[发明专利]波导阵列天线高功率性能测试装置

说明书

技术领域

本发明涉及天线测量装置领域，具体为一种波导阵列天线高功率性能测试装置。

背景技术

低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的方法，天线是低杂波系统中非常重要的分系统，其作用是将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，用于加热等离子体和驱动等离子体电流。

国内外低杂波天线发展到现阶段，天线单元基本馈能结构，均是由其内置的，与波导宽边平行的若干金属板（E面结）将微波功率分配至若干子波导，由子波导阵列将微波能量辐射进托卡马克等离子体中，由于低杂波天线在实验中处于与托卡马克主真空室连通的真空环境中，通过大功率微波时，天线单元内壁吸附的大量气体分子会释放出来，影响天线单元内部真空度，而真空度降低会造成天线单元内部发生气体击穿、打火，此外，托卡马克实验过程中，由于等离子体不是匹配负载，从天线辐射出的微波能量不能完全被等离子体耦合吸收，会有部分微波能量从等离子体反射回天线，这部分反射回来的微波与天线内部的入射微波，在天线单元内部某些特定区域叠加，增大了天线内部打火的概率，而一旦发生上述两种原因引起的打火，反射功率瞬间就会大幅增大，甚至产生功率全反射，为了保护微波器件不受反射功率损伤，控制系统会将此路微波源暂时关闭，造成微波功率不能正常耦合进托卡马克等离子体，影响物理实验顺利进行。

以往对天线进行的都是低功率测量，即利用矢量网络分析仪和一些非标测量件与天线对接，获得天线低功率水平技术指标，诸如反射系数、传输系数、相位等，没有对天线进行真空环境下的高功率性能测试，由于天线的高功率性能直接影响到低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，获得天线最真实的高功率性能指标。

发明内容

本发明的目的是提供一种波导阵列天线高功率性能测试装置，以弥补现有技术的缺陷。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

波导阵列天线高功率性能测试装置，其特征在于：包括有供待测天线单元放置的真空室，真空室上安装有测量真空室内部真空度的真空规管，真空室一侧设置有微波源、环形器、第一陶瓷窗、第一波导弯头、第二波导弯头，所述微波源依次连接环形器、第一陶瓷窗、第一波导弯头的一端，第一波导弯头的另一端与第二波导弯头的一端连接，第二波导弯头另一端连接至真空室内待测天线单元的一端；真空室另一侧设置有水负载、阻抗失配器、定向耦合器、第二陶瓷窗、第三波导弯头、第四波导弯头，真空室内待测天线单元另一端与第三波导弯头一端连接，第三波导弯头另一端与第四波导弯头一端连接，第四波导弯头另一端依次连接第二陶瓷窗、定向耦合器、阻抗失配器、水负载；

所述微波源输出大功率微波功率，微波功率依次经过环形器、陶瓷窗，再被第一波导弯头、第二波导弯头改变传播方向后，进入真空室中待测天线单元的一端，微波功率沿待测天线单元传播至第三波导弯头，经第三波导弯头、第四波导弯头改变传播方向后，经过第二陶瓷窗传播至定向耦合器，由定向耦合器对微波功率进行取样，测量入射和反射功率大小，定向耦合器中微波功率传播至阻抗失配器，通过阻抗失配器人为引入传输失配，制造所需比例的反射功率，阻抗失配器中微波功率最后传播至水负载，以水负载作为终端匹配装置，吸收近乎全部的微波入射功率。

所述的波导阵列天线高功率性能测试装置，其特征在于：所述第二波导弯头、第三波导弯头上分别安装有波导弧光探测器。

本发明中，微波源输出大功率微波；环行器的作用是吸收反射波，保护微波源；真空室及其配套部件包括：真空室、泵、阀、管道等，用来建立、维持、并改变待测天线单元所处环境的真空度；真空规管用于快速、实时测量真空室内部的真空度；波导弧光探测器用于探测待测天线单元内部的打火；陶瓷窗实现真空室与微波传输线的气体密封，并保证微波能量顺利通过；波导弯头用于改变微波传播方向，并实现波导弧光探测器能够正对待测天线单元内部，实时准确的探测打火；定向耦合器通过对微波信号进行取样，测量入射和反射功率大小；阻抗失配器的作用是人为引入传输失配，模拟托卡马克实验中微波能量从等离子体反射回天线的情形，制造所需比例的反射功率（如：10%、20%等）；水负载作为终端匹配装置，用于吸收近乎全部的入射功率。

本发明的优点是：利用本发明对低杂波天线这一关键设备进行高功率测试，获得可靠、准确的实验数据，对其进行分析整理，准确评估真空室真空度，微波入射与反射功率，对天线单元通波能力的影响，获得实验条件下天线单元的高功率性能指标。

附图说明

图1为天线单元示意图。