一种用于可以改变频率进行加热的离子回旋天线制造技术

一种用于可以改变频率进行加热的离子回旋天线，包括有馈口内导体、馈口外导体、可伸缩连接桥、外电流带连接板、内电流带连接板、滑动托板、电流带、接地板、天线外壳。馈口内导体与可伸缩连接桥连接，馈口外导体与天线外壳连接。可伸缩连接桥一端与外电流带连接板连接，另一端与内电流带连接板连接。外电流带连接板通过滑动托板与外面两个电流带连接，内电流带连接板通过滑动托板与里面两个电流带连接。四个电流带通过接地板与天线外壳连接。从馈口内导体激发的电流经可伸缩连接桥、内电流带连接板、外电流带连接板和滑动托板流传至电流带。电流带上的电流经接地板、天线外壳传至馈口外导体。通过改变可伸缩连接桥的长度，可以选择不同的天线最佳频率。不同的天线最佳频率。不同的天线最佳频率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于可以改变频率进行加热的离子回旋天线


[0001]本专利技术涉及离子回旋天线设计领域，是一种用于可以改变频率进行加热的离子回旋天线。

技术介绍

[0002]离子回旋加热系统是磁约束核聚变装置托卡马克中最重要的辅助加热系统之一。离子回旋加热系统通过天线电流带上高频振荡的电流激发快磁声波(简称快波)，快波从位于等离子体边缘的天线传播到等离子体芯部，并在共振层将能量传递给等离子体。EAST托卡马克主要使用少数离子加热模式，少数离子共振层位置由R＝R0q
i
B0/2πfm
i
决定。其中，R0是EAST大半径，B0是磁轴处的磁场大小，q
i
和m
i
分别为少数离子的电荷数和质量，f为离子回旋天线的加热频率。通过选择适当的磁场大小和加热频率，才能使共振层位于等离子体芯部，将芯部快波能量吸收效率最大化。在不同的等离子体运行模式中，磁轴处磁场大小的变化会使少数离子共振层位置偏离芯部。此时，必须通过调节天线加热的频率使共振层重新回到芯部变得尤为重要。因此，发展适合多频率加热的天线变得尤为重要。这种天线的设计对实现EAST离子回旋加热功率的最大化以及对实现未来磁约束核聚变装置中灵活的离子回旋加热具有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了弥补已有天线的技术缺陷，提供一种用于可以改变频率进行加热的离子回旋天线。
[0004]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0005]一种用于可以改变频率进行加热的离子回旋天线，包括有馈口内导体、馈口外导体、可伸缩连接桥、外电流带连接板、内电流带连接板、滑动托板、电流带、接地板、天线外壳。馈口内导体与可伸缩连接桥连接，馈口外导体与天线外壳连接。可伸缩连接桥一端与外电流带连接板连接，另一端与内电流带连接板连接。外电流带连接板通过滑动托板与外面两个电流带连接，内电流带连接板通过滑动托板与里面两个电流带连接。四个电流带通过接地板与天线外壳连接。从馈口内导体激发的电流经可伸缩连接桥、内电流带连接板、外电流带连接板和滑动托板流传至电流带。电流带上的电流经接地板、天线外壳传至馈口外导体。
[0006]所述的可伸缩连接桥可以自由改变长度。当连接桥改变其长度时，馈口的位置以及连接桥的中心位置不变。
[0007]进一步的，所述的滑动托板，可以在内外电流带上自由移动。当滑动托板移动时，连接桥长度作相应变化。
[0008]进一步的，所述的四个电流带的长度和宽度相同，电流带的一端天线外壳相连。天线外壳接地。
[0009]本专利技术的优点是：
[0010]1.它是目前唯一可以改变频率进行加热的离子回旋天线。
[0011]2.通过改变可伸缩连接桥的长度，可以灵活、快速地选择最佳频率。
[0012]3.使用最佳频率时，天线馈口反射系数低，功率耦合能力强。
附图说明
[0013]图1为天线结构图。
[0014]图2为可伸缩连接桥长度示意图。
[0015]图3(a)为天线单个电流带简化图，(b)为单个电流带的电路原理图。
[0016]图4为不同连接桥长度时，反射系数随频率的变化关系图。
[0017]图5为天线最佳频率随可伸缩连接桥长度的变化关系图。
[0018]图6为可伸缩连接桥的长度为d＝0.37m时，最佳天线频率为f＝107.1MHz时的电场强度图。
