离子回旋共振加热射频系统阻抗变换器的优化设计

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EAST托卡马克装置离子回旋共振加热系统介绍-等离子体物理研究所

第30讲:EAST托卡马克装置离子回旋共振加热系统介绍
主讲：赵燕平
时间：12月13日14:00
地点：601会议室
时数：1.5-2个小时
授课内容摘要：
离子回旋频段波作为加热、维持、控制高温等离子体的重要手段之一，根据所选的运行模式不同，它与等离子体作用机制也不相同，它不仅可以加热电子、离子，还可以用于控制等离子体某些重要参数空间分布等。

离子回旋系统无论是用于加热还是电流驱动对等离子体都有很好的可近性，并且技术相对较为成熟，系统的造价也相对较低，因而被广泛用于各托卡马克聚变装置上。

在EAST上，利用离子回旋系统实现对等离子体有效的加热和参数分布控制，是实现高约束稳态运行的关键之一。

本报告将主要介绍EAST装置离子回旋系统关键技术和壁处理技术及近年来EAST上离子回旋加热所取得的实验结果。

授课人介绍：
赵燕平，中国科学院等离子体物理研究所研究员，博士生导师，1982年毕业于南开大学物理系，现从事托卡马克离子回旋射频波加热技术及波与高温磁约束等离子体相互作用物理过程的研究，主持建成了EAST装置上的稳态离子回旋加热系统。

作为负责人承担了多项国家自然科学基金和国家磁约束核聚变配套项目。

欢迎感兴趣的职工及学生参加！。

基于Labview的液态调配器的远程控制

基于Ｌａｂｖｉｅｗ的液态调配器的远程控制
郑芬，赵燕平，毛玉周，郑高伟，陈根，何钟鑫，王磊，唐杰
（中国科学院等离子体物理研究所，安徽合肥２３００３１）
摘要：通过对三支节液态调配器系统的分析，设计了一个由计算机远程监控５套三支节液态调配
＼一
天线
被抽到液态调配器支节中。支节液面高度的下
降则是通过下降回路使油从支节回到油箱中。上升回路和下降回路是互斥的两个回路，任何时刻只能打开其中一个或者两个都关闭。原来的控制系统是用控制盒作为上位机，
ＬＧ公司的Ｋ一１２０Ｓ型ＰＬＣ作为下位机，将输
９２４型差压变送器，能将０～１００ｋＰａ的压强信号线性地转化为表征液面高度的４— ２ＯｍＡ的电流信号，再经过一个差分电路即可将其转化为０～１０Ｖ的电压信号，如图３所示。
ＰＣＩ９１１８
于２０ｍＡ时，阀门完全打开。电动执行器内置阀位变送器，可反馈送出４～２０ｍＡ电流信号，表征阀门开度大小。阀门开度大小直接决定了液面上升或下降的速度Ｊ。要实现液面高度的上升或者下降，需要打
能通过手动调节，所以使用起来很不方便。
１计算机远程控制系统硬件设计
为了实现５套调配器液面高度的自由调配，设计一个计算机远程控制系统。设定需调配的支节高度，即可自动达到所需高度，使用方便快捷，节省了人力。该控制系统包括采集和控制两个部分，下面具体来介绍一下实现方法。１．１液态调配器液面高度的采集与显示

