Создан 94-ГГц интерферометр для измерения плотности плазмы в макете геликонного двигателя

10 мая 2021 года, — Санкт-Петербург. Компания «ДОК» сообщает о поставке в НИЦ «Курчатовский институт» 94 ГГц СВЧ-интерферометр, выполненный на уровне лучших мировых образцов. Интерферометр предназначен для измерения плотности электронов плазмы в Курчатовском институте, где идут работы по созданию прототипа безэлектродного плазменного ракетного двигателя (БПРД) мощностью 100 кВт.  Цель измерений с помощью СВЧ-интерферометра — проверка соответствия фактической плотности плазмы расчетной для достижения требуемых параметров тяги и ресурса.

Передатчик 94 ГГц СВЧ-интерферометра для измерения плотности плазмы на установке прототипа геликонного двигателя

Подробнее о проекте – на Хабр https://habr.com/ru/post/556272/ 

Разработчикам «ДОК» одними из первых в мире удалось решить важную задачу нечувствительности компонентов интерферометра к чрезвычайно сильному магнитному полю в исследовательских и промышленных установках для получения и удержания плазмы. Ранее интерферометры на подобных установках приходилось располагать как можно дальше от магнитного поля оборудования, доставляя СВЧ-сигнал по длинным волноводам, что приводило к его значительному ослаблению.

Эта проблема успешно решена вкомпании “ДОК” за счет использования твердотельного источника СВЧ-излучения. Создание нечувствительных к магнитному полю интерферометров — это большое технологическое достижение в отечественном и мировом приборостроении.

Выбор рабочей частоты 94 ГГц обусловлен в первую очередь концентрацией электронов в плазме. Частота 94 ГГц идеально подходит для измерения плазмы с плотностью электронов до 1013см-3. Именно такая плотность характерна для геликонных источников.

Особенностью СВЧ-интерферометрии и, в частности, интерферометров производства «ДОК», является возможность передачи «опорного» СВЧ сигнала по коаксиальному кабелю, что гораздо удобнее с технической точки зрения. Преобразование в сигнал с частотой, необходимой для зондирования плазмы, происходит непосредственно в передатчике и в приемнике с помощью умножителей частоты (суммарный коэффициент умножения — это целое число, составляющее в зависимости от задачи, единицы или десятки раз).

Непосредственно вблизи плазмы располагается блок, состоящий из предусилителя, умножителя на лавинно-пролетном диоде, и узкополосного фильтра. Все эти элементы не чувствительны к магнитному полю. Высокостабильный источник «кварцевый синтезатор» располагается на отдалении от установки с прототипом геликонного двигателя и соединяется с приёмником и передатчиком кабелями.

Структурная схема канала интерферометра имеет следующий вид:

Структурная схема канала СВЧ-интерферометра 94 ГГц
Структурная схема 94-гигагерцевого СВЧ-интерферометра производства ДОК для макета геликонного двигателя.   

Гетеродины приемника и передатчика интерферометра запитаны от одного кварцевого генератора сигналами, немного разнесёнными по частоте. Прошедший через плазму сигнал преобразуется сначала в первую промежуточную частоту (ПЧ) 78 МГц, а затем во вторую ПЧ 200 кГц.

Выбор относительно низкой частоты второй ПЧ позволяет записывать и анализировать сигнал в большом временном окне. Также в усилителях промежуточной частоты была реализована фильтрация частот 2 МГц и 10 МГц. Это было необходимо, так как для разогрева плазмы в макете геликонного двигателя используются СВЧ-генераторы большой мощности (десятки киловатт), работающие именно на этих частотах. Поэтому, чтобы избежать наводок, в тракте ПЧ была предусмотрена дополнительная фильтрация.

В 2021 году 94-гигагерцевый СВЧ-интерферометр в количестве 3-х каналов смонтирован на установке Е-1 прототипа геликонного двигателя в НИЦ «Курчатовский институт» и запущен в работу.

Справка: геликонный двигатель является перспективным видом плазменных двигателей, входящих, наряду с ионными двигателями (ИД), в более общий класс так называемых электрических ракетных двигателей. Пот термином «геликон» понимается вид мощной электромагнитной волны, возбуждающей процесс образования плазмы в рабочем газе с последующим выбросом его через сопло для создания движения.

Компания «ДОК» приглашает технических специалистов в свою команду — присоединиться к работе над международными и российскими проектами в области СВЧ-технологий. В компании открыты вакансии для разработчиков СВЧ-техники, конструкторов и сборщиков РЭА, программистов. Приглашаются, как опытные специалисты, так и выпускники технических ВУЗов.

22586563