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介绍了在HL-2A装置上发展的一套快速扫频的Q波段外差微波反射系统,用于高时空分辨测量等离子体边缘到约束区的电子密度分布。该系统采用外差式连续波扫频调制技术(VCO),由外部任意波电压控制,工作频率为33~50GHz,全波段扫频周期达到6μs。在台面标定中发展了 VCO 源的动态标定技术,并解决了微波源及器件的非线性响应、波导的色散特性等因素造成差频频率动态范围过大的问题,使反射面固定时系统输出的差频为定频信号,有利于降低噪声干扰和数据处理。同时发展了直接相位处理技术,实现快速的电子密度分布反演。实验中用该微波反射系统测得了L模、H模等不同等离子体放电条件下的电子密度分布,观测ELM爆发前后台基区的形成与垮塌过程。     

HL-2A 装置上的快扫Q 波段微波反射系统研制

介绍了在HL-2A 装置上发展的一套快速扫频的Q 波段外差微波反射系统,用于高时空分辨测量等离子体边缘到约束区的电子密度分布。该系统采用外差式连续波扫频调制技术(VCO),由外部任意波电压控制,工作频率为33~50GHz,全波段扫频周期达到6μs。在台面标定中发展了VCO 源的动态标定技术,并解决了微波源及器件的非线性响应、波导的色散特性等因素造成差频频率动态范围过大的问题,使反射面固定时系统输出的差频为定频信号,有利于降低噪声干扰和数据处理。同时发展了直接相位处理技术,实现快速的电子密度分布反演。实验中用该微波反射系统测得了L 模、H 模等不同等离子体放电条件下的电子密度分布,观测ELM 爆发前后台基区的形成与垮塌过程。     

HL-2A装置上的微波反射测量系统

微波反射技术是近几年来在大中型核聚变装置上发展起来的一项重要的等离子体诊断。它具有非常好的时空分辨率，不仅可以用于测量等离子体电子密度的空间分布，还可以测量等离子体旋转和湍流的空间分布。微波反射测量系统用二个返波管作为扫频振荡源，其扫频范围为26-0GHz和40-60GHz，周期为1ms。我们利用这套微波反射测量系统在HL-2A装置上进行了测量，经过1年的试验，这套系统工作正常。     

微波共振探针及其在等离子体诊断中的应用

介绍了能够测量稳定和时变等离子体电子密度的微波共振探针,给出了其工作原理和在测量稳定、时变和瞬态等离子体电子密度中的应用。分析了传输模式和反射模式的工作过程及对测量范围、测量精度和空间分辨率等影响因素。结果表明,选用较长的探针有利于提高电子密度的测量范围和精度;选用的微波扫频源高端频率越高,频率分辨率越高,则电子密度的测量范围越大,测量精度越高。理论分析得出系统可测量的电子密度约为1.37×10⁸~4.1×10¹¹cm^-3。     

CFETR微波诊断预研与设计进展

针对最新的中国聚变工程实验堆(CFETR)零维物理设计参数，对微波诊断进行了研究以及设计工作。为了能够得到完整的密度分布，微波反射计需要同时在高场侧和低场侧进行测量，并采用寻常模以及左旋和右旋非寻常模结合的方式。电子回旋辐射一次谐频的寻常模用来测量芯部电子温度分布，而二次谐频的非寻常模测量能提供边缘温度分布。为了验证新技术在CFETR 上的可用性，EAST 装置上发展了基于频率选择表面的多波段耦合器，为CFETR 的多波段耦合的技术需求提供了可行的预研解决方案。     

大面积等离子体片密度分布分析

利用空心阴极放电产生了尺寸为60 cm× 60 cm× 2 cm的大面积等离子体面. 在实验室条件下对大面积等离子体片的密度分布进行了测量. 由于高压放电脉冲脉宽较短, 实验中改变了测量方法, 同时, 在中等磁场影响下, 为了得到真实的等离子体密度, 进行了必要的数值修正.在放电电流为1---6 A时, 测量了二维的电子密度分布. 另外, 测量并讨论了其他环境参数对等离子体密度的影响. 电子密度的分布情况对与微波波束切换相当重要. 由空心阴极增强型放电产生的大面积等离子体面具有反射X波段(8---12 GHz) 微波需要的足够稠密的电子密度和足够均匀的密度分布, 这是等离子体面在雷达系统中取代金属面板的有利条件.     