基于嵌入式系统的离子回旋数据采集交换系统的开发和实现

ｋｒｋ，ａａ）是一个庞大的核聚变环形真空磁笼实ｎ验装置，它主要包括全超导托卡马克装置本体，大型超高真空系统，型计算机控制和数据采大
输到等离子体中的加热区域，离子回旋共振加热优点之一是几乎所有的共振离子都得到加
热，近年来在ＨＴ７－实验结果表明了离子整体
ＴＰＩＣ／Ｐ协议接口ｓｃｅ；ｏｋｔ同时采用一机多数据采集卡，在保证采集速度的前提下，采集上百个点所使用的机器大大减少，节约了成本。
２０板极输出回路中的电感和电容配套的水５０冷及风冷系统的温度、流量、压力和节点的有关
１设计模型和系统的配置
系统基本满足要求。
关键词：回旋共振加热；式系统；离子嵌入数据采集；０ｓ套接字；卡采集Ｖｒ；ｋ多
中图分类号：３６２Ｔ６＋４ＴＰ１．，Ｌ２文献标识码：Ａ文章编号：２８ｏ３（Ｏ８Ｏ —Ｏ１Ｏ０５＿９４２０）６１８一６
Ｋ４Ｍｉ０００Ｇ、Ｃ０．０Ｅ的灯丝电压电流、栅极电压电流、联栅极电压电流和阳极电压电流的检测，
电压最高达到２ｋ电流最高为６０而安全５Ｖ，４Ａ；
】］０８
系统主要包括对外围的设备大门、接地棒、
我国自行设计、研制的世界上第一个全超
导非圆截面托卡马克核聚变实验装置ＥＴＡＳ
（ｐｒｍｅｔｌｖｎｅｕｅｃｎｕｔｎ — ＥｘｅｉｎａＡｄａｃｄＳｐｒｏｄｃｉｇＴｏ

EAST电子回旋共振加热数据发布系统设计

侯芳，徐曷东，刘甫坤，汤允迎，徐伟业，黄傲霜，冯建强
（中国科学院等离子体物理研究所，安徽合肥２３００３１）
摘要：为了管理ＥＡＳＴ核聚变装置上电子回旋共振加热系统中采集的脉冲数据，监控ＥＡＳＴ上１４０ＧＨｚ／４ＭＷＥＣＲＨ系
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＩｎｏｒｄｅｒｔＯｍａｎａｇｅｔｈｅｄａｔａａｃｑｕｉｒｅｄｆｒｏｍｈｅｔＥＣＲＨｓｙｓｔｅｍｏｆＥＡＳＴ，ｔＯｍｏｎｉｔｏｒｔｈｅｓａｔｔｅｏｆｔｈｅｍｉｃｒｏｗａｖｅｓｏｕｒｃｅｓａｎｄｈｅｔ
ＨＯＵＦａｎｇ，ＸＵＨａｎ —ｄｏｎｇ，ＬＩＵＦｕ－ｋｕｎ，ＴＡＮＧＹｕｎ－ｙｉｎｇ，ＸＵＷｅｉ－ｙｅ，ＨＵＡＮＧＡｏ—ｓｈｕｎｇ，ａＦＥＮＧＪｉｎ－ｑａｉｎｇａ
（ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｌａｓｍａＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈｅｆｅｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ）
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３－６２９Ｘ．２０１５．０５．００１
ＤｅｓｉｇｎｏｆＤａｔａＭａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄＲｅｌｅａｓｅｄＳｙｓｔｅｍｆｏｒＥＣＲＨｏｎＥＡＳＴ

