Here we present the design of the fast-ion collective Thomson scattering receiver for millimeter wave radiation installed at ASDEX Upgrade, a tokamak for fusion plasma experiments. The receiver can detect spectral power densities of a few eV against the electron cyclotron emission background on the order of 100 eV under presence of gyrotron stray radiation that is several orders of magnitude stronger than the signal to be detected. The receiver down converts the frequencies of scattered radiation (100–110 GHz) to intermediate frequencies (IF) (4.5–14.5 GHz) by heterodyning. The IF signal is divided into 50 IF channels tightly spaced in frequency space. The channels are terminated by square-law detector diodes that convert the signal power into DC voltages. We present measurements of the transmission characteristics and performance of the main receiver components operating at mm-wave frequencies (notch, bandpass, and lowpass filters, a voltage-controlled variable attenuator, and an isolator), the down-converter unit, and the IF components (amplifiers, bandpass filters, and detector diodes). Furthermore, we determine the performance of the receiver as a unit through spectral response measurements and find reasonable agreement with the expectation based on the individual component measurements

1.
H. J.
Hartfuss
,
T.
Geist
, and
M.
Hirsch
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
39
,
1693
(
1997
).
2.
N. C.
Luhmann
,
H.
Bindslev
,
H.
Park
,
G.
Taylor
,
J.
Sanchez
, and
C.
Yu
,
Fusion Sci. Technol.
53
,
335
(
2008
).
3.
H.
Bindslev
,
J. A.
Hoekzema
,
J.
Egedal
,
J. A.
Fessey
,
T. P.
Hughes
, and
J. S.
Machuzak
,
Phys. Rev. Lett.
83
,
3206
(
1999
).
4.
E. V.
Suvorov
,
V.
Erckmann
,
E.
Holzhauer
,
W.
Kasparek
,
Y. A.
Dryagin
,
S. E.
Filchenkov
,
A. A.
Fraiman
,
T.
Geist
,
M.
Kick
,
L. M.
Kukin
,
A. V.
Kostrov
,
L. V.
Lubyako
,
A. M.
Shtanyuk
,
N. K.
Skalyga
, and
O. B.
Smolyakova
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
37
,
1207
(
1995
).
5.
E. V.
Suvorov
,
E.
Holzhauer
,
W.
Kasparek
,
L. V.
Lubyako
,
A. B.
Burov
,
Y. A.
Dryagin
,
S. E.
Filchenkov
,
A. A.
Fraiman
,
L. M.
Kukin
,
A. V.
Kostrov
,
D. A.
Ryndyk
,
A. M.
Shtanyuk
,
N. K.
Skalyga
,
O. B.
Smolyakova
,
V.
Erckmann
,
T.
Geist
,
M.
Kick
,
H.
Laqua
,
M.
Rust
,
W7-AS Team
,
ECRH Team
, and
NBI Team
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
39
,
B337
(
1997
).
6.
U.
Tartari
,
G.
Grosso
,
G.
Granucci
,
L. V.
Lubyako
,
A. G.
Shalashov
,
E. V.
Suvorov
,
F. P.
Orsitto
,
A.
Simonetto
,
S.
Nowak
,
F.
Volpe
,
A.
Bruschi
,
F.
Gandini
,
V.
Muzzini
,
S.
Garavaglia
, and
G.
Grossetti
,
Nucl. Fusion
46
,
928
(
2006
).
7.
U.
Tartari
,
G.
Grosso
,
G.
Granucci
,
F.
Gandini
,
S.
Garavaglia
,
G.
Grossetti
,
A.
Simonetto
,
V.
Mellera
,
V.
Muzzini
,
L.
Lubyako
,
A.
Shalashov
,
F. P.
Orsitto
,
G.
Ciccone
, and
F.
Volpe
,
Rev. Sci. Instrum.
78
,
043506
(
2007
).
8.
D.
Moseev
,
F.
Meo
,
S. B.
Korsholm
,
T.
Koskela
,
M.
Albergante
,
O.
Asunta
,
H.
Bindslev
,
A.
Buerger
,
V.
Furtula
,
M. Y.
Kantor
,
F.
Leipold
,
P. K.
Michelsen
,
S. K.
Nielsen
,
M.
Salewski
,
O.
Schmitz
,
M.
Stejner
,
E.
Westerhof
, and
TEXTOR Team
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
53
,
105004
(
2011
).
9.
S. K.
Nielsen
,
H.
Bindslev
,
M.
Salewski
,
A.
Burger
,
E.
Delabie
,
V.
Furtula
,
M.
Kantor
,
S. B.
Korsholm
,
F.
Leipold
,
F.
Meo
,
P. K.
Michelsen
,
D.
Moseev
,
J. W.
Oosterbeek
,
M.
Stejner
,
E.
Westerhof
,
P.
Woskov
, and
TEXTOR Team
,
Plasma Phys. Controlled Fusion
52
,
092001
(
2010
).
10.
S. K.
Nielsen
,
M.
