高密度プラズマ揺動分布測定のためのミリ波イメージング反射計の開発

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13480130
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 服部 邦彦 東北大学, 大学院・工学研究科, 助手 (90261578)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 水野 皓司 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (30005326) ; 安藤 晃 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (90182998) ; 犬竹 正明 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (90023738) ; 間瀬 淳 九州大学, 先端科学技術共同研究センター, 教授 (00023325)
• Keywords: マイクロ波反射計 / イメージング / テーパードスロットアンテナ / プラズマ計測 / 準光学設計 / ミリ波

Research Abstract

磁場閉じ込めプラズマなどの密度および密度揺動分布等を非接触で測定する方法として反射法を用いたプラズマ診断法の開発が進められている。本研究の目的は、非接触プラズマ測定法の1つである反射計とイメージング計測法を組み合わせ、プラズマの半径方向ならびに軸方向密度揺動および磁場揺動の動的3次元空間分布測定を1ショットで行う手法を開発することである。開発にあたっては、ミリ波の受光面に設置する小型アレイアンテナの製作とプラズマ中に電磁波を入射または反射波を結像させるための光学系の最適化設計が必要となる。
昨年度に引き続き、既存のマイクロ波反射計を用いた原理実証実験を行うために12GHz帯のテーパードスロットアンテナ(TSA)を作製し特性評価を行った。このTSAのアンテナと給電線の電磁結合部は、マイクロストリップ線路給電回路の等価回路法を用いて設計を行った。この方法を用いて製作したTSAは、7〜14GHzにおいてVSWRは2以下を実現できた。また、アンテナビームの放射パターンを改良するためにコルゲート構造を付加し、E平面のビーム半値角(-10dB)が26.5゜となりコルゲート構造を持たない場合にくらべアンテナ利得が約40%改善された。さらに2素子のアンテナを製作し、アンテナ間のクロストークレベルは、-30dB以下である事を確認した。この製作した1素子のTSAを従来から使用してきた反射計の受信アンテナとして用いて、プラズマのカットオフ面の時間変化を測定したところ、静電プローブにより測定されたカットオフ密度面の振る舞いと良く一致した。さらに、準光学的手法を用いたプラズマ計測のための光学設計を行った。

Research Products

• [Publications] 工藤大樹: "マイクロ波帯イメージング反射計用アンテナの開発"電気学会研究会資料(プラズマ研究会). PST-03-20. 1-6 (2003)
• [Publications] A.Mase: "Development and Application of Millimeter-Wave Imaging Radar"Journal of Plasma and Fusion Research. 78・5. 439-446 (2002)
• [Publications] L.G.Bruskin: "Effect of Plasma Profile Curvature on Microwave Scattering in Reflectometry"Journal of the Physical Society of Japan. 71・5. 1274-1279 (2002)
• [Publications] K.Watabe: "Millimeter-Wave two-Dimensional Imaging Optical System for Interferometer of the GAMMA10 Tandem Mirror"Review of Scientific Instruments. 72・6. 2282-2286 (2002)
• [Publications] Y.Itoh: "Generation of short millimeter-wave radiation using dot-matrix uni-travelline-carrier photo diode"Electron Lett.. 39・1. 65-67 (2003)
• [Publications] M.Inutake: "Characteristics of a Supersonic Plasma Flow in a Magnetic Nozzle"Journal of Plasma and Fusion Research. 78・12. 1352-1360 (2002)