电子回旋共振加热系统中全固态阳极高压电源硬件电路设计

ＰＷＭ和ＰＳＭ控制技术相结合的方法。前级使用ＳＧ３５２５来控制ＩＧＢＴ完成高频逆变，后级由５９个模块串接输
出而成，通过反馈第一级模块输出电压，实现每个模块输出电压的基本稳定；后级输出电压通过ＤＳＰ控制ＰＳＭ
模块的通断个数以及第５９个模块ＢＵＣＫ电路的占空比，实现输出电压的叠加输出，让输出电压能在３５ｋＶ内全
基于上面的要求，在各托卡马克装置上的
ＥＣＲＨ系统中大多数阳极电源结构由前级高压电源
平台和后级高压调制器两部分组成。在ＨＬ．２Ａ装
置上的阳极电源前级采用改变晶闸管导通角的方法，调节三相工频升压变压器的输入交流电压有效
值来改变输出直流高压的大小，后级使用北京京东
级组成的结构，占用体积较大、运行操作较复杂。
依据未来ＨＬ．２Ｍ装置上１ＭＷ／１０５ＧＨｚ／３ｓ回旋
管的规划要求，使用高频开关电源技术设计全固态
阳极高压电源，将脉宽调制技术与脉冲步进调制技
术结合在一起。该技术研发的阳极高压电源具有全
收稿日期：２０１６—１２－２６；修订日期：２０１７—１ｏ－２２作者简介：黄波（１９９１－Ｉ），男，江西抚州人，硕士研究生，从事电力电子与电力传动研究。通讯作者：陈文光（１９６８－），男，湖南茶陵人，博士，教授，从事电力电子技术研究。
霍尔电压传感器反馈到ＰＷＭ控制电路。后级部分
包括５９个模块，其中前５８个模块使用场效应管和
二极管设计成ＰＳＭ模块结构，相邻两个模块的正
极及负极依次连接；每个模块的场效应管的通断由
相应的光纤控制，整个电源输出的电压按照６００Ｖ

EAST离子回旋波加热快速阻抗匹配系统的研究

ｄｏｉ：１０．７５３８／ｙｚｋ．２０１３．４７．０７．１２５６
ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＦａｓｔＩｍｐｅｄａｎｃｅＭａｔｃｈｉｎｇＳｙｓｔｅｍ
ｆｏｒＩＣＲＦＨｅａｔｉｎｇｉｎＥＡＳＴ
陈根，赵燕平，毛玉周，禹胜林
（１．中国科学院等离子体物理研究所，安徽合肥２３００３１；２．南京信息工程大学电子与信息工程学院，江苏南京２１００４４）
表明，快速阻抗匹配系统的ห้องสมุดไป่ตู้时间响应速度明显优于传统匹配方式的，可作为实时匹配的候选者。
关键词：ＥＡＳＴ；离子回旋波加热；阻抗匹配中图分类号：ＴＬ６１２．１１文献标志码：Ａ文章编号：１０００ — ６９３１（２０１３）０７ — １２５６ — ０６
ＣＨＥＮＧｅｎ。ＺＨＡＯＹａｈ — ｐｉｎｇ，ＭＡＯＹｕ — ｚｈｏｕ，ＹＵＳｈｅｎｇ— ｌｉｎ。
（１．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＰｌａｓｍａＰｈｙｓｉｃｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈｅｆｅｉ２３００３１，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ＆ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ

EAST—ICRH系统高功率同轴隔直器的研制

频率范围为１Ｈ一１０Ｍｚ未考虑加集总０Ｍｚ４Ｈ，电容的情况，计算结果如图４所示，再用仿真软件ＡｓｔＦＳ１．ｎｏＳ１０进行仿真分析，真的ｆＨＪ仿模型见图２仿真的结果如图５所示。从左至，
件参数的具体表达式的值为：
由于同轴线Ｔ、和的阻抗为串联分１压关系，以１所３的电压传输系数为；
Ｔ＝
为：Ｉ＝一２ＬｇＩ１ｄＬ０ｏ（）Ｂ
Ｚ／＝２ｏ（＋Ｚ）ｏＺＺ／Ｚｏ
所以１２端口之间的插入损耗可以表示、
发射机和调配器之间，这样可以提高隔直器的
使用安全性。
基金项目：国家自然科学基金利用离子波恩斯坦波
抑制ＭＨＤ的实验研究（０７１５。１６５２）作者简介：徐建矿（９４一）男，１８，安徽人，中国科学院等离子体物理研究所硕士研究生，研究方向：波工微
结果比理论和仿真的结果要稍大，大值达到最
１１．１８．Ｏ
１０５这是由于实际加工和安装的误差引起．８，的，在可以接受的范围以内，且频带内没有出而
中图分类号：Ｔ１Ｎ６文献标识码：Ａ文章编号：０５－９４２１）４８２８０３（０２０９
离子回旋共振加热（ＣＨ）射频加热的ＩＲ是方法之一。它采用的是处于离子回旋频段的电磁波（频率为１ｚ一２０ＭＨ）等离子体０ＭＨ０ｚ对

