一種面向等離子體耦合阻抗快速變化的共軛天線結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種面向等離子體耦合阻抗快速變化的共軛天線結(jié)構(gòu)，包括有箱體，箱體上固定有法拉第屏蔽，箱體與法拉第屏蔽之間裝有天線電流帶，天線電流帶包括有極向二條電流帶、環(huán)向二條電流帶，極向二條電流帶的饋入端分別連接一個匹配電容，極向二條電流帶的另一端接地，所述的匹配電容采用可調(diào)真空電容，兩個匹配電容通過一個T形板與一根真空傳輸線連接，T形板的中心點處的阻抗虛部為零；極向二條電流帶由同一根真空傳輸線分別通過匹配電容饋入射頻功率，形成共軛結(jié)構(gòu)；箱體兩側(cè)分別設(shè)有保護(hù)限制器。本發(fā)明使得整個系統(tǒng)處于完美的匹配狀態(tài)。
【專利說明】一種面向等離子體耦合阻抗快速變化的共軛天線結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及離子回旋波加熱系統(tǒng)射頻功率耦合領(lǐng)域，具體是一種面向等離子體耦合阻抗快速變化的共軛天線結(jié)構(gòu)。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]離子回旋共振加熱系統(tǒng)中高頻發(fā)射機(jī)的輸出阻抗為50歐姆，其傳輸線的特性阻抗也是50歐姆，而天線的輸入阻抗是未知的，它隨等離子體和放電參數(shù)的變化而變化。通常情況下放電期間天線阻抗的實部在0.5?10歐姆范圍內(nèi)變化。與傳輸線的特性阻抗相t匕，這顯然是失配的。為了實現(xiàn)傳輸線阻抗與天線阻抗之間的匹配，我們有必要在天線與高頻發(fā)射機(jī)之間引入一個可調(diào)的匹配裝置。這樣就可以使得發(fā)射機(jī)的輸出功率通過天線輻射更加有效地耦合到等離子體中去。理論和實驗研究均表明，天線端口附近的等離子體密度及其梯度是影響離子回旋天線耦合阻抗的決定性因素。在ELMs爆發(fā)期間，粒子的損失直接改變邊界的密度剖面分布，相應(yīng)地，改變天線的耦合阻抗。在離子回旋實驗中發(fā)現(xiàn)，天線的耦合阻抗與ELMs的尺度有很強(qiáng)的相關(guān)性。ELMs的尺度越大，耦合阻抗的變化越大。在L-H模轉(zhuǎn)換和在爆發(fā)ELMs期間，天線耦合阻抗的快速變化會使得發(fā)射機(jī)的阻抗匹配狀態(tài)不斷發(fā)生變化，難以維持一種匹配狀態(tài)，此時會導(dǎo)致發(fā)射機(jī)保護(hù)而關(guān)斷輸出功率。目前，離子回旋加熱系統(tǒng)上使用的是三枝節(jié)液態(tài)調(diào)配器，它的特點是在同軸線的內(nèi)外導(dǎo)體之間充入一些具有低介電常數(shù)的液體(硅油)，充分利用電磁波在空氣和硅油這兩種不同媒質(zhì)中傳播速度的不同，來改變支節(jié)的特性阻抗，從而使傳輸線阻抗和天線負(fù)載阻抗達(dá)到匹配。它與常規(guī)短路枝節(jié)調(diào)配器相比，具有很大的優(yōu)越性。雖然它解決了常規(guī)短路支節(jié)調(diào)配器容易打火的問題，但其調(diào)配的反應(yīng)時間相對于ELM的變化和L-H模轉(zhuǎn)換來說還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。而且，現(xiàn)有的超導(dǎo)托卡馬克及未來的反應(yīng)堆要實現(xiàn)其先進(jìn)、穩(wěn)態(tài)的物理目標(biāo)，則要求離子回旋系統(tǒng)必須能夠連續(xù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行，所以必須發(fā)展一種新的調(diào)配方式來應(yīng)對在耦合阻抗快變化的條件下離子回旋系統(tǒng)的匹配問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種面向等離子體耦合阻抗快速變化的共軛天線結(jié)構(gòu)，保證能夠應(yīng)對天線耦合阻抗的快速變化而使發(fā)射機(jī)始終維持在阻抗匹配狀態(tài)從而有效地降低了射頻鞘引起的雜質(zhì)通量。
[0005]所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。改善邊界局域模下快波耦合的天線結(jié)構(gòu)所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。所述的匹配電容，對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零。在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
一種面向等離子體耦合阻抗快速變化的共軛天線結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括有箱體、法拉第屏蔽以及天線電流帶，法拉第屏蔽固定在箱體上，天線電流帶安裝在箱體與法拉第屏蔽之間，天線電流帶為2x2的結(jié)構(gòu)，即天線電流帶包括有極向和環(huán)向各二條電流帶,極向二條電流帶的饋入端分別連接一個匹配電容，極向二條電流帶另一端接地，所述的匹配電容采用可調(diào)真空電容；所述的兩個匹配電容通過T形板與真空傳輸線連接，極向二條電流帶由同一根真空傳輸線分別通過匹配電容饋入射頻功率，形成共軛結(jié)構(gòu)；所述的箱體兩側(cè)分別裝有保護(hù)限制器。
