專(zhuān)利名稱(chēng)：輻射端面為曲面的低雜波天線(xiàn)相位測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物理測(cè)量領(lǐng)域，具體涉及一種可以對(duì)輻射端面為曲面的低雜波天線(xiàn)進(jìn)行相位本底測(cè)量的裝置。
背景技術(shù)：
低混雜波驅(qū)動(dòng)電流已經(jīng)被實(shí)驗(yàn)證明為托卡馬克型受控磁約束核聚變裝置上最為有效的非感應(yīng)驅(qū)動(dòng)電流方法，天線(xiàn)是低雜波系統(tǒng)中非常重要的分系統(tǒng)，其作用是將由微波源經(jīng)傳輸線(xiàn)輸送來(lái)的微波能量以特定的輻射功率譜耦合到托卡馬克等離子體中，通過(guò)朗道阻尼與等離子體中的共振電子發(fā)生有效作用，對(duì)電子在平行于磁場(chǎng)的方向上進(jìn)行加速，從而驅(qū)動(dòng)電流。國(guó)內(nèi)外低雜波天線(xiàn)發(fā)展到現(xiàn)階段，基本饋能結(jié)構(gòu)均是由數(shù)路主傳輸波導(dǎo)將微波能 量饋入對(duì)應(yīng)的天線(xiàn)單元，由天線(xiàn)單元內(nèi)置的功率分配和移相系統(tǒng)共同作用，使由同一主傳輸波導(dǎo)饋能的各子波導(dǎo)輸出功率基本一致，相鄰子波導(dǎo)相位差固定，通過(guò)調(diào)節(jié)各路主傳輸波導(dǎo)的相位，可以獲得所需要的輻射功率譜，以達(dá)到提高驅(qū)動(dòng)效率，改善約束的目的，并能滿(mǎn)足各種物理實(shí)驗(yàn)對(duì)低雜波相位的要求，如圖I所示，因而低雜波天線(xiàn)輻射端面各子波導(dǎo)輸出相位是固定相位Λ Φ(—般取90° )，和可變相位Φ1至Φη的結(jié)合。相位反饋控制系統(tǒng)通過(guò)對(duì)安裝在靠近天線(xiàn)的定向耦合器取樣出來(lái)的微波信號(hào)，進(jìn)行相位測(cè)量，在此基礎(chǔ)上，根據(jù)物理實(shí)驗(yàn)需要，調(diào)節(jié)速調(diào)管前級(jí)系統(tǒng)中的各移相模塊，完成低雜波天線(xiàn)各主波導(dǎo)相位的反饋控制，但是，定向耦合器所測(cè)量的僅是其本身所在位置的入射波相位，并不是天線(xiàn)輻射端面各子波導(dǎo)的輸出相位，定向耦合器后端還連接有其它微波器件，如現(xiàn)有2. 45GHz低雜波天饋線(xiàn)系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)隔直、真空密封等要求，在天線(xiàn)真空室外側(cè)，安裝有一只隔直器，兩只陶瓷窗，兩段真空波導(dǎo)，天線(xiàn)真空室內(nèi)側(cè)，還需要不同彎曲角度的過(guò)渡連接波導(dǎo)匯總至各長(zhǎng)直波導(dǎo)，最后由長(zhǎng)直波導(dǎo)將微波能量饋入天線(xiàn)單元，如圖2所示，從定向耦合器到天線(xiàn)輻射端面，各路主傳輸波導(dǎo)的相移并不相同，主要原因是過(guò)渡連接波導(dǎo)的彎曲角度及長(zhǎng)度不同，此外，同種微波器件的電尺寸不可能完全一致，經(jīng)過(guò)一連串不同微波器件后，各路的相移偏差也會(huì)隨之增大，并且安裝過(guò)程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生扭曲、形變，有的法蘭中間還需要加裝薄金屬墊片作為補(bǔ)償以保證良好的電接觸，由于天線(xiàn)輻射端面被加工成曲面，以便與等離子體放電位形匹配，如圖3所示，沒(méi)有辦法用普通測(cè)量器件與各子波導(dǎo)對(duì)接，完成測(cè)量，因此，以往提供給相位反饋控制系統(tǒng)的相位本底數(shù)據(jù)，是利用電磁場(chǎng)仿真軟件對(duì)各種彎曲角度的過(guò)渡連接波導(dǎo)建模、仿真，得出相移值，忽略了上面所列的其它因素，是計(jì)算值，而不是實(shí)測(cè)值，從而引入了不必要的誤差，影響到低雜波調(diào)相對(duì)托卡馬克物理實(shí)驗(yàn)的重要作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種能夠準(zhǔn)確測(cè)量輻射端面為曲面的低雜波天線(xiàn)相位的裝置。
本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種輻射端面為曲面的低雜波天線(xiàn)相位測(cè)量裝置，包括有依次相連接的隔直器、陶瓷窗一、真空波導(dǎo)、陶瓷窗二、真空波導(dǎo)二、過(guò)渡波導(dǎo)、直波導(dǎo)和天線(xiàn)某一路主波導(dǎo)所對(duì)應(yīng)的天線(xiàn)單元，還包括有子波導(dǎo)引出模塊、兩個(gè)波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和若干波導(dǎo)匹配負(fù)載；所述的子波導(dǎo)引出模塊包括一帶有法蘭中間有矩形開(kāi)口的底盤(pán)，分別以矩形的兩窄邊為底邊向外引出兩個(gè)等邊三角支架，在兩個(gè)等邊三角支架頂點(diǎn)處分別有繼續(xù)向外延伸的一個(gè)支桿，在兩支桿之間固定有兩條矩形微帶，兩支桿和兩微帶構(gòu)成階梯形狀，所述的