[发明专利]一种新型的快速转动高功率电子回旋波发射天线

说明书

本发明属于等离子体加热领域，具体涉及一种新型的快速转动高功率电子回旋波发射天线。包括真空密封箱、和与真空密封箱密封连接的外盲板、外盲板上的四个真空密封窗口、放置在真空密封箱内部的2个反射平面镜和上下两组共4个反射聚焦镜，所述真空密封箱内部设置有可以控制反射平面镜转动的平面镜转动机构，所述真空密封箱外部，在外盲板上设置有转动驱动机构。本发明可以实现微波环向与极向注入角度同时远程可控；角度控制可靠平滑、定位精度高、极向转动速度快；极向角度转动的响应速度可以满足等离子体放电期间的实时控制要求，为实现新经典撕裂模实时反馈控制提供了硬件基础。

技术领域

本发明属于等离子体加热领域，具体涉及一种新型的快速转动高功率电子回旋波发射天线。

背景技术

高功率毫米波在聚变研究中的应用，其目的是为了提高等离子体的温度，波与等离子体相互耦合效率的高低是衡量毫米波系统性能的重要指标之一。电子回旋天线是高功率毫米波从波源(回旋管)输出经传输线到达等离子体所需要的媒介，天线的机械结构和工作性能直接决定了电子回旋共振加热系统加热和驱动的效果，决定了是否能够有效开展相关的物理实验。新型天线的设计旨在保证大功率毫米波传输的稳定性和可靠性，实现天线发射角度快速实时转动，从而实现对新经典撕裂模等磁流体不稳定性进行实时反馈控制的目的。

现有技术中的电子回旋共振加热系统发射天线，只能手动控制反射平面镜转动，响应速度慢、精度低，无法快速改变微波入射角度，从而无法在等离子体放电期间实时控制电子回旋波的功率沉积位置。此外，随着电子回旋系统规模的扩大，利用一个天线发射多束微波，需要设计大功率容量的发射天线。

本案例中所涉及的新型发射天线需要兼顾满足以下技术要求：

(1)具有快速驱动机构，实现对微波注入角度快速可控，从而在等离子体放电期间实时控制电子回旋波的功率沉积位置；

(2)具有远程控制功能，在控制室可实现对入射角度的设定，并嵌入到ECRH的总体控制系统中。

发明内容

本发明针对目前聚变研究装置电子回旋共振加热系统规模日益扩大但托卡马克窗口资源有限的现况，研制了一种新型的快速转动高功率电子回旋波发射天线，兼顾了以上各项技术要求，同时将4束高功率微波注入等离子体，且可实现微波注入角度在环向与极向两个方向上互不干扰的改变，角度控制可靠平滑、定位精度高、极向转动速度快，解决以往电子回旋共振加热系统无法快速有效控制电子回旋波沉积位置的问题，提供一种可发射多束微波的集束式发射天线系统。

一种新型的快速转动高功率电子回旋波发射天线，包括真空密封箱、和与真空密封箱密封连接的外盲板、外盲板上的四个真空密封窗口、放置在真空密封箱内部的2个反射平面镜和上下两组共4个反射聚焦镜，所述真空密封箱内部设置有可以控制反射平面镜转动的平面镜转动机构，所述真空密封箱外部，在外盲板上设置有转动驱动机构；所述反射聚焦镜的镜面采用椭球设计，根据高斯波束的传输特性使得经过反射的束腰位置在等离子体中心处，束腰大小为20mm。

一种新型的快速转动高功率电子回旋波发射天线，所述真空密封箱一端通过端口法兰直接与托卡马克真空室窗口法兰对接，另一端通过固定在天线外盲板上的微波密封窗口与电子回旋传输线对接。

一种新型的快速转动高功率电子回旋波发射天线，所述外盲板中心位置设置有一个贯穿孔，贯穿孔上下各设置一组真空密封窗口，每组有两个真空密封窗口。

一种新型的快速转动高功率电子回旋波发射天线，所述每组真空密封窗口的水平高度相同，所述微波密封窗口的内径是根据微波的频率相匹配。

一种新型的快速转动高功率电子回旋波发射天线，所述反射平面镜设置在真空密封箱内的中心位置，成折型布置，每个反射平面镜具有两个反射面。

一种新型快速转动高功率电子回旋波发射天线，所述2个反射平面镜分别与上下两组反射聚焦镜镜面平行布置。