论文部分内容阅读
本文简单介绍了 EAST装置上微波成像反射计(Microwave Imaging Reflectometry,MIR)的工作原理和系统组成,主要内容是对MIR系统前端光路的光学性能测评、MIR系统的多普勒效应台面实验研究,以及MIR系统在EAST上的搭建和调试三部分。第一部分是通过实验测试和CodeV模拟对MIR系统的光学性能进行研究。用CodeV分析照明光路和接收光路的鲁棒性以对实验中的光路摆放提供参考,结果显示照明光路稳定性良好。通过CodeV对接收光路透镜摆放中可能存在的小范围距离误差、俯仰角度误差和偏离光轴误差对光学性能的影响,发现偏轴误差对天线极向探测位置、探测光斑半径和接收角度等光学性能参数影响更为显著,因此在搭建光路时需注意透镜中心与光路中心共轴。然后在实验室环境下搭建整套MIR系统,以宽为1cm的金属平面作为反射面从光轴上至下以5mm为单位进行平移,分析接收天线在每个位置采集的信号强度给出其在反射面的极向探测位置和光斑半径。实验结果和理论模拟给出结果一致,验证了接收光路的光学透镜的加工满足CodeV理论设计的参数。第二部分是研究MIR前端光路处于非理想光学匹配条件下,多普勒效应对MIR系统的影响。在实验室里用转速可调的金属圆轮表面作为反射面,测量不同转速下不同接收天线所观测到的多普勒频移,并用双高斯函数拟合频谱的非对称部分得频移数值。实验频移结果与CodeV给出的理论多普勒频移对比,显示边缘道吻合得很好而中心道差异很大。通过进一步实验寻找到中心道差异大的原因是天线在反射面上探测光斑的大小有限。模拟给出MIR系统在EAST装置上最大的多普勒频移量约为kHz量级,仍在电子学系统的视频带宽内。第三部分是对MIR系统搭建到EAST装置上的工作内容和搭建过程进行介绍,包括MIR系统光学平台的搭建,照明光路的设计和光轴的确定,后端电子学系统以及采集卡系统的搭建和对系统远程控制的设置等方面。然后通过在窗口法兰上贴一块平面反射镜作为系统截止层对MIR系统进行了整体调试,在示波器上成功显示了经过MIR系统采集并处理的反射信号。调试过程中发现接收天线的探测单元上的肖特基二极管工作不正常,检查出了损坏的天线阵列并对二极管进行了更换,使得接收天线的12道探测单元均能正常工作,完成MIR系统的全部搭建。