[0007]所述的面向等離子體耦合阻抗快速變化的共軛天線結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的匹配電容在T形板的中心點的阻抗虛部為零。
[0008]所述的面向等離子體耦合阻抗快速變化的共軛天線結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的法拉第屏蔽包括有豎直隔板和橫隔板，將極向電流帶和環(huán)向電流帶隔離，用于降低電流帶間在極向和環(huán)向之間的互耦。
[0009]所述的面向等離子體耦合阻抗快速變化的共軛天線結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的法拉第屏蔽、天線電流帶、箱體、保護(hù)限制器的基板材料均為316L無磁不銹鋼。
[0010]所述的面向等離子體耦合阻抗快速變化的共軛天線結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的保護(hù)限制器的基板上安裝有石墨瓦。
[0011]本發(fā)明的優(yōu)點是:
本發(fā)明對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)與天線為一整體的真空電容，使得在天線的饋入點位置的真空電容在T形板的中心點的阻抗虛部為零，在這樣的理想情況下，整個系統(tǒng)便處于“完美”的匹配狀態(tài)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明的原理圖。
[0013]圖2為本發(fā)明的正面視圖。
[0014]圖3為本發(fā)明的剖面視圖。
【具體實施方式】
[0015]如圖1-3所示，一種面向等離子體耦合阻抗快速變化的共軛天線結(jié)構(gòu)，包括有箱體4,箱體4上固定有法拉第屏蔽5,箱體4與法拉第屏蔽5之間設(shè)有天線電流帶3,天線電流帶3包括有極向二條電流帶、環(huán)向二條電流帶,極向二條電流帶的饋入端分別連接一個匹配電容2，極向二條電流帶的的另一端接地，匹配電容2采用可調(diào)真空電容，可調(diào)真空電容對于給定的天線特性阻抗，通過調(diào)節(jié)該真空電容，使得在天線的饋入點位置的天線輸入阻抗實部與真空傳輸線的特性阻抗實部相等，而其虛部值置于零；兩個匹配電容2通過一個T形板與一根真空傳輸線I連接，極向二條電流帶由同一根真空傳輸線I分別通過匹配電容2饋入射頻功率，形成共軛結(jié)構(gòu)；箱體4兩側(cè)分別設(shè)有保護(hù)限制器6。
[0016]T形板的中心點處的阻抗虛部為零。
[0017]法拉第屏蔽5包括有豎直隔板和橫隔板，將極向電流帶和環(huán)向電流帶隔離，用于降低電流帶間在極向和環(huán)向之間的互耦。
[0018]法拉第屏蔽5、天線電流帶3、箱體4、保護(hù)限制器6的基板材料均為316L無磁不銹鋼。保護(hù)限制器6的基板上安裝有石墨瓦。
【權(quán)利要求】
1.一種面向等離子體耦合阻抗快速變化的共軛天線結(jié)構(gòu)，其特征在于:包括有箱體、法拉第屏蔽以及天線電流帶，法拉第屏蔽固定在箱體上，天線電流帶安裝在箱體與法拉第屏蔽之間，天線電流帶為2x2的結(jié)構(gòu)，即天線電流帶包括有極向和環(huán)向各二條電流帶,極向二條電流帶的饋入端分別連接一個匹配電容，極向二條電流帶另一端接地，所述的匹配電容采用可調(diào)真空電容；所述的兩個匹配電容通過T形板與真空傳輸線連接，極向二條電流帶由同一根真空傳輸線分別通過匹配電容饋入射頻功率，形成共軛結(jié)構(gòu)；所述的箱體兩側(cè)分別裝有保護(hù)限制器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向等離子體耦合阻抗快速變化的共軛天線結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的匹配電容在T形板的中心點處的阻抗虛部為零。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向等離子體耦合阻抗快速變化的共軛天線結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的法拉第屏蔽包括有豎直隔板和橫隔板，將極向電流帶和環(huán)向電流帶隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向等離子體耦合阻抗快速變化的共軛天線結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的法拉第屏蔽、天線電流帶、箱體、保護(hù)限制器的基板材料均為316L無磁不銹鋼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向等離子體耦合阻抗快速變化的共軛天線結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述的保護(hù)限制器的基板上安裝有石墨瓦。
【文檔編號】H01Q1/50GK103943958SQ201410146637
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】袁帥, 趙燕平, 秦成明, 陳根, 程艷, 張新軍, 王磊 申請人:中國科學(xué)院等離子體物理研究所