Salewski
,
H.
Bindslev
,
A.
Burger
,
V.
Furtula
,
M.
Kantor
,
S. B.
Korsholm
,
H. R.
Koslowski
,
A.
Kraemer-Flecken
,
F.
Leipold
,
F.
Meo
,
P. K.
Michelsen
,
D.
Moseev
,
J. W.
Oosterbeek
,
M.
Stejner
,
E.
Westerhof
, and
TEXTOR Team
,
Nucl. Fusion
51
,
063014
(
2011
).
11.
E.
Westerhof
,
S. K.
Nielsen
,
J. W.
Oosterbeek
,
M.
Salewski
,
M. R.
De Baar
,
W. A.
Bongers
,
A.
Bürger
,
B. A.
Hennen
,
S. B.
Korsholm
,
F.
Leipold
,
D.
Moseev
,
M.
Stejner
, and
D. J.
Thoen
,
Phys. Rev. Lett.
103
,
125001
(
2009
).
12.
F.
Meo
,
H.
Bindslev
,
S. B.
Korsholm
,
V.
Furtula
,
F.
Leipold
,
P. K.
Michelsen
,
S. K.
Nielsen
,
M.
Salewski
,
J.
Stober
,
D.
Wagner
,
F.
Leuterer
, and
P.
Woskov
,
Rev. Sci. Instrum.
79
,
10E501
(
2008
).
13.
F.
Meo
,
M.
Stejner
,
M.
Salewski
,
H.
Bindslev
,
T.
Eich
,
V.
Furtula
,
S. B.
Korsholm
,
F.
Leuterer
,
F.
Leipold
,
P. K.
Michelsen
,
D.
Moseev
,
S. K.
Nielsen
,
B.
Reiter
,
J.
Stober
,
D.
Wagner
,
P.
Woskov
, and
ASDEX Upgrade team
,
J. Phys.: Conf. Ser.
227
,
012010
(
2010
).
14.
M.
Salewski
,
F.
Meo
,
M.
Stejner
,
O.
Asunta
,
H.
Bindslev
,
V.
Furtula
,
S. B.
Korsholm
,
T.
Kurki-Suonio
,
F.
Leipold
,
F.
Leuterer
,
P. K.
Michelsen
,
D.
Moseev
,
S. K.
Nielsen
,
J.
Stober
,
G.
Tardini
,
D.
Wagner
,
P.
Woskov
, and
ASDEX Upgrade team
,
Nucl. Fusion
50
,
035012
(
2010
).
15.
S.
Kubo
,
M.
Nishiura
,
K.
Tanaka
,
T.
Shimozuma
,
Y.
Yoshimura
,
H.
Igami
,
H.
Takahash
,
T.
Mutoh
,
N.
Tamura
,
Y.
Tatematsu
,
T.
Saito
,
T.
Notake
,
S. B.
Korsholm
,
F.
Meo
,
S. K.
Nielsen
,
M.
Salewski
, and
M.
Stejner
,
Rev. Sci. Instrum.
81
,
10D535
(
2010
).
16.
S. B.
Korsholm
,
H.
Bindslev
,
V.
Furtula
,
F.
Leipold
,
F.
Meo
,
P. K.
Michelsen
,
D.
Moseev
,
S. K.
Nielsen
,
M.
Salewski
, and
M.
Stejner
,
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res.
623
,
677
(
2010
).
17.
S. B.
Korsholm
,
M.
Stejner
,
H.
Bindslev
,
V.
Furtula
,
F.
Leipold
,
F.
Meo
,
P. K.
Michelsen
,
D.
Moseev
,
S. K.
Nielsen
,
M.
Salewski
,
M.
de Baar
,
E.
Delabie
,
M.
Kantor
, and
A.
Bürger
,
Phys. Rev. Lett.
,
106
,
165004
(
2011
).
18.
M.
Stejner
,
S. B.
Korsholm
,
S. K.
Nielsen
,
M.
Salewski
,
H.
Bindslev
,
V.
Furtula
,
F.
Leipold
,
P. K.
Michelsen
,
F.
Meo
, and
D.
Moseev
, “
The prospect for fuel ion ratio measurements in ITER by collective Thomson scattering
,” Nucl. Fusion (to be published).
19.
M.
Salewski
,
F.
Meo
,
H.
Bindslev
,
V.
Furtula
,
S. B.
Korsholm
,
B.
Lauritzen
,
F.
Leipold
,
P. K.
Michelsen
,
S. K.
Nielsen
, and
E.
Nonbøl
,
Rev. Sci. Instrum.
79
,
10E729
(
2008
).
20.
F.
Meo
,
H.
Bindslev
,
S. B.
Korsholm
,
E. L.
Tsakadze
,
S. B.
Korsholm
,
P.
Woskov
,
C. I.
Walker
, and
G.
Vayakis
,
Rev. Sci. Instrum.
75
,
3585
(
2004
).
21.
F.
Leipold
,
V.
