低杂波多结波导阵天线耦合特性的数值分析

核聚变与等离子体物理 ›› 2010, Vol. 30 ›› Issue (1): 60-66.

低杂波多结波导阵天线耦合特性的数值分析

贾华，秦永亮，刘甫坤，匡光力

(中国科学院等离子体物理研究所，合肥 230031)

收稿日期:2008-12-15 修回日期:2009-08-04 出版日期:2010-03-15 发布日期:2010-05-11
作者简介:贾华(1982-)，男，河南省新乡市人，博士研究生，研究方向：微波工程与等离子体物理。

Numerical analysis on coupling properties of the LHCD multijunction launcher

JIA Hua, QIN Yong-liang, LIU Fu-kun, KUANG Guang-li

(Institute of Plasma Physics, Chinese Academy of Sciences, Hefei 230031)

Received:2008-12-15 Revised:2009-08-04 Online:2010-03-15 Published:2010-05-11

摘要/Abstract

摘要： 通过数值模拟研究了低杂波多结波导阵天线的耦合特性。采用线型耦合理论，用艾黎函数计算了等离子体阻抗，推导出常规波导阵对等离子体的散射矩阵，并利用它和天线自身的散射矩阵研究了HT-7装置低杂波多结波导阵天线的耦合特性；计算了其平均功率反射系数、方向性系数和功率谱与等离子体边缘密度和主波导相位差等参数的关系。结果表明，与常规波导阵相比，由于多结波导阵天线存在自匹配特性，其天线功率反射系数小，且对相位不敏感。但由于存在多余副瓣，驱动效率较低。

关键词: 低杂波电流驱动, 多结波导天线, 耦合, 功率谱, 散射矩阵

Abstract: The coupling properties of the Lower Hybrid Current Drive (LHCD) multijunction (MJ) launcher are investigated numerically. The Airy function is used to calculate the plasma impedance and the grill-plasma scattering matrix is deduced, then the coupling properties of the HT-7 LHCD MJ launcher are studied with the antenna scattering matrix and the grill-plasma scattering matrix based on the liner coupling theory. The average power reflection coefficient, directivity, power spectrum are obtained for different edge plasma densities and for different phasings between main waveguides. The results show that the power reflection coefficient of the MJ launcher is much lower and less sensitive to the phase difference than that of the conventional grill because of its self-matching characteristic. However, due to the excrescent side lobe, the current drive efficiency is lower.

Key words: Lower hybrid current drive, Multijunction launcher, Coupling, Power spectrum, Scattering matrix

中图分类号:

贾华，秦永亮，刘甫坤，匡光力. 低杂波多结波导阵天线耦合特性的数值分析[J]. 核聚变与等离子体物理, 2010, 30(1): 60-66.

JIA Hua, QIN Yong-liang, LIU Fu-kun, KUANG Guang-li. Numerical analysis on coupling properties of the LHCD multijunction launcher[J]. NUCLEAR FUSION AND PLASMA PHYSICS, 2010, 30(1): 60-66.

参考文献

[1] Brambilla M. Slow-wave launching at the lower hybrid frequency using a phased waveguide array [J]. Nucl. Fusion, 1976, 16(1): 47.

[2] Stevens J, Ono M, Horton R, et al. Edge density profiles effects for lower hybrid waveguide coupling [J]. Nucl. Fusion, 1981, 21(10): 1259.

[3] Litaudon X, Berger-By G, Bibet P, et al. Lower hybrid wave coupling in Tore Supra through multijunction launchers [J]. Nucl. Fusion, 1992, 32(11): 1883.

[4] Ding B J, Shan J F, Liu F K, et al. Experimental characteristics of a lower hybrid wave multi-junction coupler in the HT-7 tokamak [J]. Chin. Phys., 2006, 15(12): 2989.

[5] Litaudon X, Moreau D. Coupling of slow waves near the lower hybrid frequency in JET [J]. Nucl. Fusion, 1990, 30(3): 471.

[6] Hurtak O. Aperiodically-phased multijunction sections as components of large launching structures for LHCD [J]. Plasma Phys. Contr. Fusion, 1990, 32(8): 623.

[7] Preinhaelter J. Optimization of the multijunction grill for lower hybrid current drive [J]. Nucl. Fusion, 1989, 29(10): 1729.

