hl-2a装置低杂波鉴相器标定与实验研究 development of phase detector for lhcd system on hl-2a tokamak.pdfVIP

第 36 卷 第 3 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.36, No.3 2 0 1 6 年 9 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics Sep. 2016 文章编号：0254−6086(2016)03−0199−04 DOI: 10.16568/j.0254-6086.201603002 HL-2A 装置低杂波鉴相器标定与实验研究 陈娅莉，卢 波，梁 军，曾 浩，白兴宇，王 超，饶 军 (核工业西南物理研究院，成都 610041) 摘 要：用低杂波鉴相器对相位测量系统各通道经进行了相位校准，得到了各通道的相位电压关系曲线，并 进行了线性拟合，线性拟合误差小于 3° ；推导出了相位电压关系表达式，与校准得到的相位电压曲线相比平均误 差小于 0.7°。该系统已成功用于 HL-2A 装置低杂波实验，对 4 支速调管的输出相位进行了测量，并得到了放电过 程中相位随阴极高压波动的曲线，得出了阴极电压波动 2.2%引起相位波动 13.8°的结论。 关键词：低杂波；相位测量；正交鉴相 中图分类号：TL62+4 文献标识码：A 1 引言 谱，改变低杂波在等离子体的沉积位置，改善低杂 低杂波电流驱动(LHCD)是托卡马克磁约束聚 波与等离子体的耦合效率[2] 。相位反馈系统包含鉴 变装置非感应电流驱动、等离子体加热和改善等离 相器、相位控制器和电调移相器。鉴相器实时检测 子约束的一种重要技术[1] 。低杂波沿磁场方向通过 速调管输出在天线主波导口处与参考信号的相位 共振互作用，即朗道阻尼，在电子速度分布函数上 关系，并输出模拟量给相位控制器。相位控制器实 建立起各向异性的的高能尾部，其能量范围决定于 时比较测量值与目标值，计算出误差量并发送指令 激发波的功率谱。由于低杂波具有电流驱动效率高 给电调移相器来改变各速调管输入微波相位，从而 的特点，低杂波常用于无感电流驱动，通过调节节 使速调管输出相位保持在目标相位值附近。 省托卡马克装置欧姆变压器的伏秒数，实现长脉 相位检测的主要方法有锁相环和正交鉴相两 冲、甚至稳态放电。同时，低杂波在等离子体加热、 种方法。锁相环方法将高频微波信号多次下变频谱 位形控制和改善约束等方面也发挥着重要作用。 到低频并锁定相位，输出电压正比于相位差，线性 在 HL-2A 装置上，已建成 2MW 低杂波系统。 度好，但响应速度较慢。正交鉴相原理相对简单， 该系统中心频率为 3.7GHz ，主要由高功率微波源、 时间响应快，输出量与相位差正切值成线性关系， 传输线和发射天线组成。波源由 4 只法国泰雷兹电 需进行反正切运算，存在局部非线性的问题。根据 子器件(TED)公司的 TH2103A 型高功率速调管构 速调管相位变化快的特点，研制了一套基于正交鉴 建，4 只速调管输出微波给发射天线，在物理实验 相的鉴相器[3] ，用于 2MW 低杂波系统相位反馈控 过程中，要求 4 只速调管输出的微波相位满足一定 制系统。在微波频段，鉴相器内部连线和外部同轴 关系。高功率速调管输出微波与激励微波之间相位 电缆都存在相移，在设计过程中，尽可能保持了鉴 关系随速调管阴极高压变化，在低杂波系统中使用 相器内部各通道连线电长度一致。然而由于电路板 相位反馈控制系统来稳定速调管输出微波之间的 加工误差和同轴