HL-2A装置电子回旋波参数的实时测量技术研究

Microwave parameter is an important part for ECRH system operation and experimental analysis. Measuring microwave accurately and timely is not only for judging the ECRH system work condition, but also ensuring the reliability of experiment analysis. Research of real-time microwave parameter monitor technology and design of low power experimental platform will be performed with the help of this project. To monitor polarization and power on one directional coupler in real-time, high power millimeter-wave directional coupler will be developed by means of theoretical analysis and simulation. Real-time microwave performance monitoring and analysis system will be established which is important for ECRH system operating safely. The significance of the project implementation is that promoting the development of measuring technology and equipment testing of high power microwave, and the ECRH system performance is optimized at the same time. It is beneficial to promote the ability of the experimental analysis, and provide more reliable and effective data for electronic cyclotron physical experiment research on HL-2A.

微波参数是电子回旋(ECRH)系统运行和相关实验分析的重要指标，对微波参数的准确、实时测量不仅是判断电子回旋系统是否正常运行的有效手段，也是实验可靠性分析的保证。拟采用此项目对微波参数实时测量、低功率实验平台设计与搭建以及微波器件重要参数高功率标定技术开展深入研究，利用理论计算和仿真研制高功率毫米波定向耦合器，通过优化耦合机构，在一台定向耦合器上实现微波极化方向、功率等重要参数实时测量；同时开展定向耦合器输出波形和微波实时功率与微波源工作特性的关系研究，并以此为基础建立微波性能实时监测与分析系统，为ECRH系统安全运行提供有力的技术支持。通过本项目的研究，不仅可促进高功率高频率微波参数测量技术与微波器件测试技术的发展，还可优化ECRH系统性能，为在HL-2A装置上开展电子回旋相关的物理实验研究提供更为可靠、有效的实时数据源支持，便于实验分析，提升实验分析能力。

基于小孔耦合理论，解决了毫米波段高功率条件下不同微波模式之间的耦合，设计并加工出定向耦合器实物，开展了高功率标定和测试，测量值与理论计算结果高度吻合，验证了理论的正确性。利用定向耦合器，在HL-2A装置实验中，ECRH系统首次实现了微波功率、微波极化方向和脉宽的实时测量，获得了微波传输特性与微波源工作状态的关系以及实时微波功率与高压之间的关系，为在实验中改变系统运行参数提供参考；同时其可以监测到回旋管是否有抖动，微波震荡模式、腔体温度是否正常，这对保证电子回旋系统的安全运行特别重要。定向耦合器的成功研制与应用，完善了HL-2A装置ECRH系统的微波参数测量手段，也为在HL-2A装置上开展电子回旋相关的物理实验研究提供了更为可靠、有效的实时数据源支持。