[发明专利]一种用于切换大功率电子回旋波传输方向的波导开关

说明书

本发明公开了一种用于切换大功率电子回旋波传输方向的波导开关，包括波导开关腔体、反射镜、驱动电机和相同尺寸的第一至第五直通圆波导段，波导开关腔体的前、后、左、右及顶部五个面的中心均开有同样尺寸的圆孔，分别与第一至第五直通圆波导段对接，反射镜置于波导开关腔体内部，可实现在4种传输方向之间进行快速切换，且其设计可以满足大型托卡马克装置对于在多套ECRH系统之间进行快速切换的需求。此外，该波导开关结构简单，加工难度低，并通过反射镜面的椭球形镜面设计使得大功率电子回旋波在通过波导开关前后波束半径无明显发散，传输高效且稳定。

技术领域

本发明属于微波技术领域，更具体地，涉及一种用于切换大功率电子回旋波传输方向的波导开关。

背景技术

在目前的磁约束受控热核聚变实验研究中，电子回旋共振加热(ECRH，ElectronCyclotron Resonance Heating)是一种被广泛使用的等离子体加热手段，其具有加热效果好、加热局域性好、电流驱动效率高、天线可远离等离子体等特点。ECRH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在200kW到1MW之间。常见的ECRH系统工作频率范围为30～200GHz。现考虑到以下两种情形：1、大型托卡马克装置通常会配备数套工作在不同频点的ECRH系统以满足物理实验需求，因而需要具备在不同ECRH系统之间切换的能力；2、ECRH系统自身应具备至少将大功率电子回旋波切换至两个不同方向的能力以满足对系统自身功率测定的需求。为此需要能切换大功率电子回旋波传输方向的波导开关，且其应能适应不同频率的工作场合。

目前该领域常用的波导开关通常采取在波导开关腔体内部铺设滑轨的方式，滑轨上放置有平面反射镜及直通波导段，通过外部电机驱动平面反射镜和直通波导段在滑轨上运动，从而可实现令大功率电子回旋波在两个不同传输方向之间切换。但其无法满足上述第一种情形下的应用需求，且对滑轨长度加工精度要求较高，否则产生的误差最后容易导致平面反射镜或直通波导段与波导开关腔体外部波导的准直出现问题，轻则影响大功率电子回旋波的传输效率，重则引起打火事故，危害系统安全。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于切换大功率电子回旋波传输方向的波导开关，旨在解决现有波导开关在多套ECRH系统之间可切换方向少的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于切换大功率电子回旋波传输方向的波导开关，该波导开关应用场合中的大功率电子回旋波的频率为30GHz～200GHz，功率为200kW～1MW，波导开关包括波导开关腔体、反射镜、驱动电机和相同尺寸的第一至第五直通圆波导段；

波导开关腔体的前、后、左、右及顶部五个面的中心均开有同样尺寸的圆孔，以便分别与第一至第五直通圆波导段对接；反射镜置于波导开关腔体内部，驱动电机置于反射镜底座内，实现对反射镜的转动控制。

优选地，波导开关腔体为立方体空腔。

优选地，反射镜为椭球形反射镜。

优选地，反射镜可围绕第五直通波导段的中心轴线旋转至4种不同位置，每种位置下分别使第一至第四直通圆波导段的纵截面在反射镜所处平面上的投影与反射镜的椭球形轮廓完全重合。

优选地，第五直通圆波导段的纵截面在反射镜所处平面上的投影与反射镜的椭球形轮廓完全重合。

优选地，反射镜在改变电子回旋波传输方向的同时也具有聚焦电子回旋波波束的作用，可令从第一至第四直通圆波导段入射的大功率电子回旋波在从第五直通圆波导段出射后其波束半径不变，反方向同样适用。

优选地，反射镜能方便地从该波导开关底部取出并替换为其他参数(椭球面高度、椭球体短半轴、椭球镜焦距、椭球面长半轴及短半轴等)的椭球形反射镜以适应不同频率的大功率电子回旋波。

优选地，驱动电机通过1套电机控制系统实现其参数设置及转动控制。