[發(fā)明專利]毫米波段兆瓦級(jí)微波參數(shù)測(cè)量的小孔耦合定向耦合器

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410606828.1
• 申請(qǐng)日: 2014-10-30
• 公開（公告）號(hào): CN105552506A
• 公開（公告）日: 2016-05-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王賀;饒軍;王超;周俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 核工業(yè)西南物理研究院
• 主分類號(hào): H01P5/18
• 分類號(hào): H01P5/18
• 代理公司: 核工業(yè)專利中心 11007
• 代理人: 高尚梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于等離子體加熱領(lǐng)域，具體涉及一種用于電子回旋共振加熱系 統(tǒng)兆瓦級(jí)毫米波段微波參數(shù)測(cè)量的定向耦合器。

背景技術(shù)

電子回旋共振加熱(ECRH)是磁約束聚變研究中一種重要的加熱手段。 ECRH系統(tǒng)是由回旋管(高功率微波源)、波紋波導(dǎo)、極化器、換向波導(dǎo)和天 線等器件組成。ECRH系統(tǒng)單模功率在0.5MW–1MW，頻率35GHz–170GHz。 在托卡馬克實(shí)驗(yàn)中，需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求調(diào)整微波功率、脈寬以及極化方式等 微波參數(shù)，而對(duì)以上參數(shù)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量，是有關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理的依 據(jù)，也是監(jiān)視整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的需要。

從功率測(cè)量角度講，大功率微波功率的實(shí)時(shí)測(cè)量，目前最好的方法是應(yīng) 用定向耦合器，而小孔耦合最為常用。小孔耦合原理為：在主波導(dǎo)(波紋波 導(dǎo)傳輸線)中傳輸?shù)奈⒉üβ式?jīng)過小孔耦合元件，將一小部分功率耦合到副 波導(dǎo)中去，由于波的干涉和疊加，使功率僅沿副波導(dǎo)中的一個(gè)方向傳輸，由 檢波器檢波，并輸出測(cè)量結(jié)果，而在另一方向幾乎沒有(或極少)功率傳輸； 從極化參數(shù)測(cè)量角度講，由電磁場(chǎng)理論可知，任何極化波都可以分解成兩個(gè) 取向正交的線極化波之和，兩極化波的相位差和振幅比就決定了合成微波的 極化狀態(tài)，同時(shí)也反映了功率信息。本發(fā)明基于小孔耦合理論，設(shè)計(jì)雙耦合 機(jī)構(gòu)定向耦合器，可以同時(shí)接收微波的兩個(gè)正交線極化分量，實(shí)時(shí)測(cè)量微波 功率、極化和脈寬參數(shù)，用于等離子體實(shí)驗(yàn)分析及ECRH系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種微波參數(shù)測(cè)量裝置。針對(duì)電子回旋共振加熱系 統(tǒng)工作特點(diǎn)，以及微波參數(shù)測(cè)量的需要，設(shè)計(jì)一種基于小孔耦合原理的定向 耦合器，用于微波功率、極化方向和脈寬參數(shù)的實(shí)時(shí)測(cè)量。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，毫米波段兆瓦級(jí)微波參數(shù)測(cè)量的小孔耦合定向耦 合器，它包括平面反射鏡，平面反射鏡正面加工耦合孔序列，耦合孔所在平 面的正面是主波導(dǎo)，背面是副波導(dǎo)放置槽，放置副波導(dǎo)，副波導(dǎo)放置槽的兩 側(cè)安裝有冷卻水管，密封盤置于平面反射鏡上，密封盤內(nèi)部加工副波導(dǎo)延長(zhǎng) 段，并設(shè)有吸收負(fù)載端口與微波探測(cè)設(shè)備安裝口。

所述的耦合孔序列，雙排耦合孔，每一排小孔呈直線排列，中間的孔徑 最大，其他小孔以其為對(duì)稱中心直徑依次減小。

它包括兩個(gè)矩形副波導(dǎo)，分別為E面彎波導(dǎo)和H面彎波導(dǎo)，用來傳輸互 相垂直的兩個(gè)微波極化分量。

所述的密封盤與平面反射鏡之間放置聚酯薄膜以及加裝密封結(jié)構(gòu)解決真 空密封問題。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，在同一平面鏡上設(shè)計(jì)兩套耦合機(jī)構(gòu)，即采用雙排孔設(shè) 計(jì)，能夠同時(shí)獲得多種實(shí)時(shí)微波參數(shù)，包括微波功率、極化參數(shù)和脈寬，并 可以根據(jù)實(shí)時(shí)微波波形監(jiān)測(cè)回旋管是否有抖動(dòng)、回旋管微波震蕩模式和腔體 溫度是否正常；通過對(duì)小孔間距、直徑尺寸和排列方式進(jìn)行優(yōu)化，來避免不 必要的衍射和抑制高次諧波，防止高功率條件下發(fā)生打火現(xiàn)象。

附圖說明

圖1為定向耦合器與微波傳播方向關(guān)系示意圖；

圖2為本發(fā)明所提供的毫米波段兆瓦級(jí)微波參數(shù)測(cè)量的小孔耦合定向耦 合器結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為毫米波段兆瓦級(jí)微波參數(shù)測(cè)量的小孔耦合定向耦合器平面反射鏡 上的耦合孔排列方式示意圖。

圖中，1主波導(dǎo)，2定向耦合器，3微波入射方向，4平面反射鏡，5耦 合孔序列，6副波導(dǎo)放置槽，7副波導(dǎo)，8密封盤，9微波檢測(cè)設(shè)備安裝端 口，10吸收負(fù)載安裝端口，11冷卻水管。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)介紹：

ECRH系統(tǒng)中，主波導(dǎo)1采用過模波紋波導(dǎo)，傳輸HE₁₁模微波，微波經(jīng) 極化器和若干換向波導(dǎo)傳輸?shù)教炀€發(fā)射系統(tǒng)。本定向耦合器2安裝在換向波 導(dǎo)上，如圖1所示，與入射波3傳播方向成45°角。

毫米波段兆瓦級(jí)微波參數(shù)測(cè)量的小孔耦合定向耦合器結(jié)構(gòu)如圖2所示， 它包括平面反射鏡4，平面反射鏡4的正面加工有耦合孔序列5，耦合孔所在 平面的正面是主波導(dǎo)1，背面是副波導(dǎo)放置槽6，放置副波導(dǎo)7，副波導(dǎo)放置 槽6的兩側(cè)安裝有冷卻水管11，密封盤8置于平面反射鏡4上，密封盤8與 平面反射鏡4之間放置聚酯薄膜以及加裝密封結(jié)構(gòu)解決真空密封問題。密封 盤8內(nèi)部加工副波導(dǎo)延長(zhǎng)段，并具有安裝吸收負(fù)載端口10與微波探測(cè)設(shè)備安 裝口9。