电子回旋共振波射频溅射系统设计

书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
电子回旋共振波射频溅射系统设计
电子回旋共振波(ECWR)技术于20 世纪70 年代提出，是利用电磁波与电学各向异性材料(如带有外加静磁场的低压等离子体)的相互作用来产生等离子体的。

ECWR 技术有产生高密度等离子体、离子能量可控制在很窄的范围内、离子能量和离子流量可独立控制等优点，可有效控制薄膜的生长过程。

本
文以ECWR 技术为背景，介绍了一种电子回旋共振波射频溅射镀膜系统的设计。

随着电子制造、机械加工、医疗器械制造等行业的不断发展，人们常利
用真空镀膜技术进行材料的表面改性。

射频溅射技术于80 年代用于制作CD 的反射层之后得到极大的发展，逐步成为制造许多产品的一种常用手段，是适
用于各种金属和非金属的一种镀膜方法。

但射频溅射技术产生的等离子体密度低，成膜速率慢，且靶材利用率低。

于20 世纪70 年代发展起来的电子回旋共振波(ECWR)技术可在反应室内部不包含任何激发电极的情况下，产生低压高密度等离子体，并能够很好的控制所产生的等离子体的参数。

本文将该技术用于
传统射频溅射系统中，以提高其靶材利用率并提供优良性能的等离子体。

国内
外研究人员现已应用这种技术制备多种半导体薄膜。

本文以ECWR 技术为基础，介绍一种真空镀膜装置的设计与计算。

1、工作原理及特点ECWR 等离子体的产生是依靠电磁波与电学各向异性材料(如带有外加静磁场的低压等离子体)的相互作用来实现的。

该系统还有如下特点：
(1) 在很低的压力下(10-2 Pa 到10-1 Pa)仍可获得高的电离度，离子束电流密度会达到几mA/cm2；。

前极靴长度对电子回旋共振离子推进器影响的数值仿真

前极靴长度对电子回旋共振离子推进器影响的数值仿真柯于俊;孙新锋;陈学康;田立成;贾艳辉【摘要】数值仿真研究电子回旋共振离子推力器放电室的放电过程可以为推力器的优化设计提供指导和帮助.基于COM-SOL多物理场仿真软件建立了5 cm口径电子回旋共振(ECR)推力器放电室的二维轴对称模型.通过磁场实际测量值和仿真结果的对比分析,验证了模型的可靠性;并计算发现前极靴长度在7 mm和9 mm之间存在一个最佳特征值.当小于特征值时电子密度最大值、平均电子密度值和等离子体吸收功率均随极靴长度的增大而增大;而当大于特征值时电子密度最大值、平均电子密度值和等离子体吸收功率则随极靴长度的增大而减小.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2018(018)020【总页数】7页(P340-346)【关键词】极靴;ECR;离子推力器;电子密度【作者】柯于俊;孙新锋;陈学康;田立成;贾艳辉【作者单位】兰州空间技术物理研究所,兰州730000;兰州空间技术物理研究所,兰州730000;兰州空间技术物理研究所,兰州730000;兰州空间技术物理研究所,兰州730000;兰州空间技术物理研究所,兰州730000【正文语种】中文【中图分类】V439.1ECR离子推力器(electron cyclotron resonance ion thruster，ECRIT)是一种通过微波共振放电的离子电推进装置。

相比传统的Kaufmann离子推力器，ECR微波离子推力器具有无主放电空心阴极、放电气压低、等离子体密度高以及寿命长等优点[1—3]。

ECR离子推力器是一种静电型推进装置，其工作原理为：利用微波发生器引导微波进入带有永磁体的放电室，通过放电室内磁化的电子与微波的回旋共振作用对电子加速，高速电子的碰撞作用使工质气体电离产生等离子体，高电压的栅极光学系统将离子引出并加速后产生反推力。