[8] Hurtak O, Preinhaelter J. The theory of long waveguide structures radiating lower hybrid waves into a plasma [J]. IEEE Trans. on Plasma Science, 1992, 20(4): 425.

[9] 焦一鸣, 石秉仁. HL-1装置低杂波电流驱动波导阵列优化设计 [J]. 核聚变与等离子体物理, 1991, 11(1): 16.

[10] 马中芳, 李大丰, 陈激. 低杂波在托卡马克中的波导耦合特性 [J]. 物理学报, 1982, 31(2): 159.

[11] 丁伯江, 匡光力, 刘岳修, 等. 低杂波电流驱动的数值模拟 [J]. 物理学报, 2002, 51(11): 2556.

[12] England A C, Eldridge O C, Knowlton S F, et al. Power transmission and coupling for radiofrequency heating of Plasmas [J]. Nucl. Fusion, 1989, 29(9): 1544.

[13] Bae Y S, Cho M H, Namkung W, et al. Launch study for KSTAR 5 GHz LHCD System [J]. Journal of the Korean Physical Society, 2006, 49(12): 314.

[1]	梁启超, 张伟, 刘鲁南, 秦成明, 毛玉周, 杨桦. EAST装置上新型离子回旋天线法拉第屏蔽的设计及应用[J]. 核工业西南物理研究院, 2025, 45(1): 1-6.
[2]	吕欣婷, 张秀杰, 王磊, 孙振超, 赵耀. U 型耦合管道内液态金属 MHD 效应研究[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(4): 373-379.
[3]	宋强, 杨锦宏, 桂腾, 陈凯杰, 席绪尧, 江中和, 汪卫华, 杨清志 . J-TEXT 动态扰动磁场线圈电磁结构分析[J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(4): 436-443.
[4]	张立元, 王晓洁, 吴大俊, 汤允迎, 王瀚林, 刘甫坤 . CFETR ECRH 系统发射天线的初步结构设计与分析 [J]. 核工业西南物理研究院, 2024, 44(3): 267-274.
[5]	袁强华, 刘珊珊, 殷桂琴, 秦彪. 不同频率驱动下容性耦合Ar等离子体随气压变化的放电特性[J]. 核工业西南物理研究院, 2023, 43(4): 482-488.
[6]	李梦鸽, 张寿彪, 李维明, 刘海庆, 张耀, 揭银先, 连辉, . 基于电感耦合等离子体源的CO₂色散干涉仪搭建和测试[J]. 核聚变与等离子体物理, 2023, 43(2): 199-203.
[7]	卢波, 王洁琼, 陈娅莉, 白兴宇, 曾浩, 梁军, 王超, 冯鲲. HL-2M 装置低杂波钛泵电流监测器的研制[J]. 核聚变与等离子体物理, 2023, 43(1): 1-5.
[8]	卢波, 白兴宇, 陈娅莉, 曾浩, 梁军, 王超, 王洁琼, 冯鲲. HL-2A 装置 2MW 低杂波反射保护技术研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(4): 367-371.
[9]	王洁琼, 卢波 , 黄梅, 白兴宇. HL-2A 装置 LHCD 系统灯丝电源远程控制的一种新方法[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(4): 383-387.
[10]	吴陈斌, 丁伯江, 李妙辉, 李永春, 王云飞, 闫广厚, Yves Peysson. CFETR低杂波电流驱动数值模拟研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2022, 42(2): 250-256.
[11]	邢海龙, 金伟, 梁传辉, 代波, 任勇, 毛新春, 王东平, 王小英, 陈长安 . 射频等离子体离子能量分布特性研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2021, 41(4): 598-602.
[12]	林家帆1，郑平卫*2, 3，龚学余1，邓盛1，姜欣辰2. 托卡马克高场侧低杂波电流驱动模拟研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2021, 41(2): 105-109.
[13]	罗先文. 感应耦合等离子体中和枪的电子引出特性研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2021, 41(2): 187-192.
[14]	吴良超，殷桂琴*，孟祥国，周有有，王兢婧. 气压对于低气压双频容性耦合Ar/O2 等离子体放电特性影响的研究[J]. 核聚变与等离子体物理, 2020, 40(4): 372-378.
[15]	郑雪，宣伟民，王英翘，李维斌. 基于虚拟中心电流法的 HL-2M快控电源数学模型[J]. 核聚变与等离子体物理, 2020, 40(3): 248-253.