階梯形狀部分為引出波導(dǎo)，兩個(gè)等邊三角支架為過(guò)渡波導(dǎo)，引出波導(dǎo)的尺寸略小于所述天線(xiàn)單元的子波導(dǎo)的尺寸，將引出波導(dǎo)裝入天線(xiàn)單元的某一路子波導(dǎo)中，所述的若干波導(dǎo)匹配負(fù)載分別裝入天線(xiàn)單元其余各子波導(dǎo)中，子波導(dǎo)引出模塊的底盤(pán)通過(guò)法蘭與所述的波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器一連接，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器一的輸出端與所述的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸入端相連，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸出端連接所述的波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器二，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器二再連接所述隔直器的輸入端。本發(fā)明的特征還在于所述的波導(dǎo)匹配負(fù)載為嵌入式波導(dǎo)匹配負(fù)載，包括有微波 吸收片和金屬薄板，微波吸收片固定在金屬薄板上，金屬薄板的尺寸略小于所述天線(xiàn)單元子波導(dǎo)的尺寸，金屬薄板的中心固定一個(gè)金屬拉桿，方便從子波導(dǎo)中取出；所述的兩個(gè)波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的同軸輸出端采用標(biāo)準(zhǔn)N型接頭，分別通過(guò)穩(wěn)相電纜與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀相連。本發(fā)明的工作原理是對(duì)天線(xiàn)系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)后，卸下待測(cè)量主傳輸波導(dǎo)上的天線(xiàn)端定向耦合器，將波導(dǎo)同軸裝換器與隔直器對(duì)接，將子波導(dǎo)引出模塊裝入主傳輸波導(dǎo)對(duì)應(yīng)的天線(xiàn)單元某一路子波導(dǎo)中，嵌入式匹配負(fù)載裝入其余各路子波導(dǎo)中，子波導(dǎo)引出模塊的法蘭端與另一波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器連接，利用穩(wěn)相電纜將兩只波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀依次測(cè)量個(gè)路子波導(dǎo)相位，將所測(cè)子波導(dǎo)相位取平均值，即是該路主傳輸波導(dǎo)從定向耦合器到天線(xiàn)輻射端面的相位本底，依照上述測(cè)量方法，可獲得其余主傳輸波導(dǎo)的相位本底數(shù)據(jù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是本發(fā)明可以對(duì)輻射端面為曲面的低雜波天線(xiàn)進(jìn)行相位測(cè)量，不需要計(jì)算，直接測(cè)出相位本底數(shù)據(jù)，有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精確度高，誤差小的優(yōu)點(diǎn)。


圖I為低雜波天線(xiàn)可變相位Φ1至φη及固定相位Λ Φ。圖2為EAST-2. 45GHz低雜波天線(xiàn)饋能結(jié)構(gòu)。圖3為天線(xiàn)輻射端面與等離子體位形匹配示意圖。圖4為子波導(dǎo)引出模塊外形圖。圖5為子波導(dǎo)引出模塊駐波的波形圖。圖6為子波導(dǎo)引出模塊與天線(xiàn)單元子波導(dǎo)裝配關(guān)系。圖7為子波導(dǎo)引出模塊與天線(xiàn)子波導(dǎo)裝配關(guān)系(側(cè)視圖)。圖8為子波導(dǎo)引出模塊與天線(xiàn)子波導(dǎo)裝配關(guān)系(俯視圖)。圖9為嵌入式波導(dǎo)匹配負(fù)載外形圖。圖10為嵌入式波導(dǎo)匹配負(fù)載駐波的波形圖。圖11為嵌入式波導(dǎo)匹配負(fù)載與天線(xiàn)子波導(dǎo)裝配關(guān)系。
圖12為相位本底測(cè)量示意圖。
具體實(shí)施例方式一種輻射端面為曲面的低雜波天線(xiàn)相位測(cè)量裝置，如圖12所示，包括有依次相連接的隔直器I、陶瓷窗一 2、真空波導(dǎo)3、陶瓷窗二 4、真空波導(dǎo)二 5、過(guò)渡波導(dǎo)6、直波導(dǎo)7和天線(xiàn)某一路主波導(dǎo)所對(duì)應(yīng)的天線(xiàn)單元8，還包括有子波導(dǎo)引出模塊17、兩個(gè)波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器22和24、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀23和若干波導(dǎo)匹配負(fù)載21 ;所述的子波導(dǎo)引出模塊17如圖4所示，包括一帶有若干法蘭10中間有矩形開(kāi)口的底盤(pán)9，分別以矩形的兩窄邊為底邊向外引出兩個(gè)等邊三角支架11，在兩個(gè)等邊三角支架11頂點(diǎn)處分別有繼續(xù)向外延伸的一個(gè)支桿12，在兩支桿12之間固定有兩條矩形微帶13，兩支桿12和兩微帶13構(gòu)成階梯形狀，所述的階梯形狀部分為引出波導(dǎo)14，兩個(gè)等邊三角支架11為過(guò)渡波導(dǎo)15，引出波導(dǎo)14的尺寸略小于所述天線(xiàn)單元8的子波導(dǎo)的尺寸，將引出波導(dǎo)14裝入天線(xiàn)單元8的某一路子波導(dǎo)16中，如圖6、7、8所示，所述的若干波導(dǎo)匹配負(fù)載21分別裝入天線(xiàn)單元8其余各子波導(dǎo)16中，子波導(dǎo)引出模塊17的底盤(pán)9通過(guò)法蘭10與所述的波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器一 22連接，波導(dǎo)同 軸轉(zhuǎn)換器一 22的輸出端與所述的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀23的輸入端相連，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀23的輸出端連接所述的波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器二 24，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器二 24再連接所述隔直器I的輸入端。所述的波導(dǎo)匹配負(fù)載21為嵌入式波導(dǎo)匹配負(fù)載，如圖9和11所示，包括有微波吸收片18和金屬薄板19,微波吸收片18固定在金屬薄板19上,金屬薄板19的尺寸略小于所述天線(xiàn)單元8子波導(dǎo)16的尺寸，金屬薄板19的中心固定一個(gè)金屬拉桿20，方便從子波導(dǎo)16中取出；所述的兩個(gè)波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的同軸輸出端采用標(biāo)準(zhǔn)N型接頭，分別通過(guò)穩(wěn)相電纜與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀23相連。低雜波天線(xiàn)是點(diǎn)頻工作，帶寬很窄，一般在中心頻率±10兆赫茲，將引出波導(dǎo)14做成階梯形式，如圖4所示，當(dāng)子波導(dǎo)引出模塊17裝入天線(xiàn)輻射端面某一路子波導(dǎo)后，滿(mǎn)足阻抗變換原理，圖6、7、8所示，bl是天線(xiàn)單元8子波導(dǎo)16的高度，b2是引出波導(dǎo)14高度，al是天線(xiàn)單元8子波導(dǎo)16的寬度，a2是引出波導(dǎo)14寬度，LI是第一臺(tái)階的長(zhǎng)度，L2是第二臺(tái)階的長(zhǎng)度，L是過(guò)渡波導(dǎo)15的長(zhǎng)度，例如，將要進(jìn)行測(cè)量的2. 45GHz天線(xiàn)，其中bl為109. 2mm, al為10. Omm,利用微波仿真軟件建模、計(jì)算并優(yōu)化,駐波波形如圖5所示,得出b2、Ll、a2、L2、L，分別為 99. 2mm, 75. 9mm, 8. 2mm, 60. Omm 和 434. 0mm，引出波導(dǎo) 14 的寬度比子波導(dǎo)16寬度略小(一般小O. 01 O. 03mm,以保證能夠順利裝入)，將子波導(dǎo)引出模塊17與波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器連接，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的同軸輸出端采用標(biāo)準(zhǔn)N型接頭，測(cè)量時(shí)利用穩(wěn)相電纜將標(biāo)準(zhǔn)波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀23連接。如圖9所示，根據(jù)相關(guān)微波吸收材料廠(chǎng)商提供的吸收片電磁參數(shù)，經(jīng)仿真優(yōu)化，確定了吸收片形狀尺寸和其與金屬薄板19的相對(duì)位置，駐波如圖10所示，在中心頻點(diǎn)處駐波為I. 0059，在中心頻點(diǎn)附近超過(guò)300MHz帶寬，駐波比小于I. 04，可將其插入天線(xiàn)單元8子波導(dǎo)16中進(jìn)行相關(guān)測(cè)量，圖11所示。如圖12所示，依次測(cè)量各路子波導(dǎo)16相位，將所測(cè)子波導(dǎo)16相位取平均值，即是該路主傳輸波導(dǎo)從定向耦合器到天線(xiàn)輻射端面的相位本底，依照上述測(cè)量方法，可獲得其余主傳輸波導(dǎo)的相位本底數(shù)據(jù)。表I所示，為實(shí)際測(cè)量的相位本底數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求
