一种球托卡马克的顶部表面波天线

1.本实用新型涉及表面波天线的技术领域，特别是涉及一种球托卡马克的顶部表面波天线。


背景技术：

2.低杂波电流驱动是公认的最有效的托卡马克非感应电流驱动方法之一。在球托卡马克中，应用于低杂波电流驱动的天线分为外侧天线和顶部天线。在托卡马克装置上已使用外部天线较低的功率进行了非感应等离子体电流启动实验，取得了良好显著的成果。而密度极限的问题使研究者认识到外围天线的不足之处，因此，需要设计一个顶部天线促进等离子体核心区域对功率的吸收。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是提供一种球托卡马克的顶部表面波天线，以解决上述现有技术存在小型托卡马克低杂波外部天线电流驱动所涉及的密度极限的问题，使表面波天线与外围天线相辅相成，性能稳定，测试结果良好，符合实验要求。
4.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
5.本实用新型提供了一种球托卡马克的顶部表面波天线，包括馈电波导、帽檐、子波导和金属底座，所述馈电波导的下端与所述金属底座的一端连接、一侧与所述帽檐连接，所述帽檐朝向所述金属底座的长度方向，所述金属底座上等间距设置有若干个所述子波导，所述子波导的顶部不超过所述金属底座的高度，所述子波导呈上升折线趋势排布，所述馈电波导用于作为微波输入端口。
6.优选的，所述馈电波导的通过口为矩形，所述馈电波导的顶面与所述金属底座的顶端平齐，所述子波导的起始高度不高于所述馈电波导的底面。
7.优选的，所述帽檐呈倒u型，所述帽檐的顶面与所述馈电波导的顶面平齐、两侧面均为直角三角形，两侧面均与所述馈电波导的侧壁相连。
8.优选的，所述金属底座上设置有两个平台和两段台阶，第一平台、第一台阶、第二平台、第二台阶依次连接，所述第一平台、第一台阶和第二平台上设置的所述子波导的高度相同，所述第二台阶上的所述子波导的顶端与所述第二平台上的所述子波导的顶端平齐，所述第一台阶和所述第二台阶上的的每层台阶高度均为0mm-100mm，所述第一平台、所述第一台阶和所述第二平台上设置的辐射缝隙的深度为0mm-100mm。
9.优选的，所述第一台阶的每层台阶高度为3.38mm，所述第二台阶每层台阶高度为5mm。
10.优选的，相邻的所述子波导之间的辐射缝隙的宽度为0mm-100mm，所述第一平台、所述第一台阶和所述第二平台上设置的辐射缝隙的深度为27mm-28mm。
11.优选的，所述子波导的个数为0-100个，所述子波导的厚度为0mm-100mm、高度为0mm-100mm。
12.优选的，所述子波导的个数为27个，所述子波导的厚度和间距均为5mm。
13.优选的，所述馈电波导和所述金属底座的总长度不大于240mm，所述顶部表面波天线的平行折射率n
11
＝0-10。
14.优选的，所述馈电波导、所述帽檐、所述子波导和所述金属底座的材质为铜、铝、铁或者不锈钢材质。
15.本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
16.本实用新型主要应用于高功率托卡马克系统中，与外部天线共同作用于低杂波电流驱动，可以取得更好的效果，子波导呈锯齿排列且结构紧凑，性能稳定，测试结果良好，符合实验以及加工要求。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型球托卡马克的顶部表面波天线的结构示意图一；
19.图2为本实用新型球托卡马克的顶部表面波天线的结构示意图二；
20.图3为本实用新型球托卡马克的顶部表面波天线的结构示意图三；
21.图4为本实用新型球托卡马克的顶部表面波天线的反射系数实际测试图；
22.图5为本实用新型球托卡马克的顶部表面波天线的平行折射率图；
