一種fft鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置，包括壓力容器組件，設置在所述壓力容器組件一端的電路系統(tǒng)組件，靠近所述壓力容器組件遠離電路系統(tǒng)組件的一端、設置在所述壓力容器組件內(nèi)部的磁回路系統(tǒng)，以及設置在所述磁回路系統(tǒng)組件兩端的導體組件；所述導體組件與電路系統(tǒng)連接。本發(fā)明所述FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置，可以克服現(xiàn)有技術中結(jié)構(gòu)復雜、操作不方便和使用效果差等缺陷，以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便和使用效果好的優(yōu)點。
【專利說明】—種FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及ICRF加熱實驗設備【技術領域】，具體地，涉及一種FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)
>J-U裝直。
【背景技術】
[0002]EAST新型離子回旋加熱(ICRF)是托卡馬克實驗裝置中輔助加熱的主要手段之一。ICRF系統(tǒng)包括三個主要部分:RF發(fā)射機、傳輸線網(wǎng)絡和天線。實際中天線的輸入阻抗和發(fā)射機的輸出阻抗并不匹配，特別是當天線的阻抗由于等離子體變化而隨之變化時匹配問題將變得更為復雜。在tokamak加熱實驗中，為了獲得有效的功率傳輸，匹配網(wǎng)絡的任務就是調(diào)制天線的輸入阻抗與發(fā)射機的輸出阻抗使其達到一致，從而得到最大的天線輻射功率加熱等離子體。傳統(tǒng)上，在射頻范圍內(nèi)的匹配，可以由可變的短路支節(jié)、移相器、以及可變或者固定的真空電容器組成的匹配系統(tǒng)來完成。
[0003]傳統(tǒng)的阻抗匹配系統(tǒng)，它在每次放炮之前，根據(jù)下一炮的等離子體參數(shù)以及以前測量的天線負載阻抗可能變化的范圍計算調(diào)配器的工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)匹配。但由于調(diào)配速度的限制，這種匹配系統(tǒng)無法實現(xiàn)在放炮期間的實時匹配，特別是在L-H mode,以及ELMS的情況下，失配的情況將越發(fā)的明顯。傳統(tǒng)的阻抗匹配系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足ICRF加熱實驗的需要。
[0004]在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術中至少存在結(jié)構(gòu)復雜、操作不方便和使用效果差等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置，以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便和使用效果好的優(yōu)點。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:一種FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置，包括壓力容器組件，設置在所述壓力容器組件一端的電路系統(tǒng)組件，靠近所述壓力容器組件遠離電路系統(tǒng)組件的一端、設置在所述壓力容器組件內(nèi)部的磁回路系統(tǒng)，以及設置在所述磁回路系統(tǒng)組件兩端的導體組件；所述導體組件與電路系統(tǒng)連接。
[0007]進一步地，位于所述導體組件的下方，在所述磁回路系統(tǒng)靠近電路系統(tǒng)組件的一端，設有冷卻系統(tǒng)組件。
[0008]進一步地，所述磁回路系統(tǒng)組件，包括依次配合設置的第一磁回路組件和第二磁回路組件。
[0009]進一步地，所述第一磁回路組件的結(jié)構(gòu)和第二磁回路組件的結(jié)構(gòu)相同。
[0010]進一步地，所述導體組件，包括設置在所述磁回路系統(tǒng)靠近電路系統(tǒng)組件一端的外導體組件，以及設置在所述磁回路系統(tǒng)遠離電路系統(tǒng)組件一端的內(nèi)導體組件。
[0011]進一步地，所述外導體組件和內(nèi)導體組件的結(jié)構(gòu)相同外導體組件和內(nèi)導體組件的結(jié)構(gòu)不同。[0012]進一步地，所述壓力容器組件，包括圓柱形壓力容器。