易于数字化处理等离子体密度的微波干涉仪

一、引言 用微波干涉仪测量等离子体电子密度是一种常用的诊断手段,但通常不易于数字化,并且精度也不高。本文描述了用阶梯波调制的微波干涉仪原理,提出了用计算机直接处理干涉信号的方法,并实际测得了密度曲线。实验结果表明:这种干涉仪的原理及处理方法对于稳态长脉冲等离子体实验装置的密度测量是可行的。测量的相移量容易达到π/10。并且不需增加任何电子线路和微波器件。     

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在HL-2A装置上研制了用于测量等离子体密度分布的两套幅度调制微波反射仪。微波反射仪采用时间延迟法。这两套微波反射仪有不同的频率范围(26.5～40GHz和40～60GHz),它们所对应的密度测量范围是(0.84～1.98)×1019m-3和(1.98～4.47)×1019m-3。时间分辨率可达1ms,空间分辨率约为5mm。     

均匀磁化等离子体与雷达波相互作用的数值分析

采用平板几何对不同磁场强度下等离子体对电磁波的吸收、反射和透射特性进行了数值分析.结果表明,不同磁场可以显著改变等离子体对不同频率的雷达波的吸收和反射特性.当雷达波频率接近等离子体高混杂频率时,磁化等离子体将对该波产生强的共振吸收,带宽在2GHz左右,吸收比可达90%以上.因此,通过适当调整磁场强度、等离子体密度和碰撞频率,可实现较宽雷达波段的等离子体隐身 关键词： 电磁波 磁化等离子体 共振吸收 等离子体隐身     

剪切干涉测量电缆枪等离子体电子密度

用剪切干涉仪测量了电缆枪产生的等离子体电子密度分布.在实验中获得了激光波前通过等离子体后的干涉图样,测出等离子体沿轴向的平均运动速度约为2 cm/μs.对干涉图进行了二维波前重建,计算了电子线积分密度,给出了直观的等离子体分布图像,并计算了自由电子总数.根据等离子体的圆柱对称关系,利用Abel积分变换算出了局部电子密度沿径向的分布曲线.     

等离子体双频点微波透射衰减诊断法

介绍了利用非磁化等离子体中微波在两个相邻波长处的透射衰减值来反推该等离子体频率(从而得到电子密度)和电子碰撞频率的方法───双频点微波透射衰减诊断方法。陈述了利用扫频信号源、标量网络分析仪和宽带喇叭天线等构成的系统对微波衰减测量的过程,对该方法的诊断误差进行了讨论。双频点微波透射衰减诊断法适用于大气压等离子体的初步诊断。     

电磁波在时变磁化等离子体信道中通信性能的实验研究

本文首先利用5.8 GHz微波实际测量了辉光放电等离子体源电子密度和碰撞频率随时间的变化规律. 然后搭建实验平台, 测试了多种通信调制体制的信号经过该等离子体源后的误码率, 实验发现BPSK调制方式的信号在该时间变化的等离子体信道中通信误码率最小. 最后加入磁场, 实验测试了L波段(1.5 GHz) BPSK调制信号和S波段(2.5 GHz) QPSK信号在该磁化等离子体中的衰减、相移以及眼图和星座图的变化, 通过与非磁化情况下对比发现, 加入磁场后, 信道的通信性能有所改善, 误码率显著降低, 可以有效地缓解时变等离子体引起的幅度和相位上的寄生调制效应.     

8mm微波在等离子体离子声湍流上的散射测量

湍流是等离子体物理的前沿课题之一.离子声湍流是该课题常见的研究对象.作者用8mm微波在小型稳态放电装置上对电流激励离子声湍流的色散关系及饱和湍流能量波数谱进行了散射测量.该类实验目前国内未见报道. 一、散射角分辨率对测量的影响 设向等离子体传播的入射微波的波矢和频率分别为Ki和ωi,从等离子体散射的微波的波矢和频率分别为 Ks和ωs,等离子体密度涨落的波矢和频率分别为K和ω,散射区间沿K1方向的长度为L,电子密度涨落为Ne,电子经典半径为r0,散射角(Ki与Ks的夹角)为θs,K的单位矢量为EK,入射波与散射波功率分别为Pi、和Ps,…     

风洞模拟等离子体绕流场回波频谱调制特性实验研究

目标以极高速度在大气层内运动时,周围会因剧烈摩擦产生等离子体绕流场.等离子体绕流场运动速度分布不均匀,而且绕流场电子密度随时间动态变化,导致等离子体绕流场对入射其中的电磁波产生不均匀的频率调制,进而影响雷达的探测性能.为了复现等离子体绕流场在电磁波照射时产生的不均匀频谱调制现象,本文在中国科学院力学研究所JF-10风洞开展了等离子体绕流场回波频谱测量实验,通过信号源、环形器、天线和频谱仪组成的测量系统,以点频发射体制,获取了S和C波段的回波频谱数据,观察到了等离子体绕流场对目标回波频谱的调制现象,对测量现象的形成原因进行了讨论;基于测量数据,仿真分析了等离子体绕流场对目标一维距离像的散焦效应.     

