基于时延法测量二维电子密度剖面的太赫兹微波干涉阵列

技术领域

本发明属于磁约束受控核聚变等离子体诊断领域，涉及一种基于时延法测量二维电子密度剖面的太赫兹微波干涉阵列，是未来大型磁约束聚变装置中测量等离子体电子密度的重要技术。

背景技术

磁约束核聚变被广泛认为是最有希望从根本上解决能源问题的可行途径之一。科学研究表明，当等离子体温度T、电子密度n

发明内容

本发明针未来大型磁约束聚变中燃烧等离子体的特点提供一种基于时延方法测量电子密度剖面的微波干涉阵列的研制方案，其能够快速测量二维电子密度剖面从而揭示不同空间发生的物理事件。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于时延法测量二维电子密度剖面的太赫兹微波干涉阵列，包括晶体振荡器1、六公分器2、点频源3、太赫兹倍频器4、集成单元5、微波波导6、太赫兹相控阵天线7和中央处理器8，其中集成单元5包括第一二公分器51和第二二公分器54、第一可编程微波开关52i和第二可编程微波开关52ii、太赫兹混频器53、放大器55、检波器56和采集器57，第一二公分器51和第二二公分器54两个输出端口记为i和ii。

晶体振荡器1的输出端与六公分器2的输入端连接，六公分器2的输出端与点频源3的输入端连接，点频源3的输出端与太赫兹倍频器4的输入端连接，太赫兹倍频器4的输出端与第一二公分器51输入端连接、第一二公分器51输出端i与第一可编程微波开关52i输入端连接，第一可编程微波开关52i输出端与太赫兹混频器53本振端相连，太赫兹混频器53输出端与放大器55输入端相连，放大器55输出端与检波器56输入端相连，检波器56输出端与采集器57相连；太赫兹混频器53射频端与第二二公分器54的输出端i连接，第二二公分器54的输入端与微波波导6连接，微波波导6另外一端与太赫兹相控阵天线7连接，太赫兹相控阵天线7与中央处理器8连接；同时，中央处理器8与第一可编程微波开关52i和第二可编程微波开关52ii及采集器57相连；第一二公分器51输出端ii和第二二公分器54输出端ii通过第二可编程微波开关52ii直接连接。

所述的点频源3、太赫兹倍频器4、集成单元5、微波波导6和太赫兹相控阵天线7均由六个子单元构成，并依次与六公分器2的六个输出端连接。

本发明利用一个晶体振荡器1、一个六公分器2和一个中央采集器8构建六个太赫兹微波干涉阵列，通过中央处理器8控制第一可编程微波开关52i和第二可编程微波开关52ii的开关状态及太赫兹相控阵天线7的发射角度并进行二维电子密度剖面的反演。

本发明的有益效果：本发明提供了一种结构简单、研制成本低太赫兹微波干涉阵列的研制方案。本发明能够分时地测量不同空间位置的电子线平均密度，并利用反演算法获取二维电子密度剖面。

附图说明

图1是本发明的一种基于时延法测量二维电子密度剖面的太赫兹微波干涉阵列示意图。

图中：1晶体振荡器；2六公分器；3点频源；4太赫兹倍频器；5集成单元；6微波波导；7太赫兹相控阵天线；8中央处理器；

图2是本发明的一种基于时延法测量二维电子密度剖面的太赫兹微波干涉阵列示意图中集成单元的子结构。

图中：51第一二公分器；52i第一可编程微波开关；52ii第二可编程微波开关；3太赫兹混频器；54第二二公分器；55放大器；56检波器；57采集器；

图3是a和d阵列发射微波在没有等离子体的D型真空室传播示意图。

具体实施方式

下面结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

本发明的一种基于时延法测量二维电子密度剖面的太赫兹微波干涉阵列组成如图1和图2所示，包括晶体振荡器1、六公分器2、点频源3、太赫兹倍频器4、集成单元5、微波波导6、太赫兹相控阵天线7和中央处理器8，其中集成单元5包括第一二公分器51和第二二公分器54、第一可编程微波开关52i和第二可编程微波开关52ii、太赫兹混频器53、放大器55、检波器56和采集器57。其中六公分器2六个输出端口分别记为a,b,c,d,e,f；第一二公分器51和第二二公分器54两个输出端口记为i和ii；点频源3、太赫兹倍频器4、集成单元5、微波波导6和太赫兹相控阵天线7均由六个子单元构成，并依次与六公分器2六个输出端连接；每个子单元中，六个点频源3分别记点频源3a～点频源3f；六个太赫兹倍频器4分别记为太赫兹倍频器4a～太赫兹倍频器4f；六个集成单元5分别记为集成单元5a～集成单元5f(其中，六个可编程微波开关52i分别记为可编程微波开关52ia～可编程微波开关52if；六个可编程微波开关52ii分别记为可编程微波开关52iia～可编程微波开关52iif，以此类推)；六个微波波导6分别记为微波波导6a～微波波导6f；六个太赫兹相控阵天线7分别记为太赫兹相控阵天线7a～太赫兹相控阵天线7f。

本实施例以a阵列(太赫兹相控阵天线7a作为发射，其他天线作接收)和d阵列(太赫兹相控阵天线7d作为发射，其他天线作接收)为例，具体如下：

第一步在没有等离子体的真空进行数据标定：

晶体振荡器1输出频率为100MHz的低频微波，经过六公分器2后分为六路。a路微波经过点频源3a后激发微波ω

d路微波经过点频源3d后激发微波ω

第二步在有等离子体的真空进行实验测量，其操作方式与第一步完全相同。但是由于微波在等离子体传播时具有折射效应，导致其传播路径与第一步不同，因而传播时间也不一样，a阵列的测量时间t