[0013]本發(fā)明各實施例的FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置，由于包括壓力容器組件，設置在壓力容器組件一端的電路系統(tǒng)組件，靠近壓力容器組件遠離電路系統(tǒng)組件的一端、設置在壓力容器組件內(nèi)部的磁回路系統(tǒng)，以及設置在磁回路系統(tǒng)組件兩端的導體組件；所述導體組件與電路系統(tǒng)連接；可以實現(xiàn)鐵氧體快速匹配；從而可以克服現(xiàn)有技術中結(jié)構(gòu)復雜、操作不方便和使用效果差的缺陷，以實現(xiàn)結(jié)構(gòu)簡單、操作方便和使用效果好的優(yōu)點。
[0014]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。
[0015]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0017]圖1為本發(fā)明FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置適用的同軸線雙支節(jié)匹配器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為圖1中鐵氧體支節(jié)截面圖；
[0019]圖3為圖1的模型立體圖；
[0020]圖4為圖3的截面圖；
[0021]圖5為圖1中終端短路帶狀線的等效射頻電路；
[0022]圖6為本發(fā)明FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置的差分相移隨頻率變化仿真圖；
[0023]圖7本發(fā)明FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置的相位長度曲線圖；
[0024]圖8本發(fā)明FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置中最大電場強度E隨外導體內(nèi)半徑b的變化圖；
[0025]圖9為本發(fā)明FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置的帶狀線電場立體圖；
[0026]圖10為本發(fā)明FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置中滲入鐵氧體材料內(nèi)的磁場分布；
[0027]圖11為本發(fā)明FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置不同工作頻率下磁場線圈的自感曲線圖；
[0028]圖12為本發(fā)明FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置插入損耗隨頻率變化的仿真圖；
[0029]圖13為本發(fā)明FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置中磁路設計的流程圖；
[0030]圖14為本發(fā)明FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置中磁路設計的電路圖；(a)為實物模型圖；(b)為等效電路圖；(c)等效電路簡化圖；
[0031]圖15為本發(fā)明FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖16為本發(fā)明FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置的平面結(jié)構(gòu)示意圖；(a)為仰視結(jié)構(gòu)示意圖；(b)為主視結(jié)構(gòu)的局部剖視圖；(C)為左視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖17為本發(fā)明FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置中壓力容器的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖18為本發(fā)明FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置中冷卻系統(tǒng)組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖19為本發(fā)明FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置中磁回路組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖20為本發(fā)明FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置中內(nèi)導體組件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖21為本發(fā)明FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置中外導體組件的結(jié)構(gòu)示意圖。[0038]結(jié)合附圖2，本發(fā)明實施例中附圖標記如下:
[0039]1-外導體組件；2_內(nèi)導體組件；3_鐵氧體；4_釹鐵硼材料層；5_硅鋼片；6_線圈。
[0040]結(jié)合附圖15、16，本發(fā)明實施例中附圖標記如下:
[0041]1-壓力容器組件；2_第一磁回路組件；3_第二磁回路組件；4_冷卻系統(tǒng)組件；5-電路系統(tǒng)組件；6_內(nèi)導體組件；7_外導體組件。
[0042]結(jié)合附圖17，本發(fā)明實施例中附圖標記如下:
[0043]1-9英寸接口 ；2_殼體；3-充氣接口 ；4_進水閥；5_出水閥；6_支腳。
[0044]結(jié)合附圖18，本發(fā)明實施例中附圖標記如下:
[0045]1-外導體上冷板；2_內(nèi)導體冷板；3_外導體下冷板；4_水箱；5_紫銅管；6_進水閥出水閥。
[0046]結(jié)合附圖19，本發(fā)明實施例中附圖標記如下:
[0047]1-拖板；2_釹鐵硼材料層；3_線圈；4-硅鋼片。
[0048]結(jié)合附圖20，本發(fā)明實施例中附圖標記如下:
[0049]1-連接套(數(shù)量I) ;2_輻條(數(shù)量5) ；3-固定板(數(shù)量I) ;4_紫銅管(數(shù)量5)。
[0050]結(jié)合附圖21，本發(fā)明實施例中附圖標記如下:
[0051]1-緊固面板(數(shù)量I) ;2_蓋板(數(shù)量2) ;3_紫銅管(數(shù)量10) ;4-側(cè)板(數(shù)量2)?！揪唧w實施方式】
[0052]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優(yōu)選實施例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0053]在射頻以及微波傳播中，通常會由于不同工作狀態(tài)下負載的變化而使得反射功率增大，降低線路的傳輸效率。因此，必須對傳輸線路進行調(diào)節(jié)，以保證傳輸線的傳輸效率，使器件處于最佳工作狀態(tài)。
[0054]傳輸線理論中，要求負載與傳輸線相匹配以保證從發(fā)射源傳輸?shù)截撦d的功率盡可能的多，而傳輸線本身的損耗盡可能的少。傳輸線的阻抗匹配主要包括兩個方面:一是傳輸線與負載的阻抗匹配，以消除負載的功率反射，使傳輸線工作于行波狀態(tài)；二是傳輸線與波源的阻抗匹配，目的是從微波源獲得最大輸出功率。通常情況下，發(fā)射機的阻抗匹配部分己經(jīng)做在發(fā)射機內(nèi)部，保證其輸出阻抗等于傳輸線的特性阻抗。
[0055]阻抗匹配通常有三種，即負載阻抗匹配、波源阻抗匹配以及共軛阻抗匹配。負載阻抗匹配條件下，負載將吸收全部入射功率，保證傳輸線的效率最高；共軛阻抗匹配條件下，傳輸線任一截面上，輸入阻抗Zi與信號源內(nèi)阻ZO互為共軛值，此時信號源輸出功率最大。工程應用中，三種匹配一般不能同時實現(xiàn)，最重要的阻抗匹配是負載阻抗匹配，以使得傳輸線能夠工作于行波狀態(tài)。為了能夠使負載夠吸收最大功率，因而當傳輸線與負載不匹配時，則需要接入阻抗匹配器，必須對其進行阻抗匹配。
[0056]傳輸線中，其特性阻抗A0=l1/c1其中:LI為單位長度傳輸線的電感；Cl為單
位長度傳輸線的電容。因此，在無耗或微波傳輸情況下，僅取決于傳輸線的分布參數(shù)LI和Cl，與工作頻率無關，也與傳輸線的位置無關。因此，我們可以通過適當?shù)姆椒ㄘ撦d阻抗與傳輸線特性阻抗ZO的匹配。[0057]為了克服原有匹配系統(tǒng)的局限性，需要計劃設計和建設鐵氧體快速匹配系統(tǒng)；根據(jù)本發(fā)明實施例，如圖1-圖21所示，提供了一種FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置(1.5MW)。
[0058]參見圖15和圖16，本實施例的FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置，包括壓力容器組件(如圖15和圖16中的壓力容器組件1)，設置在壓力容器組件一端的電路系統(tǒng)組件(如圖15和圖16中的電路系統(tǒng)組件5)，靠近壓力容器組件遠離電路系統(tǒng)組件的一端、設置在壓力容器組件內(nèi)部的磁回路系統(tǒng)(如圖15和圖16中的第一磁回路組件2和第二磁回路組件3)，以及設置在磁回路系統(tǒng)兩端的導體組件(如圖15和圖16中的內(nèi)導體組件6和外導體組件7);導體組件與電路系統(tǒng)組件連接。位于導體組件的下方，在磁回路系統(tǒng)靠近電路系統(tǒng)組件的一端，設有冷卻系統(tǒng)組件(如圖15和圖16中的冷卻系統(tǒng)組件4)。壓力容器組件，包括圓柱形壓力容器。
