[发明专利]辐射端面为曲面的低杂波天线相位测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及物理测量领域，具体涉及一种可以对辐射端面为曲面的低杂波天线进行相位本底测量的装置。

背景技术

低混杂波驱动电流已经被实验证明为托卡马克型受控磁约束核聚变装置上最为有效的非感应驱动电流方法，天线是低杂波系统中非常重要的分系统，其作用是将由微波源经传输线输送来的微波能量以特定的辐射功率谱耦合到托卡马克等离子体中，通过朗道阻尼与等离子体中的共振电子发生有效作用，对电子在平行于磁场的方向上进行加速，从而驱动电流。

国内外低杂波天线发展到现阶段，基本馈能结构均是由数路主传输波导将微波能量馈入对应的天线单元，由天线单元内置的功率分配和移相系统共同作用，使由同一主传输波导馈能的各子波导输出功率基本一致，相邻子波导相位差固定，通过调节各路主传输波导的相位，可以获得所需要的辐射功率谱，以达到提高驱动效率，改善约束的目的，并能满足各种物理实验对低杂波相位的要求，如图1所示，因而低杂波天线辐射端面各子波导输出相位是固定相位ΔΦ(一般取90°)，和可变相位Φ1至Φn的结合。

相位反馈控制系统通过对安装在靠近天线的定向耦合器取样出来的微波信号，进行相位测量，在此基础上，根据物理实验需要，调节速调管前级系统中的各移相模块，完成低杂波天线各主波导相位的反馈控制，但是，定向耦合器所测量的仅是其本身所在位置的入射波相位，并不是天线辐射端面各子波导的输出相位，定向耦合器后端还连接有其它微波器件，如现有2.45GHz低杂波天馈线系统，为了实现隔直、真空密封等要求，在天线真空室外侧，安装有一只隔直器，两只陶瓷窗，两段真空波导，天线真空室内侧，还需要不同弯曲角度的过渡连接波导汇总至各长直波导，最后由长直波导将微波能量馈入天线单元，如图2所示，从定向耦合器到天线辐射端面，各路主传输波导的相移并不相同，主要原因是过渡连接波导的弯曲角度及长度不同，此外，同种微波器件的电尺寸不可能完全一致，经过一连串不同微波器件后，各路的相移偏差也会随之增大，并且安装过程中不可避免的会产生扭曲、形变，有的法兰中间还需要加装薄金属垫片作为补偿以保证良好的电接触，由于天线辐射端面被加工成曲面，以便与等离子体放电位形匹配，如图3所示，没有办法用普通测量器件与各子波导对接，完成测量，因此，以往提供给相位反馈控制系统的相位本底数据，是利用电磁场仿真软件对各种弯曲角度的过渡连接波导建模、仿真，得出相移值，忽略了上面所列的其它因素，是计算值，而不是实测值，从而引入了不必要的误差，影响到低杂波调相对托卡马克物理实验的重要作用。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种能够准确测量辐射端面为曲面的低杂波天线相位的装置。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种辐射端面为曲面的低杂波天线相位测量装置，包括有依次相连接的隔直器、陶瓷窗一、真空波导、陶瓷窗二、真空波导二、过渡波导、直波导和天线某一路主波导所对应的天线单元，还包括有子波导引出模块、两个波导同轴转换器、矢量网络分析仪和若干波导匹配负载；所述的子波导引出模块包括一带有法兰中间有矩形开口的底盘，分别以矩形的两窄边为底边向外引出两个等边三角支架，在两个等边三角支架顶点处分别有继续向外延伸的一个支杆，在两支杆之间固定有两条矩形微带，两支杆和两微带构成阶梯形状，所述的阶梯形状部分为引出波导，两个等边三角支架为过渡波导，引出波导的尺寸略小于所述天线单元的子波导的尺寸，将引出波导装入天线单元的某一路子波导中，所述的若干波导匹配负载分别装入天线单元其余各子波导中，子波导引出模块的底盘通过法兰与所述的波导同轴转换器一连接，波导同轴转换器一的输出端与所述的矢量网络分析仪的输入端相连，矢量网络分析仪的输出端连接所述的波导同轴转换器二，波导同轴转换器二再连接所述隔直器的输入端。

本发明的特征还在于：所述的波导匹配负载为嵌入式波导匹配负载，包括有微波吸收片和金属薄板，微波吸收片固定在金属薄板上，金属薄板的尺寸略小于所述天线单元子波导的尺寸，金属薄板的中心固定一个金属拉杆，方便从子波导中取出；所述的两个波导同轴转换器的同轴输出端采用标准N型接头，分别通过稳相电缆与矢量网络分析仪相连。