[发明专利]一种分布式T型行波离子回旋天线结构

说明书

本发明公开了一种分布式T型行波离子回旋天线结构，包含环绕托卡马克内壁一圈分布式离子回旋天线，每个天线有八个并列电流条带，电流条带呈现T型结构，法拉第屏蔽，箱体，同轴线内导体，同轴线外导体，电容和接地条带。利用行波天线低电压、低反射功率系数的特点，在电流条带上通过电阻、电容来调节射频共振频率，能量在条带间互耦的过程中被辐射到等离子体中，与传统离子回旋天线相比，功率输入端口反射系数大幅度降低，保证了系统高效的功率辐射，本发明将有助于离子回旋加热系统在磁约束聚变中的应用。

技术领域

本发明涉及磁约束离子回旋波加热等离子体技术领域，具体是一种分布式T型行波离子回旋天线结构，此天线以行波状态高效辐射电磁波，频率范围在几十兆赫兹。

背景技术

在几十兆赫兹波段，射频波利用与磁场约束离子共振频率接近或者倍频条件下，电磁波将能量传递给离子，起到加热等离子体的作用，实现高温离子发生聚变。射频波能量的辐射主要依赖于天线，因为离子回旋波长在米量级，同时磁约束聚变装置窗口受到空间限制，天线由不足1米的电流条带组成，现有离子回旋天线电场分布主要是驻波形式。在未来的大型磁约束装置中，对离子回旋天线加热功率有较高的要求，比如我国正在设计的未来磁约束示范堆，需要离子回旋功率达到30兆瓦，为了尽可能少的占用水平窗口，一种位于上窗口分布式的行波天线是一种潜在的设计方案，在有限的馈入和引出功率端口下，天线实现足够高的辐射功率，此外，现有离子回旋天线端口反射参数S11在0.7以上，如果采用分布式的行波天线能够大幅度的降低天线反射功率，实现反射参数低于0.4，对未来聚变实现商业发电有着巨大的潜在益处。

发明内容

为了解决磁约束领域几十兆赫兹频段天线低辐射效率难题，本发明基于行波天线高辐射效率的性质，提供一种分布式T型行波离子回旋天线结构，具有低反射、高辐射特点。

为了实现本发明的目的，采用的技术方案为：一种分布式T型行波离子回旋天线结构，包括：

环绕托卡马克内壁8一圈分布式离子回旋天线，每个天线有八个并列电流条带2，电流条带呈现T型结构，法拉第屏蔽1，箱体3，同轴线内导体4，同轴线外导体5，电容6和接地条带7。

进一步的，每个离子回旋天线馈入功率位置在第一个电流条带2的同轴传输线上，功率引出在第八个电流条带的同轴线内导体4上，第一和第八电流条带一端断路，另外一端接地，在电流条带中间通过同轴线内导体4馈入或者引出功率。

进一步的，中间六个电流条带2无直接馈入功率端，电流条带中间通过接地条带7接地，两端呈T字型，电流条带两端与U字型的电容6形成电路，功率从第一个电流条带馈入后，通过电流条带之间的互耦，依次从第二个电流条带传播到第八个电流条带。大部分功率在传播过程中辐射出去，仅有少量功率从第八个电流条带的同轴线返回传输系统。

进一步的，第一个电流条带馈入端口反射参数S11低于0.4。

本发明的优点是：

1、本发明的分布式T型行波离子回旋天线结构，具有良好的辐射性能，馈入端口反射参数S11低于0.4，低反射系数会降低传输系统最大电压，增加功率容量；

2、本发明的分布式T型行波离子回旋天线结构，不占用托卡马克水平窗口，仅有天线传输线布置在上窗口位置，天线与托卡马克第一壁集成。

3、本发明利用行波天线低电压、低反射功率系数的特点，在电流条带上设计电阻、电容来调节射频共振频率，能量在条带间互耦过程中被辐射出，与传统离子回旋天线相比，反射系数大幅度降低，保证了系统高效的功率辐射，本发明将有助于离子回旋加热系统在磁约束聚变中的应用。

附图说明

图1为本发明结构在托卡马克中的二维视图；

图2为本发明的第一和第八电流条带结构；

图3为本发明的中间六个电流条带结构；