[0059]這里，壓力容器組件工作原理:參見圖17，把壓力容器組件的9英寸接口(如圖17中的9英寸接口 I)安裝到系統(tǒng)，通過充氣接口(如圖17中的充氣接口 3)充入0.6MPa六氟化硫氣體用于滅??；通過進水閥(如圖17中的進水閥4)進入0.5MPa壓力水用于冷卻內(nèi)導體和外導體，并通過出水閥(如圖17中的出水閥5)將熱量排出。在圖17中，壓力容器組件還包括殼體(如圖17中的殼體2)和支腳(如圖17中的支腳6)，殼體安裝在支腳上，9英寸接口設在殼體的一端，充氣接口、進水閥和出水閥均設在殼體的另一端。
[0060]冷卻系統(tǒng)組件工作原理:參見圖18，各熱耗大的單元都以冷板為基礎，冷板分為內(nèi)導體冷板(如圖18中的內(nèi)導體冷板2)和外導體上下冷板(如圖18中的外導體上冷板I和外導體下冷板3)，冷卻水通過進水閥(如圖18中的進水閥6)后進入分層水箱(如圖18中的水箱4)，經(jīng)過紫銅管(如圖18中的紫銅管5)路然后進入內(nèi)外導體冷板進行熱交換，最后通過出水閥完成熱量輸出，如圖18所示。
[0061]其中，上述磁回路系統(tǒng)組件，包括依次配合設置的第一磁回路組件(如第一磁回路組件2)和第二磁回路組件(如第二磁回路組件3)。第一磁回路組件的結(jié)構(gòu)和第二磁回路組件的結(jié)構(gòu)相同。
[0062]這里，磁回路組件工作原理(第一磁回路組件和第二磁回路組件同):磁鐵(釹鐵硼)產(chǎn)生的磁場通過硅鋼片形成磁回路，線圈在電流作用下產(chǎn)生偏置磁場，磁場改變磁導率，從而改變了電長度。參見圖19，磁回路組件包括硅鋼片(如圖19中的硅鋼片4)，設置在硅鋼片內(nèi)部、且分層設置在上方的線圈(如圖19中的線圈3)和釹鐵硼材料層(如圖19中的釹鐵硼材料2)，以及設置在硅鋼片內(nèi)部、且分層設置在下方的拖板(如圖19中的拖板I)。
[0063]上述導體組件，包括設置在磁回路系統(tǒng)靠近電路系統(tǒng)組件一端的外導體組件(如外導體組件7)，以及設置在磁回路系統(tǒng)遠離電路系統(tǒng)組件一端的內(nèi)導體組件(如內(nèi)導體組件6)。
[0064]這里，內(nèi)導體組件和外導體組件工作原理:內(nèi)導體和外導體之間形成帶狀線，信號波通過帶狀線傳輸。參見圖20和圖21，裝配時，應在平臺上裝配，要求各部件橫平豎直，不得有歪斜現(xiàn)象；整體鍍銀，鍍銀厚度為20微米。
[0065]參見圖20，內(nèi)導體組件包括水平并行設置的多根輻條(如圖20中的輻條2)，分別設直在福條兩端的連接套(如圖20中的連接套I)和固定板(如圖20中的固定板3),設在固定板遠離輻條一端的多根紫銅管(如圖20中的紫銅管4)。
[0066]參見圖21，外導體組件包括水平并行設置的多個蓋板(如圖21中的蓋板2)，分別設在蓋板兩端的緊固面板(如圖21中的緊固面板I)和一對側(cè)板(如圖21中的側(cè)板4)，以及位于一對側(cè)板之間、且并行設置在蓋板端部的多根紫銅管(如圖21中的紫銅管3)。
[0067]在上述實施例的FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置中，所適用的雙支節(jié)匹配器(FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)屬于雙支節(jié)匹配器一種)主要結(jié)構(gòu)參見圖1。其中，各節(jié)傳輸線均為50Q傳輸線，其中取d2=3/8A，特性阻抗ZO (—般定義為50 Q )，負載阻抗ZL為任意阻抗。通過smith圓圖的作圖可以知道，適當調(diào)節(jié)第一鐵氧體匹配支節(jié)(即第一鐵氧體匹配支節(jié)8)的長度11和第二鐵氧體匹配支節(jié)(即第二鐵氧體匹配支節(jié)9)的長度12，可以實現(xiàn)任意頻率和任意阻抗與50 Q特性阻抗的匹配,實現(xiàn)功率源的最大功率輸出。
[0068]鐵氧體磁導率U受鐵氧體材料的磁化強度(M)以及外加磁場強度(H)的影響。因此，通過選擇適當?shù)蔫F氧體材料加入到傳輸線中，并對其在傳輸線中的幾何尺寸、分布位置以及外加磁場強度(H)進行適當?shù)脑O計，則通過對外磁場強度(H)的調(diào)節(jié)可使匹配器獲得所需的有效電長度(P I)。
[0069]參見圖2，鐵氧體支節(jié)包括水平設置的內(nèi)導體組件(如圖2中的內(nèi)導體組件2)，設置在內(nèi)導體組件外圍的外導體組件(如圖2中的外導體組件1)，水平并行設置在內(nèi)導體組件與外導體組件之間的鐵氧體(如圖2中的鐵氧體3)，水平并行設置在外導體組件上、下側(cè)的釹鐵硼材料層(如圖2中的釹鐵硼材料層4)，豎直對稱設置在外導體組件和釹鐵硼材料層端部的硅鋼片(如圖2中的硅鋼片5)，對稱設置在硅鋼片上、下端的線圈(如圖2中的線圈6)。