Furtula
,
M.
Salewski
,
H.
Bindslev
,
S. B.
Korsholm
,
F.
Meo
,
P. K.
Michelsen
,
D.
Moseev
,
S. K.
Nielsen
, and
M.
Stejner
,
Rev. Sci. Instrum.
80
,
093501
(
2009
).
22.
M.
Salewski
,
S. K.
Nielsen
,
H.
Bindslev
,
V.
Furtula
,
N. N.
Gorelenkov
,
S. B.
Korsholm
,
F.
Leipold
,
F.
Meo
,
P. K.
Michelsen
,
D.
Moseev
, and
M.
Stejner
,
Nucl. Fusion
51
,
083014
(
2011
).
23.
M.
Salewski
,
O.
Asunta
,
L.-G.
Eriksson
,
H.
Bindslev
,
V.
Hynönen
,
S. B.
Korsholm
,
T.
Kurki-Suonio
,
F.
Leipold
,
F.
Meo
,
P. K.
Michelsen
,
S. K.
Nielsen
, and
J.
Roenby
,
Plasma Phys. Control. Fusion
51
,
035006
(
2009
).
24.
M.
Salewski
,
L.-G.
Eriksson
,
H.
Bindslev
,
S. B.
Korsholm
,
F.
Leipold
,
F.
Meo
,
P. K.
Michelsen
, and
S. K.
Nielsen
,
Nucl. Fusion
49
,
025006
(
2009
).
25.
D.
Wagner
,
G.
Grünwald
,
F.
Leuterer
,
A.
Manini
,
F.
Monaco
,
M.
Münich
,
H.
Schütz
,
J.
Stober
,
H.
Zohm
,
T.
Franke
,
M.
Thumm
,
G.
Gantenbein
,
R.
Heidinger
,
A.
Meier
,
W.
Kasparek
,
C.
Lechte
,
A.
Litvak
,
G. G.
Denisov
,
A. V.
Chirkov
,
E.
Tai
,
L. G.
Popov
,
V.
Nichiporenko
,
V. E.
Myasnikov
,
E. A.
Solyanova
,
S. A.
Malygin
,
F.
Meo
, and
P.
Woskov
,
Nucl. Fusion
48
,
054006
(
2008
).
26.
D.
Wagner
,
G.
Grünwald
,
F.
Leuterer
,
A.
Manini
,
F.
Monaco
,
M. J.
Münich
,
H.
Schütz
,
J.
Stober
,
H.
Zohm
,
T.
Franke
,
M.
Thumm
,
R.
Heidinger
,
G.
Gantenbein
,
A.
Meier
,
W.
Kasparek
,
C.
Lechte
,
A. G.
Litvak
,
G. G.
Denisov
,
A. V.
Chirkov
,
E. M.
Tai
,
L. G.
Popov
,
V. O.
Nichiporenko
,
V. E.
Myasnikov
,
E. A.
Solyanova
,
S. A.
Malygin
,
F.
Meo
, and
P. P.
Woskov
,
IEEE Trans. Plasma Sci.
36
,
324
(
2008
).
27.
V.
Furtula
,
P. K.
Michelsen
,
F.
Leipold
,
M.
Salewski
,
S. B.
Korsholm
,
F.
Meo
,
S. K.
Nielsen
,
M.
Stejner
,
D.
Moseev
, and
T.
Johansen
,
Rev. Sci. Instrum.
81
,
10D913
(
2010
).
28.
V.
Furtula
,
P. K.
Michelsen
,
F.
Leipold
,
M.
Salewski
,
S. B.
Korsholm
,
F.
Meo
,
S. K.
Nielsen
,
M.
Stejner
,
D.
Moseev
, and
T.
Johansen
,
Fusion Sci. Technol.
59
,
670
(
2011
).
29.
T.
Geist
and
M.
Bergbauer
,
Int. J. Infrared Millimeter-Waves
15
,
2043
(
1994
).
30.
G. G.
Denisov
,
S.
Kuzikov
, and
M. Y.
Shmelyov
,
18th Int. Conf. on Infrared and Millimeter-Waves
2104
,
353
(
1993
).
31.
G. G.
Denisov
,
A. A.
Bogdashov
,
A. N.
Panin
, and
Y. V.
Rodin
, 33rd International Conference on Infrared, Millimeter and Terahertz Waves, September 15–19,
2008
, California Institute of Technology, Pasadena, California, pp.
140
141
.
32.
G. G.
Denisov
,
S. V.
Kuzikov
, and
D. A.
Lukonikov
,
Int. J. Infrared Millimeter-Waves
16
,
1231
(
1995
).
33.
S. A.
Maas
,
Nonlinear Microwave and RF Circuits
(
Artech House
,
Norwood, MA
,
2003
).
34.
T. H.
Lee
,
The Design of CMOS Radio-Frequency Integrated Circuits
(
Cambridge, University Press
,
Cambridge, UK
,
2004
), pp.
390
400
.
You do not currently have access to this content.