HL2A装置低杂波天线TElo模过渡段设计.PDF

第3l卷第l期 核聚变与等离子体物理 V01．31，No．1 2011年3月 NuclearFusionandPlasma March2010 Physics 文章编号：0254--6086(201I)01-0048--05 HL．2A装置低杂波天线TElo模过渡段设计 曾 浩，白兴宇，陈罡宇 (核工业西南物理研究院，成都610041) 摘要：介绍了将3-dB功率分配器、模式转化器、耦合器、水负载等常规波导器件发展为单元模块集成部件的 基于PAM概念的新一代低杂波天线，利用耦合模理论分析设计了TE。o模过渡段的结构参数，使用高频电磁场仿真 关键词：TE．o模过渡段；低杂波电流驱动系统；耦合模方程；HFSS优化仿真 中图分类号：TL62+4 二 文献标识码：A 1 引言 须要波导过渡段来匹配连接。在设计过程中，波导 在受控聚变研究中，低混杂波是等离子体电流 过渡段必须具有很小的反射，只能进行单模传输， 驱动和加热的有效方法之一。发射天线阵是低混杂 且能有效地抑制杂模的产生。同时，在从波源到天 波系统的重要组成部分，经历了快速的发展过程， 线的长距离传输系统中，波导过渡段也起着很重要 从最早的格栅阵列到E面多结相移天线、再到现在 的连接作用‘5一。 以PAM为基础的第三代低杂波天线。PAM的前身 2理论分析和设计 出现在普林斯顿大学为ALCATORC．MOD装置研 制的新低杂波天线中【I】。天线采用了新的组合形式， 2．1 变截面波导过渡段理论分析 即把天线发展成单元模块集成部件的组合【2】，这种 变截面波导是指波导的横截面尺寸随纵向坐 模块集成了3一dB功率分配器、模式转换器、耦合 标变化的一类波导。这类波导在微波工程和微波电 器、水负载等常规波导器件，结构简单紧凑，拆卸 子学中有着广泛的应用。例如，可以作为把两段截 方便，替换维修灵活，同时可以进行标准化加工。 面几何尺寸不同的波导连接起来的过渡段；在模式 后来，这一新天线的组合形式被进一步发展为PAM 转换器中利用截面的变化完成某些模式之间的转 天线，同时以PAM为基础的低杂波天线的研究和 换等等。波导横截面的变化使横截面上的场不仅是 横向坐标的函数，而且与纵向坐标有关【_”，所以通 设计已为ITER项目采用。目前，包括法国Tore 常应用耦合波方程来分析变截面波导中场的传播。 Supral3】、意大利FTu【41、韩国KSTAR等装置都在 研究设计或建造以PAM为基础的新一代低杂波天 因为前向波耦合到反射波的比例是很小的is]， 因此在耦合波方程中只考虑前向波之问的耦合，忽 线。法国Tore Supra装置的PAM天线已经完成了 略反射波，则耦合波方程可以写为： 加工和基本测试，并在装置上进行大功率的实验测 试。可见，PAM天线已经成为LHCD系统天线的 竺生：一j届4+也。4 冀 (1) 主要研究和发展方向。在PAM天线中，集成了不 一