圆柱形等离子体对微波散射的数值模拟与实验研究

模拟和实验研究了非均匀圆柱形等离子体及阵列对微波的散射作用。利用有限时域差分(FDTD)方法仿真得到了等离子体柱的密度、碰撞频率对微波传播系数的影响,并利用低气压放电产生的等离子体柱对微波的吸收和散射作用进行了验证。结果表明:电子密度中心高、周围低的非均匀等离子体柱可将微波散射至两个侧向;等离子体频率越大,散射的微波功率越强;增加碰撞频率使等离子体柱的微波散射功率减小、吸收增大。等离子体必须具有合适的密度,才能对微波反射产生较大影响。     

大气中固体燃烧等离子体与微波相互作用的实验研究

 设计制造了含特定组分的化学药剂，利用热力学方法对其在大气中燃烧所产生的等离子体的电子密度进行了理论计算，对该等离子体对2~15 GHz波段微波的透射衰减和反射进行了测试。测试结果表明，该等离子体对该波段微波具有宽波段强吸收和弱反射性能，波段内的平均吸收大于25 dB，反射信号几乎淹没在背景噪声中。并从理论上分析了带电子与中性粒子的造成这一现象的主要原因是碰撞吸收。     

X波段重频过模返波振荡器实验研究

根据两腔振荡器和返波管的特点研制了过模结构返波振荡器, 该器件主要由调制腔和换能腔(慢波结构)两部分组成. 调制腔既是电子束的预调制腔, 也是微波谐振反射腔, 它同换能腔形成一个过模微波谐振腔,经调制腔调制后的电子束在换能腔中实现束波能量转换. 根据加速器的电子束参数(束压为1 MV,束流为20 kA)设计了一个X波段的高功率微波器件,2.5维粒子模拟程序模拟得到微波频率为8.25 GHz,输出功率为5.70 GW. 用超导磁体作为引导磁场,单次运行输出微波功率为5.20 GW,微波频率为(8.25±0. 关键词： 两腔振荡器 返波振荡器 多波切连科夫发生器     

激光等离子体对反射波频移影响的实验研究

 研究了微波被激光等离子体反射时反射波的频率变化。实验中微波发生器产生的微波入射到激光等离子体并被等离子体反射,反射波的频率由频谱分析仪测量,发现反射波的频率与入射波的频率明显不同,分析了在激光等离子体膨胀和熄灭两种情况下激光功率密度和入射波频率对反射波频移影响的原因。结果表明：在等离子体膨胀和熄灭过程中,反射波频移的最大值随激光功率密度的增加而增加;随入射微波频率的增加而减小。     

测等离子体电子密度用的远红外HCN激光干涉仪

等离子体电子密度是等离子体的最重要参数之一。Tokamak型磁约束随着Tokamak型装置等离子体电子密度的提高,给微波干涉测量增加了困难,因为电磁波只能穿过电子密度小于截止密度n_0的等离子体。即     

开放空间等离子体对微波传输影响的模拟研究

以氮气为背景气体,采用脉冲式微波产生等离子体,使用另外一束连续波作为传输模拟对象,并基于扩散效应的全域模型分析等离子体电子温度与电子密度的演化过程。实验中放电气压为300Pa,实验结果表明:在微波脉冲开始之后极短的时间内,连续波接受信号发生剧烈衰减;而在微波脉冲结束后,连续波接受信号则缓慢恢复。微波传输主要受到等离子体电子密度的影响,而全域模型的计算结果显示等离子体电子密度在开始放电时迅速上升,甚至高于放电微波频率对应的临界密度,在放电微波脉冲结束时电子密度则缓慢下降。这说明开放空间中等离子体在失去能量维持之后,由于扩散效应占主导作用,电子密度不会迅速下降,此时连续波依然会被阻碍,直到电子密度下降到连续波频率对应的临界密度以下。