[0019]图7为可伸缩连接桥的长度为d＝0.37m时，非最佳天线频率为f＝120.0MHz时的电场强度图。
[0020]图中，1
‑
馈口内导体；2
‑
馈口外导体；3
‑
可伸缩连接桥；4
‑
外电流带连接板；5
‑
内电流带连接板；6
‑
滑动托板；7
‑
电流带；8
‑
接地板；9
‑
天线外壳。
具体实施方式
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅为本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。
[0022]一种用于可以改变频率进行加热的离子回旋天线的结构如图1所示，包括：馈口内导体1；馈口外导体2；可伸缩连接桥3；外电流带连接板4；内电流带连接板5；滑动托板6；电流带7；接地板8；天线外壳9。
[0023]所述的馈口内导体1与可伸缩连接桥3连接。馈口位置和可伸缩连接桥3的中心位置不变，可伸缩连接桥3的两端可自由改变长度。可伸缩连接桥3的一端与外电流带连接板4连接，另一端与内电流带连接板5连接。外电流带连接板4通过滑动托板6与外面两个电流带7连接，内电流带连接板5通过滑动托板6与里面两个电流带7连接。四个电流带7通过接地板8与天线外壳9连接，天线外壳9与馈口外导体2连接。天线结构的正面图如图2所示。四个电流带7的长度和宽度相同，天线外壳9接地。
[0024]所述的滑动托板6，可以在内外电流带7上自由移动；当滑动托板6移动时，所述连接桥3长度作相应变化。从馈口内导体1激发的电流经可伸缩连接桥3、内电流带连接板5、外电流带连接板4和滑动托板6流传至电流带7；电流带7上的电流经接地板8、天线外壳9传至馈口外导体2。
[0025]该天线单个电流带的简化图和电路原理图如图3所示。天线的输入阻抗Z
in
可通过以下公式计算：
[0026][0027]其中，Z
T
为天线电流带的互感(单位H)，Z
L
为天线电流带的自感(单位H)，R
rad
为天线的辐射电阻(单位Ω)，C
p
为天线与可伸缩连接桥以及天线外壳之间的电容(单位F)，i表示虚部，ω＝2πf，f为天线的加热频率(单位Hz)。计算得到的输入阻抗Z
in
后，可进一步通过以下公式计算天线馈口的反射系数Γ
in
：
[0028][0029]其中，Z0为传输线以及天线馈口的特性阻抗(单位Ω)，在以下计算中Z0值都设置为50Ω(EAST常用值)。在该天线设计中，通过改变天线可伸缩连接桥的长度，可以改变天线的电容、天线自感和天线的辐射电阻，进而改变天线的输入阻抗和天线馈口的反射系数。因此，当天线的频率固定时，可以改变可伸缩连接桥的长度来获得馈口最小的反射系数。
[0030]对于一定长度的可伸缩连接桥3，当天线馈口的反射系数最小时，天线的功率耦合能力最强，对应的频率为最佳频率。当改变可伸缩连接桥3的长度时，对应的最佳频率也会发生相应改变。通过HFSS模拟，可得出对于不同长度的可伸缩连接桥，天线馈口的反射系数随频率的变化关系，如图4所示。从该图可知，当可伸缩连接桥3的长度逐渐增大时，对应的最佳频率逐渐减小。因此，该天线设计可以通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于可以改变频率进行加热的离子回旋天线，其特征在于：包括有馈口内导体(1)、馈口外导体(2)、可伸缩连接桥(3)、外电流带连接板(4)、内电流带连接板(5)、多个滑动托板(6)、电流带(7)、接地板(8)和天线外壳(9)；馈口内导体(1)与可伸缩连接桥(3)连接，馈口外导体(2)与天线外壳(9)连接；可伸缩连接桥(3)一端与外电流带连接板(4)连接，另一端与内电流带连接板(5)连接；外电流带连接板(4)通过滑动托板(6)与外面两个电流带(7)连接，内电流带连接板(5)通过滑动托板(6)与里面两个电流带(7)连接；四个电流带(7)通过接地板(8)与天线外壳(9)连接；从馈口内导体(1)激发的电流经可伸缩连接桥(3)、内电流带连接板(5)、外电流带连...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伟，刘鲁南，张新军，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：