为减少喷出离子空间电荷效应累积对飞行器产生影响，中和器产生的电子用以保持束流的电中性。

High-B模式ECR离子源的设计、研制及优化开题报告

High-B模式ECR离子源的设计、研制及优化开题报告一、研究背景微波电子回旋共振(ECR)等离子体源作为一种重要的离子源技术，在微电子器件、材料表面处理、医学等领域得到了广泛应用。

其中ECR离子源作为高能、高流强度的离子源，具有独特的优点：能量分布宽、流强度高、兼容性好等。

ECR离子源的研制和优化一直是离子束技术领域的重要研究方向，在此领域的国际竞争愈发激烈，尤其是高品质、多功能的ECR离子源设计和实现技术是未来离子束应用和研究的关键。

目前主流的ECR离子源采用单面磁钉、半球和平面螺旋磁场结构来实现离子共振抽取。

但这些结构的限制，使得它们难以提供更大的高品质离子流产生能力。

近年来，高B模式ECR离子源作为一种新型结构被提出，并在国际上得到了广泛的研究。

相对于传统的ECR离子源，高B模式ECR离子源具有更高的等离子体密度、更高的磁场强度、更高的微波功率等特点。

因此，高B模式ECR离子源在各种离子束应用中具有广阔的前景和应用前途。

因此，研制和优化高B模式ECR离子源技术具有重要意义。

二、研究内容本项目旨在开发一种高B模式ECR离子源，并进行系统的理论与实验方面的研究。

具体工作内容如下：1.基于倒置聚焦结构设计高B模式ECR离子源通过仿真和既有的设计经验，对于高B模式ECR离子源进行结构设计，选定其中的一种最佳结构，并进行模拟计算和分析，确定理论参数。

