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1、计算机测量与控制.2006.14(6)·704·ComputerMeasurement&Control自动化测试文章编号:1671-4598(2006)06-0704-03中图分类号:TP206.1文献标识码:B离子回旋共振加热天线阻抗测量系统设计曾现祥,赵燕平,刘大明(中科院等离子体物理研究所,安徽合肥230031)摘要:为了监测HT-7托卡马克离子回旋共振加热(ICRH)实验过程中天线阻抗的变化情况,采用传输线探针方法,设计了一套基于虚拟仪器技术的天线阻抗自动测量系统;阐述了该系统的工作原理、设计方案和硬件、软件
2、实现方法;详细介绍了高频信号处理电路部分和系统软件的设计与开发;测试结果表明,整个系统稳定可靠,界面友好,满足实验要求。关键词:离子回旋;天线;阻抗测量;虚拟仪器;LabVIEWDesignofIonCyclotronResonantHeatingAntennaImpedanceMeasurementSystemZengXianxiang,ZhaoYanping,LiuDaming(InstituteofPlasmaPhysics,ChineseAcademyofSciences,Hefei230031,China)
3、Abstract:InordertostudyvarietyofantennaimpedanceinICRHexperimentonHT-7Tokamak,measurementsystembasedonvirtu2alinstrumenttechnologyhasbeendeveloped.Itadoptsthemethodofprobesontransmissionline.Thesystemprinciple,designandrealiza2tionofthehardwareandthesoftwareare
4、presented.ThedetailsaboutdesignofRFsignalprocessingcircuitandsystemsoftwarearegiven.Inthetest,thesystemischaracterizedbygoodGUI,reliabilityandstability.Keywords:ICRH;antenna;impedancemeasurement;virtualinstruments;LabVIEW0引言1系统工作原理[5-6]离子回旋共振加热(Ioncyclotronreso
5、nantheating,简称ICRH天线阻抗测量采用传输线探针法:即采集传输ICRH)系统主要由高频发射机,同轴传输线,阻抗匹配装置线上任意三个探针电压,由传输线理论计算而得到天线阻抗,[1]和天线(称为ICRH天线)组成,天线是其中的关键部件。原理如图1所示。研究表明,ICRH天线输入阻抗很低,其电阻分量在几欧姆左右,而高频发射机和同轴传输线的特性阻抗为几十欧姆。而且,在等离子体放电期间,ICRH天线的输入阻抗随等离子体[2]参数的变化而变化,这不仅影响波与等离子体的耦合效率,还影响波与传输系统的匹配特性。为了提高
6、波与等离子体的耦合效率以及改善波与传输系统的匹配状况,必须详细了解等离图1探针法ICRH天线阻抗测量原理图子体放电期间的ICRH天线阻抗。以前的离子回旋共振加热实验中采用网络分析仪只能对ICRH天线阻抗进行静态空载测量假设采集所用三个探针到ICRH天线的距离分别为l1,l2,(即无等离子体情况下的静态天线阻抗测量),不能实现等离子l3,相邻探针的距离均为d,采集得到的三个探针电压分别为体放电期间的天线阻抗动态测量,本文采用虚拟仪器技术设计V1,V2,V3,三个探针的耦合系数分别为k1,k2,k3,并假设2π3f了IC
7、RH天线阻抗自动测量系统。频传射线为无耗传输线,即γ=jβ,其中相位常数β=由c虚拟仪器是计算机与测试技术相结合的产物。与传统的测射频波频率决定。假设ICRH天线阻抗为ZL=R+jX,根据无量仪器相比,具有节约成本、可靠性强、使用灵活、测控兼备Zc等优点[3]。通过在ICRH天线阻抗测量系统中采用虚拟仪器技耗传输线上电压分布函数V(d)=VL(cosβd+jsinβd),ZL术,不仅能够减少测试仪器的使用,实现测量的自动化,而且可得到三个探针电压方程组,通过求解计算,即可得到ICRH能使系统设计更简单、更灵活、扩展性
8、更强。利用Lab2天线阻抗。[4]VIEW虚拟仪器开发软件,能够缩短系统软件的开发周期,其中,探针耦合系数的准确标定对测量结果影响很大,采提高系统整体水平。用的是静态空载匹配的标定办法。即在无等离子体的情况下,在传输线上加载射频波并使整个传输系统达到匹配状态,根据收稿日期:2005-10-12;修回日期:2005-11-26。射频发射机的输出功