1.一種輻射端面為曲面的低雜波天線(xiàn)相位測(cè)量裝置，包括有依次相連接的隔直器、陶瓷窗一、真空波導(dǎo)、陶瓷窗二、真空波導(dǎo)二、過(guò)渡波導(dǎo)、直波導(dǎo)和天線(xiàn)某一路主波導(dǎo)所對(duì)應(yīng)的天線(xiàn)單元，其特征在于還包括有子波導(dǎo)引出模塊、兩個(gè)波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和若干波導(dǎo)匹配負(fù)載；所述的子波導(dǎo)引出模塊包括一帶有法蘭中間有矩形開(kāi)口的底盤(pán)，分別以矩形的兩窄邊為底邊向外引出兩個(gè)等邊三角支架，在兩個(gè)等邊三角支架頂點(diǎn)處分別有繼續(xù)向外延伸的一個(gè)支桿，在兩支桿之間固定有兩條矩形微帶，兩支桿和兩微帶構(gòu)成階梯形狀，所述的階梯形狀部分為引出波導(dǎo)，兩個(gè)等邊三角支架為過(guò)渡波導(dǎo)，引出波導(dǎo)的尺寸略小于所述天線(xiàn)單元的子波導(dǎo)的尺寸，將引出波導(dǎo)裝入天線(xiàn)單元的某一路子波導(dǎo)中，所述的若干波導(dǎo)匹配負(fù)載分別裝入天線(xiàn)單元其余各子波導(dǎo)中，子波導(dǎo)引出模塊的底盤(pán)通過(guò)法蘭與所述的波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器一連接，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器一的輸出端與所述的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸入端相連，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀的輸出端連接所述的波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器二，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器二再連接所述隔直器的輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輻射端面為曲面的低雜波天線(xiàn)相位測(cè)量裝置，其特征在于所述的波導(dǎo)匹配負(fù)載為嵌入式波導(dǎo)匹配負(fù)載，包括有微波吸收片和金屬薄板，微波吸收片固定在金屬薄板上，金屬薄板的尺寸略小于所述天線(xiàn)單元子波導(dǎo)的尺寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輻射端面為曲面的低雜波天線(xiàn)相位測(cè)量裝置，其特征在于所述的金屬薄板的中心固定一個(gè)金屬拉桿。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輻射端面為曲面的低雜波天線(xiàn)相位測(cè)量裝置，其特征在于所述的兩個(gè)波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器的同軸輸出端采用標(biāo)準(zhǔn)N型接頭，分別通過(guò)穩(wěn)相電纜與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀相連。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種輻射端面為曲面的低雜波天線(xiàn)相位測(cè)量裝置，包括有依次相連接的隔直器、陶瓷窗一、真空波導(dǎo)、陶瓷窗二、真空波導(dǎo)二、過(guò)渡波導(dǎo)、直波導(dǎo)和天線(xiàn)單元，還包括有子波導(dǎo)引出模塊、兩個(gè)波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和若干波導(dǎo)匹配負(fù)載；子波導(dǎo)引出模塊包括底盤(pán)、引出波導(dǎo)和過(guò)渡波導(dǎo)，將引出波導(dǎo)裝入天線(xiàn)單元的某一路子波導(dǎo)中，若干波導(dǎo)匹配負(fù)載分別裝入其余各子波導(dǎo)中，子波導(dǎo)引出模塊通過(guò)法蘭與波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器一連接，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器與矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀相連，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀連接波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器二，波導(dǎo)同軸轉(zhuǎn)換器二再連接隔直器。本發(fā)明可以對(duì)輻射端面為曲面的低雜波天線(xiàn)進(jìn)行相位測(cè)量，不需要計(jì)算，直接測(cè)出相位本底數(shù)據(jù)，有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精確度高，誤差小的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01R25/00GK102879645SQ20121013242
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月28日
發(fā)明者劉亮, 劉甫坤, 單家方, 楊永, 王茂, 賈華, 程敏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院等離子體物理研究所