[发明专利]一种波导阵列天线测量装置

说明书

技术领域

    本发明属于物理测量领域，具体是一种波导阵列天线测量装置。

背景技术

低混杂波驱动电流已经被实验证明为托卡马克型受控磁约束核聚变装置上最为有效的非感应驱动电流方法，天线是低杂波系统中非常重要的分系统，其作用是将由微波源经传输线输送来的大功率微波能量以特定的辐射功率谱耦合到托卡马克等离子体中，达到加热等离子体和驱动等离子体电流的目的。

国内外低混杂波天线发展到现阶段，有三种馈能结构，分别为：常规波导阵，多结波导阵，有源无源交互式波导阵，无论哪种形式的低杂波天线，均是由数路主传输波导将微波能量馈入每个天线单元，经天线单元内置的功率分配系统将微波功率均匀分配，最终到达天线输出端的各路子波导，因而天线面向等离子体的辐射面是由若干行、若干列、等截面尺寸的矩形截面子波导组成，而在天线内部，通过收缩波导宽边尺寸以改变波导之间的相位，一般选用天线辐射面相邻子波导之间相位差为90度，以保证天线具有良好的反射自调节特性，即使天线失配，由天线反射回微波源的能量也能控制在可接受范围，并且可以通过相位反馈控制系统根据物理实验需要，调节各路主传输波导之间的相位差，以达到调控天线辐射功率谱的目的，而天线辐射功率谱是低杂波电流驱动最重要的参数，决定了波功率沉积，波的可近性和电流驱动效率；其次，天线的重要作用就是将主传输波导提供的微波能量均匀分配至其后的每一路子波导中，这样可以最大限度的减小子波导内的打火概率；最后，天线自身的驻波也是表征天线性能的重要指标，驻波越大，由天线反射回微波源的功率越高。

综合以上事实，天线的性能直接影响到低混杂波在托卡马克核聚变装置上作用的发挥，有必要对其进行完备准确的测量，得到天线最真实的性能指标。以往对天线单元进行测量时，天线单元和测量组件均采用法兰对接，测量时将法兰固定在天线单元上，这样不可避免的要对天线进行改造，此外，由于天线辐射面上子波导之间相隔距离近，一般相邻子波导之间的隔板厚度为2～3mm，更有甚者，只有1.5mm（如美国麻省理工学院C-Mod托卡马克装置低杂波天线），且每个天线单元沿水平方向分布有数个平行排列的子波导，图1所示，如此结构，要求对应的测量组件有相同的结构，即，子波导对应天线单元子波导，隔板对应天线单元隔板，因此在两者连接时，很难保证每个子波导与测量组件没有偏差，有偏差就会产生缝隙和台阶，并且在测量过程中无法检查缝隙和台阶的大小，严重影响到测量的准确度。

发明内容

为了弥补现有技术的缺陷，本发明提供一种可以在不对天线进行改造的情况下对其进行诸如反射系数、传输系数、相位等微波参数的测量，并能保证将待测件与测量件的对接偏差控制在最小，提高测量的准确度的波导阵列天线测量装置。

本发明的技术方案如下：

波导阵列天线测量装置，包括有波导阵列天线、嵌入式波导同轴转换、嵌入式波导匹配负载，所述波导阵列天线包括多个天线子波导，其特征在于：所述嵌入式波导同轴转换的形状为一个无底、无盖的波导盒体，所述波导盒体一端的两个窄边加工成两层台阶的形式，所述窄边的第一级台阶凸出于所述波导盒体的端面，所述嵌入式波导同轴转换的宽边、窄边分别小于天线子波导的宽边、窄边，所述嵌入式波导同轴转换的波导盒体的底面有一个同轴端口，所述同轴端口通过转接器与矢量网络分析仪的N型接头连接；所述嵌入式波导匹配负载包括有金属薄板、微波吸收片、金属拉杆，所述微波吸收片固定在金属薄板的正面，所述金属拉杆固定于金属薄板的反面中心，所述金属薄板的宽边、窄边分别小于天线子波导的宽边、窄边；测量时，将嵌入式波导同轴转换的有台阶形式的窄边的一端、嵌入式波导匹配负载的有微波吸收片的一端分别插入各天线子波导。

所述的一种波导阵列天线测量装置，其特征在于：所述的同轴端口为标准SMA接口，所述转接器为标准SMA-N转接器，所述SMA接口内导体直径为1.27mm，外导体内径为4.13mm，中间填充介质为聚四氟乙烯(Teflon)，SMA接口特性阻抗为50欧姆。

本发明的优点是：本发明可以在不对天线进行改造的情况下对其进行诸如反射系数、传输系数、相位等微波参数的测量，并能保证将待测件与测量件的对接偏差控制在最小，提高了测量的准确度。

附图说明

图1为低杂波天线单元辐射端面结构示意图。

图2为嵌入式波导同轴转换外形图。

图3为嵌入式波导同轴转换内部结构示意图。

图4为嵌入式波导同轴转换驻波的波形图。

图5为嵌入式波导同轴转换与天线子波导装配关系图。

图6为嵌入式波导匹配负载外形图。