HL-2A装置LHCD多节发射天线阵波谱的数值计算与分析

即将在HL-2A装置上使用的LHCD实验的天线是原来在HL-1M装置上使用并经过改进的天线。我们对多节发射天线阵各子波导间的相位、各主波导的反射系数和驻波比等参数进行了测量。本文介绍了对多节发射天线阵的各子波导间相差，主波导电压驻波比等参数的测量，及用这些值与理论值计算波谱的结果进行了比较，从而对天线系统有一个正确的认识和评价。这些测量无疑对将来的天线设计和在HL-2A装置上进行LHCD实验分析都是十分有益的。     

HL-2A 装置LHCD 微波功率测量系统设计

为了解决在功率测量中检波器输出的非线性曲线和动态输入功率范围小等问题,为500kW/3.7GHz 的LHCD 系统设计了对数检波器,并由其组成新型线性微波功率测量系统。测试结果表明,该测量系统具有更大的动态功率测量范围,其特征曲线在本系统功率参数内具有优良的线性特性,对数一致性误差在-1dB~+1dB 范围内可输入微波功率动态范围>40dB,在系统可用范围内利用线性拟合获得的相关系数大于0.999。该结果优于以前设备测试结果。     

HL-2A装置LHCD实验的控制

为了研究非感应方式等离子体电流的产生，在HL-2A装置上开展了低杂波电流驱动实验，并对LHCD实验进行了微机控制。在2004年的实验中准确无误地将微波投入了装置，实现了对整个LHCD系统运行状态的监控和系统保护。在等离子体破裂时，控制系统会立即切断微波对装置的投入。     

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为了解决在功率测量中检波器输出的非线性曲线和动态输入功率范围小等问题,为500k W/3.7GHz的LHCD系统设计了对数检波器,并由其组成新型线性微波功率测量系统。测试结果表明,该测量系统具有更大的动态功率测量范围,其特征曲线在本系统功率参数内具有优良的线性特性,对数一致性误差在-1d B~+1d B范围内可输入微波功率动态范围>40d B,在系统可用范围内利用线性拟合获得的相关系数大于0.999。该结果优于以前设备测试结果。     

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根据微波叠加原理、阻抗匹配和相位补偿理论计算出3dB功率分配器的理论数据,再利用高频电磁场仿真软件进行电磁仿真和参数优化。实物测量结果:输入端口的反射损耗RL--31.12dB;隔离度Iso--34.35dB;输出端口功分性能为-3.09dB,-3.07dB;相位差1.8°;输入驻波比VSWR=1.070,与理论数据基本符合。     

HL-2A装置烘烤对LHCD系统的影响

1引言 在受控核聚变研究中，托卡马克装置在进行物理实验前须对其真空室进行烘烤除气，以达到物理实验所需的本底真空度和较低的杂质水平。HL-2A装置对真空室及其内部构件的烘烤采用过热水循环加热的方法.此烘烤过程的可控性和温度均匀性都较好。因水的热容量较大，可防止因意外断电引起真空室温度的骤变和可能导致的真空泄漏等问题．     

Control of LHCD on the HL-2A Tokamak

in order to study non-indutive plasma current production, the lower hybrid current drive（LHCD） experiment on the HL-2A tokamak is carried out. Simultaneously a microcomputer has been used to control the whole LHCD system. During the experiment this year, we can monitor and protect the LHCD system by use of the microcomputer control system, which will imediately switch off the microwave power to be launched into the tokamak if the plasma is disrupted. All this ensure that the microwave is injected into the equipment correctly.     

Study of the Protection System for LHCD on the HL-2A Tokamak

LHCD experiment has been carried through in HL-1M tokamak since 1995, and the work is successful. This years the LHCD experiment would go ahead on the HL-2A tokamak that had been improved from HL-1M system.     

HL-2A装置低杂波天线3-dB功分器设计

基于微波奇偶模理论、叠加原理和阻抗匹配理论分析设计了3-dB功率分配器的结构参数,使用高频电磁场仿真软件HFSS进行结构仿真和参数优化,得到了最优结果：输入端口1的反射损耗RL=-41.42dB;1和4端口的隔离度Iso=-44.86dB;输出端口2、3的功分度为-3.02 dB和-3.01 dB;输入驻波比VSWR=1.017。     

The Logical Control Protective System of the HL-2A LHCD Power Supply

The main equipmets of the HL-2A LHCD power supply are based on the old one, but the logical control protective system is a new part. Considering the output voltage is very high（up to 60 kV）, so the logical control protective system is very important. The system is implemented based on PLC and the SIEMENS STEP7 software.     

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HL-2A装置的1MW低杂波电流驱动系统在单只速调管的条件下进行了系统的工程调试。建立了低杂波真空系统,天线真空度为2.3Pa,传输系统真空度为4.30×102Pa,天线对装置的漏率为1.675×10-4Pa?m3.s-1。采用低真空条件下充气的方法提高了系统的功率传输能力,有效地降低和避免了打火情况的发生,初步分析了低杂波系统的真空性能以及对HL-2A装置真空的影响。     

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HL-2M装置低杂波天线被设计为多栅阵列天线,天线由4行波导组成,每行32个子波导。子波导宽度为0.99cm,壁厚0.3cm,相邻子波导相差取90°。计算得到的反射系数R=0.0261,N||峰值中心为2.375。边缘等离子体电子密度梯度对波谱峰值中心位置没有影响,波峰相对宽度则随之增大而减小。在边缘等离子体电子密度梯度 的情况下,相邻子波导相差为81°时,天线方向性系数最好,为0.2010;反射最小,为0.0223,此时波谱峰值中心为2.125。     

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测量了HL-2A装置烘烤期间由于温度变化引起的LHCD天线系统位移,得到了装置真空室达到最高的温升112℃时的真空室和天线的总的最大位移为3.47mm,其中天线系统自身的位移为0.9mm。根据这个位移,定性地算出LHCD系统中可能产生的应力。据此,分析了烘烤对LHCD系统带来的影响以及提出了可能采取的缓解措施。     

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基于微波奇偶模理论、叠加原理和阻抗匹配理论,设计了集成有3-dB功率分配器和固定移相器的子波导微波器件。使用高频电磁场仿真软件HFSS进行了结构仿真和参数优化分析,得到了优化结果,并且研制了子波导微波器件实物,测试结果和理论设计符合得很好。     

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基于微波奇偶模理论、叠加原理和阻抗匹配理论分析设计了3-dB功率分配器的结构参数,使用高频电磁场仿真软件HFSS进行结构仿真和参数优化,得到了最优结果：输入端口1的反射损耗RL=-41.42dB;1和4端口的隔离度Iso=-44.86dB;输出端口2、3的功分度为-3.02 dB和-3.01 dB;输入驻波比VSWR=1.017。