[发明专利]一种ECRH系统天线聚焦镜面轮廓三维坐标确定方法

说明书

本发明属于等离子体加热领域，具体一种ECRH系统天线聚焦镜面轮廓三维坐标确定方法，确定入射束的束腰尺寸、聚焦镜中心点距入射束腰的距离、确定入射束传播至镜面中心时的束半径，再根据反射束腰大小和反射方向，聚焦镜中心与反射束腰距离，最终确定入射束与聚焦束的相位传播方程表达式，根据相位方程求解出聚焦镜面轮廓坐标。从高斯束的传播原理出发，能更有效保证聚焦束的高斯分布特性，有利于与模拟代码计算进行比对，求解出的三维坐标结合matlab软件中的surface fitting tool即可得出用于加工的曲面方程。

技术领域

本发明属于等离子体加热领域，具体涉及一种ECRH系统天线聚焦镜面轮廓三维坐标确定方法。

背景技术

ECRH(电子回旋共振加热)作为一种灵活的加热，电流驱动手段在热核聚变研究领域受到了广泛运用，模拟波束在等离子体中的传播也是有效发挥其作用的重要环节。

当前普遍采用的代码都将波束按照高斯分布进行处理。在实际的波束传播过程中，由于天线波导口与等离子体有一定距离，为了抑制波束的发散，通常需要聚焦镜面以保证波束在功率沉积点的功率密度。在以往的HL-2AECRH天线中，多采用椭球镜的方式对聚焦镜进行设计，该设计可以称作点对点的方式，此种方法利用了光学上关于椭球聚焦的性质，即一点光源的光线从椭球镜的焦点处向椭球镜发射时，必将汇聚到该椭球镜的另一焦点。

发明内容

本发明的目的是提供一种ECRH系统天线聚焦镜面轮廓三维坐标确定方法，能够有效保证聚焦束的高斯特性。

本发明的技术方案如下：

一种ECRH系统天线聚焦镜面轮廓三维坐标确定方法，该方法包括如下步骤：

1)确定出入射束以及聚焦束按照高斯传播规律的相位方程

入射束的相位表示为

反射束的相位表示为

其中，W_o，in为入射束的束腰尺寸；

W_o，out为反射束的束腰尺寸；

为入射束腰位置；

为反射束腰位置；

k＝2π/λ是自由空间中的波数；

η为相位修正项；

R为有效曲率半径；

2)根据相位方程求解出聚焦镜面轮廓坐标

2.1)以镜面中心坐标为三维坐标原点为坐标为(0，0，0)，垂直于与中心线方向的平面为XY平面，在该平面划分n×n的网格，该网格中每一个点的三维坐标为(X_i，Y_j，0)，i＝1，2…n，j＝1，2…n；

2.2)计算镜面几何中心入射束与反射束的相位之和P

为入射束在处的相位；

为反射束在处的相位；

2.3)设定聚焦镜任一点的三维坐标为(X_i，Y_j，Z_ij)，其中(X_i，Y_j)根据划分的网格为已知参数，依据相位传播公式分别列出入射束在点的相位以及反射束在点的相位在点入射束与反射束的相位之和求解满足方程中的Z_ij的值。

所述的入射束的束腰尺寸W_o，in，采用下式确定