[发明专利]一种基于双极化器的高功率毫米波任意极化系统

说明书

本发明公开了一种基于双极化器的高功率毫米波任意极化系统，包括：第一极化器、第一换向弯头、波纹波导中间传输管道、第二极化器和第二换向弯头，所述第一极化器置于第一换向弯头，所述第二极化器置于第二换向弯头，所述第一换向弯头和第二换向弯头通过波纹波导中间传输管道连接，所述第一极化器和第二极化器的中心均处在波纹波导的轴线上；所述第一极化器，用于改变第一旋转角，进而改变波纹波导中高功率毫米波的旋转角和椭圆率；所述第二极化器，用于改变第二旋转角，进而改变波纹波导中高功率毫米波的旋转角和椭圆率；所述第一极化器和第二极化器组合，实现对高功率毫米波的任意极化。本发明具有设计简便、研制难度低、可维护性强的优点。

技术领域

本发明属于无线通信领域，更具体地，涉及一种基于双极化器的高功率毫米波任意极化系统。

背景技术

在受控核聚变实验研究中，为了将等离子体加热到聚变反应所需的温度，通常需要采用多种加热手段，电子回旋共振加热是一种重要的等离子体加热手段，已被广泛应用于核聚变实验研究中，频率范围30-200GHz。电子回旋共振加热系统主要由波源系统、传输系统、天线系统及控制与保护系统等组成，单套系统的功率通常为200kW到1MW。根据冷等离子体色散方程，垂直注入等离子体的高功率毫米波分为寻常波(O波)与非寻常波(X波)，O波的电场平行于等离子体环向磁场方向，为线极化波；X波的电场在垂直于等离子体环向磁场的平面内，为椭圆极化波。理论与实验表明，低场测注入时，O波的一次谐波(即基波)与X波的二次谐波在电子温度(Te)大于1keV时被强烈吸收，而更高次谐波的吸收效率随温度的升高按影响因子(Te/mc²)^n-1减小，n为谐波数，此外X波的一次谐波在达到共振吸收前会被截止，所以电子回旋共振加热中主要使用O波基波与X波二次谐波开展等离子体加热实验研究。然而，波源产生的毫米波通常是线极化波，为使波与等离子体高效耦合，因此在高功率毫米波系统中需要实现任意极化以方便地改变高功率毫米波的极化形式。

在高功率毫米波系统中，利用矢量衍射光栅(极化器)来实现改变微波极化形式的目的。常见的矢量衍射光栅设计方法有两种：模式匹配法和矢量积分法。前者主要用于矩形槽纹光栅设计，后者主要用于非矩形槽纹光栅设计。非矩形槽纹能有效避免槽纹边缘电场集中引起的电弧放电，能提高功率容量。虽然矢量积分法能用于非矩形槽纹(通常是正弦槽纹)的设计，但该方法推导过程和数值计算都较为复杂。通常使用一组含有两面不同极化参数的极化器来实现高功率毫米波的任意极化，因此需要分别设计两面极化器的极化参数，设计过程复杂，且需要准备两种后备极化器至少各一个，提高了系统的维护成本。

由此可见，现有高功率毫米波任意极化的设计方法中需要分别设计两套不同的极化器会带来设计过程复杂、可维护性差的问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于双极化器的高功率毫米波任意极化系统，由此解决现有高功率毫米波任意极化的设计方法中需要分别设计两套不同的极化器带来的设计过程复杂、可维护性差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于双极化器的高功率毫米波任意极化系统，包括：第一极化器、第一换向弯头、波纹波导中间传输管道、第二极化器和第二换向弯头，

所述第一极化器置于第一换向弯头，所述第二极化器置于第二换向弯头，所述第一换向弯头和第二换向弯头通过波纹波导中间传输管道连接，所述第一极化器和第二极化器的中心均处在波纹波导的轴线上；

所述第一极化器，用于改变第一旋转角，进而改变波纹波导中高功率毫米波的旋转角和椭圆率；

所述第二极化器，用于改变第二旋转角，进而改变波纹波导中高功率毫米波的旋转角和椭圆率；

所述第一极化器和第二极化器组合，实现对高功率毫米波的任意极化。

进一步地，高功率毫米波的频率为30GHz-200GHz，所述高功率毫米波的功率为200kW-1MW。