HL-2A装置LHCD微波功率测量系统设计-核聚变与等离子体物理.PDF

第35 卷 第2 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.35, No.2 2 0 1 5 年 6 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics June 2015 文章编号：0254−6086(2015)02−0109−05 HL-2A 装置 LHCD 微波功率测量系统设计 王 贺，王 超，陆志鸿，卢 波，饶 军 (核工业西南物理研究院，成都 610041) 摘 要：为了解决在功率测量中检波器输出的非线性曲线和动态输入功率范围小等问题，为 500kW/3.7GHz 的 LHCD 系统设计了对数检波器，并由其组成新型线性微波功率测量系统。测试结果表明，该测量系统具有更 大的动态功率测量范围，其特征曲线在本系统功率参数内具有优良的线性特性，对数一致性误差在−1dB~+1dB 范围内可输入微波功率动态范围40dB ，在系统可用范围内利用线性拟合获得的相关系数大于 0.999 。该结果优 于以前设备测试结果。 关键词：微波功率测量；LHCD ；对数放大器；线性检波 中图分类号：TN02 ；O536 文献标志码：A 1 引言 被烧毁，使得可测功率范围向小信号移动，而其对 LHCD 是国际上常用的辅助加热和电流驱动手 小信号的响应较差，导致其对小功率测量精度低， 段[1, 2] ，HL-2A 装置即将建成 1 套频率为3.7GHz ， 可输入功率动态范围小。 总功率2MW 的LHCD 系统，主要由4 只单管输出 为了获得更大的精准功率测量范围，本文中以 功率 500kW 的速调管、传输线、天线及其他辅助 对数放大器ADL5513 为核心器件[6, 7] ，设计了一种 系统所组成[3] 。功率是LHCD 系统在调试和运行期 对数检波器用于微波功率测量系统。该功率测量系 间必须测得的参数之一，LHCD 系统中的功率测量 统具有较大的微波功率动态测量范围，特征曲线以 采用多点测量，主要是位于速调管输出口处和天线 dBm 为单位呈优良的线性功率响应，拟合方便。 入口处，其中包括各测量点的前向和反向测量，测 量的反向功率同时接入保护系统，防止反向微波信 2 微波功率测量系统设计 号对波源产生危害，本测量系统还包括激励源输出 2.1 基本参数 微波信号的测量。 LHCD 系统频率3.7GHz ，波源为速调管，单只 国际上微波功率的测量手段较多，主要是结合 速调管输出总功率500kW ，HL-2A 装置上目前运行 [4, 5] 共4 只。对数检波器安装于定向耦合器输出端检测 测量场合的特点、频段和功率范围等进行设计 。 在HL-2A 装置原有的LHCD 系统中功率传感器采 微波信号，本文主要介绍对数检波器，其设计参数 用晶体检波器，其输出通常为非线性曲线，采用分 与定向耦合器的耦合度密切相关，本系统定向耦合 段多次拟合才能获得特征曲线，而且对于LHCD 系 器的耦合度一般为 60dB 左右。LHCD 系统的速调 统需要测量的功率范围来讲，其可测功率动态范围 管从法国引进，测量点包括以下几个位置：(1) 每 较小，为了满足被测器件最高输出功率要求，一般 只速调管共两臂，测量每一臂微波功率，包括前向 需要在二极管检波器前加入衰减器以防止检波器 与反向微波功率；(2) 天线入口处，每一臂再分为 收稿日期：2014−05−06 ；修订日期：2015−01−19 作者简