2.制造高B模式ECR离子源原型选用钕铁硼强磁钢材料，通过加工制造高B模式ECR离子源的原型。

同时对于制造出的原型进行检测和测试，确保其满足理论要求。

3.测试高B模式ECR离子源性能通过改变微波功率、磁场强度、气体种类、气体压力等参数，对原型离子源进行全面而系统的的测试，对离子束质量和离子束产量进行测试分析。

4.优化高B模式ECR离子源性能通过测试的结果，对于高B模式ECR离子源进行参数优化，包括电子束的反转半径、磁场强度的变化等，从而进一步提高其质量和产量。

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N 2
(z -
1 + Ξ2 2 N ) 1 + Ξ2 1 4 ( z - 1)
2
2
+ ( z + 1) (z 2
N 2
(z +
N 2
1+ Ξ ) 1+ Ξ 1
2 2 N 2 2 1
( 9)
z= ±
Ξ2 Ξ1
当负载与同轴线直接相连时, 反射系数最大, 插入损耗最大。
L m ax =
1 1-
#
2
= 1-
第2期
吴丛凤等: 离子回旋共振加热射频系统阻抗变换器的优化设计
231
阻抗 ( 导纳) 的计算, 需进行网络综合, 先求网络的特征函数和传输函数。 1. 3. 2. 1 网络的特征函数 Q ( p ) 和传输函数 T ( p ) 根据网络的特征函数定义[ 1 ] 3 2 3 Q (p )Q ( - p ) = Ε K (z ) K ( - z ) =
1
A B
1 p Z 0 1 , 并联的开路 stub 线 ( 特征 p 1 - p 2 Z 1 0
1 - p 2 C D
=
θ1 1 p Z 1 p 1 - p 2 - 1
Z1
θ1 1 - p Z
- p
Z1
-
1
A B 1 1 2 2 1 p 1 - p C D
( 16)
把 ( 16) 式等式右边的后两项矩阵相乘, 写成如下等式
1 网络综合理论及计算
将阻抗变换器视为一网络。所谓网络综合在工程上指的是预先规定原器件特性而用网络去实现的一个过程, 它包括三个方面。 1. 1 提出目标设计一个同轴阻抗变换器, 工作频带为 ∃ f = 17. 86 ～ 49M H z, 输入端同轴线的特性阻抗 Z 0 = 508 , 天线负载阻抗 Z R = 2008 , 带内最大驻波比 Θ m ax ≤1. 1。由于工作频带越宽, 所需节数越多, 因此为使变换器长度尽量短, 将频带分为三段来实现: ～ 25M H z, ∃ f 2 = 25 ～ 35M H z, ∃ f 3 = 35 ～ 49M H z。相对带宽定义为 ∃ f 1 = 17. 86
2Π B 116 2 2Π B 1+ 16 2
= 0. 3395 = 0. 4931
则插入损耗在 [ Ξ1 , Ξ2 ] 频带内有等波纹特性[ 4 ]。 1. 3 实现具有逼近函数的网络 1. 3. 1 变换器节数 N 的确定 Ε和最大驻波比的关系为[ 5 ]
( Θ m ax =
- 2 2 )2 1+ Ε + Ε [3]
( 8) 1 + Ξ2 2 N ) 1 + Ξ2 1
2 2
( 3) 、 ( 4) 得由Θ = 6. 994×10 。当 z = ± ( Ξ2 Ξ1 ) 时 , L ( z ) = L m ax。联立 ( 2) 、 m ax = 1. 1, 得 Ε
2 L m ax = 1 + Ε
( z - 1)
Ξ
吴丛凤1 , 王兆申1 , 刘永普2
(1 中科院等离子体物理研究所, 合肥 230031) (2 电子工业部 38 研究所, 合肥 230031)
摘要: 根据网络综合理论, 选择一优化函数去逼近器件特性, 并且采用集分混合电路, 对托卡马克离子回旋共振加热系统中的阻抗变换器进行优化设计, 使其具有频带宽、长度短的特点。关键词: 阻抗变换器; 网络综合; 优化函数; 集分混合电路中图分类号: TL 631124 文献标识码: A
A 1 B 1 1 = 1 - p 2 C 1 D 1
θ θ A - C p Z 1 B - D p Z 1 1 1 - Bp 2 - A p + C + D 1 - p2 1 - p
Z1 Z1
( 17)
( 17) 式的矩阵元必须含比较 ( 16) 和 ( 17) 式可知, ( 17) 式为去掉第一节后剩下网络的传输矩阵。 2 有 1 的根, 才能去掉分母中 ( 1- p ) 这个因子, 故
束
第 11 卷
Ξ2 - Ξ1 ( 1) Ξ0 这里 Ξ1 为低频, Ξ2 为高频, Ξ0 为中心频率。根据 ( 1) 式可知, 对应于 ∃ f 1、 ∃ f 2、 ∃ f 3 三个不同频率区域, B = 1 3 。
B =
1. 2 选择逼近函数
选择一优化函数[ 4 ] , 使该函数在 z 平面的无穷区间 ( - j ∞, j ∞) 有等波纹特性。即