23.其中：1-馈电波导，2-帽檐，3-金属底座，4-子波导，5-辐射缝隙，6-第一平台，7-第一台阶，8-第二平台，9-第二台阶。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.本实用新型的目的是提供一种球托卡马克的顶部表面波天线，以解决现有技术存在小型托卡马克低杂波外部天线电流驱动所涉及的密度极限的问题，使表面波天线与外围天线相辅相成，性能稳定，测试结果良好，符合实验要求。
26.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
27.如图1至图5所示：本实施例提供了一种球托卡马克的顶部表面波天线，包括馈电波导1、帽檐2、子波导4和金属底座3，馈电波导1的下端与金属底座3的一端连接、一侧与帽檐2连接，帽檐2朝向金属底座3的长度方向，金属底座3上等间距设置有若干个子波导4，子波导4的顶部不超过金属底座3的高度，子波导4呈上升折线趋势排布，馈电波导1用于作为微波输入端口。
28.馈电波导1的通过口为矩形，只有一个左侧输入端口，实验中只需关注反射系数即
可。馈电波导1的顶面与金属底座3的顶端平齐，子波导4的起始高度不高于馈电波导1的底面。帽檐2呈倒u型，帽檐2的顶面与馈电波导1的顶面平齐、两侧面均为直角三角形，两侧面均与馈电波导1的侧壁相连，帽檐2的设置更有利于微波的均匀传导。
29.金属底座3上设置有两个平台和两段台阶，第一平台6、第一台阶7、第二平台8、第二台阶9依次连接，第一平台6、第一台阶7和第二平台8上设置的子波导4的高度相同，第二台阶9上的子波导4的顶端与第二平台8上的子波导4的顶端平齐。第一台阶7的每层台阶高度为3.38mm，第二台阶9每层台阶高度为5mm。每层台阶高度和子波导4的高度均不相等，子波导4的厚度一致，可使天线辐射性能更好、更精确，台阶的设置更有利于微波的爬行。
30.相邻的子波导4之间的辐射缝隙5的宽度为0mm-100mm。子波导4的个数为0-100个，子波导4的厚度为0mm-100mm、高度为0mm-100mm。其中，根据传输线原理、天线的性能和反射系数的设定，可适当改变子波导4的厚度、个数和间距。本实施例中子波导4的个数为27个，辐射缝隙5为28个，第一平台6、第一台阶7和第二平台8上设置的辐射缝隙5的深度为0-100mm，优选27mm-28mm，子波导4的厚度和间距(辐射缝隙5)均为0-100mm，优选5mm。
31.馈电波导1和金属底座3的总长度不大于240mm，顶部表面波天线的平行折射率n11＝0-10。本实施例的天线沿着微波传输方向的尺寸为210mm，因为顶部天线需要伸进直径为240mm的金属圆筒到达等离子体区域，故天线长度尺寸不得超过240mm，宽度尺寸可根据实际需求设置。馈电波导1、帽檐2、子波导4和金属底座3的材质不限于为铜、铝、铁或者不锈钢材质。子波导4和金属底座3可以为一体加工制得。
32.本实施例的球托卡马克的顶部表面波天线，与外围天线相辅相成、共同作用，一端口输入微波，另一端口输出微波，天线通过锯齿和缝隙，辐射能量产生等离子体，主要应用于高平均功率的微波系统中，特别是托卡马克的低杂波驱动中，其中子波导4的厚度、辐射缝隙5的深度以及台阶高度三个部分相辅相成，共同决定了天线的性能、反射系数、场强分布、平行折射率等，天线加工成型后，进行调试可到达工程要求，实验测试结果良好。
33.如图4所示是本实施例天线的反射系数实际测试图，该测试结果随着加工材料(金、银、铜、铝、不锈钢等金属)的不同而略有差异，其中心工作频率为2.45ghz，该点处s
11
(反射系数)＝-17db，约99％的微波能量辐射到空气中，馈电波导1的端口反射回去的能量不足1％，微波带宽为6mhz。如图5所示是本实施例天线的平行折射率图，其中心工作频率为2.45ghz，该点处n
11
(平行折射率)＝3.6，与该天线相关的平行折射率n
11
＝0-100，图中显示所述顶部表面波天线的方向性良好。
34.本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。