杂波原有调制系统功能不能满足实验的需求，其调制频率较低、控制也不灵活，因此发展新的灵活控制的调制系统对装置实验运行至关重要。目前国内其他装置上还没有这方面的研究。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种east托卡马克稳态高功率低杂波功率调制装置，通过低杂波系统前级激励源的控制来实现对稳态高功率微波的功率调制，为装置实验提供稳定可靠的平台，该装置的应用，将大大促进east装置相关实验研究的实施和完成。

本发明的技术方案如下：

一种east托卡马克稳态高功率低杂波功率调制装置，其特征在于：包括有pxi控制计算机、驱动电路、微波源激励系统和速调管，所述的pxi控制计算机具有高速数字i/o卡，所述的微波源激励系统包括有依次相连接的振荡器、功分器和微波放大器，所述振荡器的输出端与所述功分器的输入端之间连接有pin开关，所述微波放大器的输出端与所述速调管的输出端相连接；所述的pxi控制计算机通过所述高速数字i/o卡向所述驱动电路输出调制信号，所述驱动电路将输入的调制信号进行放大后控制所述的pin开关导通和截止。

所述的east托卡马克稳态高功率低杂波功率调制装置，其特征在于：所述高速数字i/o卡的型号为ni6259。

所述的east托卡马克稳态高功率低杂波功率调制装置，其特征在于：所述速调管的输出端通过传输线与托卡马克装置相连接。

本发明在微波源激励系统的振荡器上集成一个pin开关，作为控制整个微波激励系统的主控制开关；通过对振荡器的控制来实现系统总输出功率的控制。

本发明利用计算机高速采集卡输出方波信号用于控制的调制频率源。

本发明通过搭建pin开关驱动电路，将调制频率源信号放大以驱动pin开关。

本发明的计算机控制系统，用来灵活地设置各参数设置，包括调制频率、占空比和调制的起止时刻。

本发明的有益效果：

本发明为高功率微波源的功率调制提供了一个简便而灵活的实现方法，在低杂波微波源激励系统上安装一只主控制pin开关；通过pxi计算机控制高速数字i/o卡（ni6259）输出调制源信号；高速数字i/o卡输出的调制源信号经过驱动电路放大后控制主pin开关；计算机根据实验需要设置调制源的参数：调制频率、占空比及调制起止时间；整个控制系统参数可灵活设置，调制频率（高达10khz以上）满足了物理实验需要。

附图说明

图1为本发明结构原理框图。

图2为本发明中微波源激励系统、pin开关和速调管的连接结构原理框图。

图3为本发明开关时间测试图。

图4为本发明在2.45ghz低杂波功率下的调制（10khz）输出波形图。

具体实施方式

参见图1、2，一种east托卡马克稳态高功率低杂波功率调制装置，包括有pxi控制计算机1、驱动电路3、微波源激励系统4和速调管5，pxi控制计算机1具有高速数字i/o卡2，微波源激励系统4包括有依次相连接的振荡器4-1、功分器4-2和微波放大器4-3，振荡器4-1的输出端与功分器4-2的输入端之间有pin开关6，微波放大器4-3的输出端与速调管5的输出端相连接；pxi控制计算机1通过高速数字i/o卡2向驱动电路3输出调制信号，驱动电路3将输入的调制信号进行放大后控制pin开关6导通和截止。

本发明中，高速数字i/o卡2的型号为ni6259。

速调管5的输出端通过传输线与托卡马克装置相连接。

以下结合附图对本发明作进一步的说明：

参见图1、2，pin开关6的工作原理类似二极管，高电平时导通，低电平时截止，即pxi控制计算机1输出的调制信号为高电平时导通，pxi控制计算机1输出的调制信号为低电平时截止。

振荡器4-1输出的微波信号依次经过pin开关6和功分器4-2后送入微波放大器4-3，微波放大器4-3输出的微波信号驱动速调管5。

速调管5是east托卡马克装置中低杂波系统的关键微波器件，微波激励源系统4提供速调管5的输入信号，速调管5的输出信号经传输线送到托卡马克装置。pin开关6连接在振荡器4-1的输出端与功分器4-2的输入端之间，pin开关6被pxi控制计算机1输出的调制信号控制，整个微波激励源系统4的输出信号就被调制，从而调制了速调管5的输出功率。

本发明成功在east装置2.45ghz/4mw及4.6ghz/6mw两套低杂波系统中实施，并取得成功。系统开关时间测试见图3，功率启动时间约3.5us，参见图3（a），其中上波形为调制源信号，下波形为输出功率信号；关断时间为0.5us，参见图3（b），其中上波形为调制源信号，下波形为输出功率信号。

本发明在east装置实验中，低杂波功率最高调制频率达到10khz，功率调制波形见图4。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种EAST托卡马克稳态高功率低杂波功率调制装置，包括有PXI控制计算机、驱动电路、微波源激励系统和速调管，PXI控制计算机具有高速数字I/O卡，微波源激励系统包括有依次相连接的振荡器、功分器和微波放大器，振荡器的输出端与功分器的输入端之间连接有PIN开关，微波放大器的输出端与速调管的输出端相连接；PXI控制计算机通过高速数字I/O卡向驱动电路输出调制信号，驱动电路将输入的调制信号进行放大后控制PIN开关导通和截止。本发明通过低杂波系统前级激励源的控制来实现对稳态高功率微波的功率调制，为装置实验提供稳定可靠的平台，该装置的应用，将大大促进EAST装置相关实验研究的实施和完成。

技术研发人员：王茂;吴则革;马文东;胡怀传;刘亮;贾华;冯建强;杨永;朱梁;周泰安
受保护的技术使用者：中国科学院合肥物质科学研究院
技术研发日：2017.05.18
技术公布日：2017.11.07