HL-2A装置低杂波天线TE10模过渡段设计.PDF

第 31 卷 第 1 期 核 聚 变 与 等 离 子 体 物 理 Vol.31, No.1 2 0 1 1 年 3 月 Nuclear Fusion and Plasma Physics March 2010 文章编号：0254-6086(2011)01-0048-05 HL-2A 装置低杂波天线 TE10 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 TE10 模过渡段的结构参数，使用高频电磁场仿真 软件 HFSS 进行结构仿真和参数优化，得到了过渡段长度为 370mm ，驻波比为 1.0012、反射损耗为−65.81dB 的结果。 关键词：TE10 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 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 [5, 6] 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 。 以 PAM 为基础的第三代低杂波天线。PAM 的前身 出现在普林斯顿大学为 ALCATOR C-MOD 装置研 2 理论分析和设计 制的新低杂波天线中[1] 。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-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 设计已为 ITER 项目采用。目前，包括法国 Tore 横向坐标的函数，而且与纵向坐标有关[7] ，所以通 Supra[3]、意大利 FTU[4]、韩国 KSTAR 等装置都在 常应用耦合波方程来分析变截面波导中场的传播。 [8] 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 ， 线。法国 Tore Supra 装置的 PAM 天线已经完成了 因此在耦合波方程中只考虑前向波之间的耦合，忽