z= ±
( p 2 + Ξ2 ) ( p 2 + Ξ2 ) 2 1
( 11) ( 12) ( 13)
( 25. 2315p 4 + 8. 99939p 2 + 0. 750896) 2 (1 - p 2) 2
25. 2315p 4 + 8. 99939p 2 + 0. 750896 可得 Q ( p ) = 1 - p2 [1] 由 T ( p ) 与 Q ( p ) 的关系 1 + Q (p )Q 3 ( - p ) = T (p ) T ( - p ) 3
1 + Ξ2 2 1 + Ξ2 1
( 3)
将插入损耗定义为
2 3 L (z ) = 1 + Ε K (z ) K ( -
z)
( 4)
其中常数 Ε控制等波纹的最大幅度值, 作变换
z = ± p + Ξ2 2 2 , p = j Ξ p + Ξ1
2 2
( 5) ( 6) ( 7)
Ξ1 = tan Ξ2 = tan
Z1 =
θ
A ( 1) B ( 1) = = 3. 183 C ( 1) D ( 1)
( 18)
则 ( 17) 式变成
A 1 B 1 1 = 2 1 - p C 1 D 1
10. 05p 2 + 2 3. 786p 1 3 2 1 - p 2 15. 85p + 4. 75p 5. 97p + 0. 5
Ξ
1998 年 1 月 20 日收到原稿, 1999 年 2 月 2 日收到修改稿。吴丛凤, 女, 1966 年 6 月出生, 博士
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230
强
激
光
与
粒
子
托卡马克 ( TO KAM A K ) 离子回旋共振加热 ( ICRH ) 是高温等离子体的主要加热手段之一。为了能有效地加热, 需由 ICRH 射频系统中的阻抗变换器, 变换负载阻抗, 使之与传输线特性阻抗相匹配。目前, 当工作频率改变时, ICRH 射频加热系统中的阻抗调配器皆要进行调谐 ( 带有一个体积较庞大的调谐装置) , 不是很方便。因此, 有必要研制一种满足 ICRH 射频系统特定条件的新型阻抗变换器。微波领域常用的阶梯型阻抗变换器频带宽, 已广泛应用的是 Κ g0 4 (Κ g 0 为中心导引波长) 阶 [1] ( ) 梯切比雪夫 step 2Cheby shev 型阻抗变换器 , 但 ICRH 系统工作在射频波段 ( Κ ≈ 10m ) , 若 g0 [2] 变换节长度选为 Κ 提出过一种短阶梯切比雪夫 ( sho rt 2 g 0 4, 则变换器显得过长。M a t thaei 低阻抗变换节 g 0 16, 但这种变换器的高、 step 2 Cheby shev ) 型阻抗变换器, 它的每节长度皆为 Κ 的阻抗值悬殊较大, 这种大的阶梯不连续性使其在工程上很难实现。针对 ICRH 射频系统的特 ( 定条件, 为避免上述设计方法的缺陷, 用集分混合 m ixed lum p ed and d ist ribu ted ) 电路 [ 3 ] , 即高阻抗变换节的长定为 Κ g 0 16, 用同轴线加载电容形式来等效低阻抗变换节, 设计新型的阻抗变换器。这种变换器既有效地缩短变换器的长度, 又减小了阶梯不连续性。
把 ( 12) 式代入上式得
T (p ) =
25. 2315p 4 + 19. 0119p 3 + 16. 1621p 2 + 5. 37655p + 1. 25054 1 - p2
( 14)
1. 3. 2. 2 变换节的特性阻抗 ( 导纳)
由网络理论[ 1 ] 和求得的 T ( p ) 、 Q ( p ) 导出该网络的传输矩阵为
N N
3 K (z )- z i ) +
N
∏ (z +
i= 1
3 zi ) 3
2
( 2)
4
∏ (z i= 1
z i ) (z + z i )
这里 z i 为无穷远处或有限远处的奇异点。N 为偶数。将 z i 取两组值[ 4 ] , 每组皆为 N 2 个, 即
z i1 = z i2 = 1 z i1 对应于短截 ( stub ) 段, z i2 对应于阻抗单元段。选用上述函数去逼近网络的插入损耗。
15. 85p 3 + 4. 75p 5. 97p 2 + 0. 5 ϖ Y 2 = li m = lim = 1. 58 3 p →∞ p →∞ 10. 05p + 2p 3. 786p 2
( 20)
( 21)
则
A 2 B 2 1 = 2 1 - p C 2 D 2
θ ϖ θ ϖ θ 3 = 7. 57, 第四节特性导纳 ϖ 以此类推可求得第三节特性阻抗 Z Y 4 = 0. 665 。以上 Z 1 , Y 2 , Z 3 , Y 4 都是以输入同轴线特性阻抗来规一化的。
ZR - Z 0 ZR + Z 0
2