[实用新型]一种高功率光栅极化器

说明书

技术领域

本实用新型属于核聚变等离子体大功率射频加热技术研究与实验领域，特别是一种铜镜反射面刻有余（正）弦波形槽，用于140GHz ECRH(电子回旋共振加热)系统传输线上改变微波极化模式的兆瓦级高功率光栅极化器。

背景技术

在ECRH系统中，入射电磁波的极化特性是一个非常重要的参数。回旋管输出的电子回旋波经过传输线和水平发射天线馈入等离子体中。为了开展不同放电参数下，等离子体加热或电流驱动实验，通常要求微波以一定的倾斜角度注入等离子体。在自由空间传输的电子回旋波在一定角度下进入等离子体后会偶合成O模或X模以开展O1或X2模加热，这两种模式的比例取决于入射波的极化方向和入射角度。因此，为了进行O模和X模等离子体加热实验，需要通过旋转极化器光栅镜面产生所需的极化特性。

极化器是用于改变微波极化模式的微波器件。利用不同槽纹深度的两反射面改变微波极化参数，即极化椭圆旋转角度α和极化椭圆率β，以实现极化形式的任意改变。研制极化器就是要选择最佳的槽纹（形）结构以及槽的深度和周期，根据这些参数通过数值计算得到在极化镜不同旋转角度下反射波的极化参数α及β。此外，还应尽量减少杂模，确保极化器在高功率长脉冲下的安全运行。

在“Application of a grating polarizer to the106.4GHz ECH system on Heliotron-E(应用于螺旋器装置上ECH系统的光栅极化器)”(日本University of Kyoto的Nagasaki、Isayama等人于1995年发表于《Review of Scientific Instruments》第Vol.66,PP.3432-3437)一文中公开了一种反射体（板）为铜材其反射面为矩形槽纹面的极化器，该极化器包括环状壳体，设于壳体内的波导腔及位于波导腔内刻有矩形槽反射(镜)面的反射体(矩形槽周期为0.35λ，槽宽为0.25λ，槽深为0.32λ，λ=2.82㎜)，以及设于反射体后部与反射体连接的带手柄的旋转头；该极化器使用时设于波纹波导传输线的直角弯头处并与波纹波导腔连通并固定，刻有矩形槽的反射面位于波纹波导的波导腔内的外侧拐角处。该极化器由于在各矩形槽两侧棱边（线）处电力线密集，电势梯度大，其附近场强达到1.24MV/cm左右(接近真空击穿场强的1.3MV/cm)，致使部分气体被击穿而发生尖端放电，易导致极化器发生电弧击穿现象，影响系统的安全运行。

发明内容

本实用新型的目的是针对背景技术中存在的缺陷，改进设计一种高功率光栅极化器，该极化器在反射板上的反射面采用余弦或正波弧形曲面，改变微波极化模式以达到有效降低反射面各凹槽区域内的电势梯度，避免电弧击穿现象的发生，提高运行的安全性能等目的。

本实用新型的解决方案是仍采用铜或铜合金为极化器的反射板，而将其反射面由背景技术的矩形槽面改为余弦或正波弧形曲面，从而降低反射面各弧形凹槽表面区域内的电场强度，避免电弧击穿现象的发生；本实用新型即以此实现其发明目的。因而，本实用新型高功率光栅极化器包括极化器壳体及设于其内的直角波纹波导腔，反射板及其旋转头，固定板，关键在于反射板上的反射面为余弦或正弦波弧形曲面；反射板通过螺栓与旋转头可拆卸式紧固成一体，并通过固定板将反射板可转动式固定于直角波纹波导腔内的外侧拐角处。

所述反射板上的反射面为余弦或正弦波弧形曲面，当采用余弦波弧形曲面时其弧形曲面函数为f(x)＝d2[1+cos(2πx/p)]，式中：p为周期、d为弧形曲面各凹槽的深度。所述将反射板可转动式固定于直角波纹波导腔内的外侧拐角处，反射板分别与直角波纹波导腔进、出端口的轴线呈45°角、且与两轴线所成平面垂直。所述直角波纹波导腔体横截面面积与反射板的面积之比为1：1.26—1.30。