[0070]上述實施例的FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置，技術要求如下:①工作頻率:25?70MHz ;②差分電長度:60cm ;③插入損耗S 1% ;④響應時間:< IOms ;⑤系統(tǒng)阻抗:50Q ；⑥可承受峰值功率:1.5MW。
[0071]上述實施例的FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置，實施方案和結(jié)果包括:
[0072]㈠射頻方案
[0073]鐵氧體支節(jié)主要包括磁軛、永磁體、偏置磁場線圈及部分填充鐵氧體材料的帶狀線(參見圖2)。通過改變偏置磁場的大小，使鐵氧體材料的磁導率發(fā)生相應的改變，最終實現(xiàn)該FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置裝置的等效電長度的變化。
[0074]該射頻方案，采用低阻抗的帶狀線傳輸，帶狀線的內(nèi)外導體開4條縫隙，達到減少潤流的效果，每條縫的寬度為5mm,內(nèi)導體厚10mm、長1370mm,外導體長1430mm,內(nèi)導體采用中空結(jié)構(gòu)以方便水冷降溫。鐵氧體分為兩段有效區(qū)域，中間間隔200_ (參見圖3和圖4)。
[0075]分段方式就是直接分段，不加短路板。間隔長度由矩形同軸線(類似帶狀線，但兩側(cè)有金屬邊界)構(gòu)成，該長度由兩段有效長度的相移線段對應的線包之間所需要的間隔長度決定。變換段其前半段是矩圓變換，后面用指數(shù)函數(shù)的矩矩變換。由于尺寸限制，不可能用Ag/4的變換長度，所以只能用漸變線方式實現(xiàn)。
[0076]⑴差分電長度
[0077]①差分相移的影響因素:差分相移的影響因素主要包括磁導率、支節(jié)長度、頻率。
[0078]a、磁導率的影響:
[0079]該FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置，工作在高場區(qū)，在鐵氧體樣品內(nèi)部的偏置磁場，鐵氧體表面的邊界條件通常不同于外加場。當外磁場與鐵氧體材料平面垂直時，由于材料表面上磁感應強度B的連續(xù)性，鐵氧體材料的磁導率y可表示為偏置磁場H和飽和磁化強度Ms的函數(shù)因此鐵氧體材料在一定條件下可用標量磁導率來描述，從而簡化了理
論分析過程。在對無耗傳輸線，特性阻抗Ztl和傳播常數(shù)3可表示為:
[0080]
【權(quán)利要求】
1.一種FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置，其特征在于，包括壓力容器組件，設置在所述壓力容器組件一端的電路系統(tǒng)組件，靠近所述壓力容器組件遠離電路系統(tǒng)組件的一端、設置在所述壓力容器組件內(nèi)部的磁回路系統(tǒng)，以及設置在所述磁回路系統(tǒng)組件兩端的導體組件；所述導體組件與電路系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置，其特征在于，位于所述導體組件的下方，在所述磁回路系統(tǒng)靠近電路系統(tǒng)組件的一端，設有冷卻系統(tǒng)組件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置，其特征在于，所述磁回路系統(tǒng)組件，包括依次配合設置的第一磁回路組件和第二磁回路組件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置，其特征在于，所述第一磁回路組件的結(jié)構(gòu)和第二磁回路組件的結(jié)構(gòu)相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置，其特征在于，所述導體組件，包括設置在所述磁回路系統(tǒng)靠近電路系統(tǒng)組件一端的外導體組件，以及設置在所述磁回路系統(tǒng)遠離電路系統(tǒng)組件一端的內(nèi)導體組件。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置，其特征在于，所述外導體組件和內(nèi)導體組件的結(jié)構(gòu)不同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的FFT鐵氧體調(diào)配支節(jié)裝置，其特征在于，所述壓力容器組件，包括圓柱形壓力容器。
【文檔編號】B01L7/00GK103623881SQ201310633877
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月30日
【發(fā)明者】禹勝林, 李廣輝 申請人:無錫信大氣象傳感網(wǎng)科技有限公司