數值模擬三支節液態調配器的調配參數對其阻抗匹配效果的影響

胡凌志等

摘 要：該文基于傳輸線原理數值模擬了離子回旋共振加熱時三支節液態調配器的阻抗匹配過程，得到系統射頻源處反射系數模隨液態調配器支節液面高度變化的關系。模擬結果表明，當其它實驗參數一定時，通過調節液態調配器支節液面高度，能夠有效降低反射系數的大小，提高ICRH系統對等離子體的加熱效率。

關鍵詞：離子回旋共振加熱 三支節液調配器 反射系數 阻抗匹配

中圖分類號：TM924 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0069-02

離子回旋共振加熱（ICRH）是核聚變實驗裝置上加熱等離子體的一種重要輔助手段[1-2]。在聚變實驗中，ICRH天線系統阻抗失配時，它不能實現長時間連續波的運行、且系統的反射能量增加，這極大地降低了ICRH天線系統對等離子體的加熱效率，因此ICRH天線系統的阻抗匹配是一個很重要的問題，為此人們在這方面進行了大量的研究[3-7]。EAST裝置是我國自行設計研制的國際首個全超導托卡馬克裝置，目前EAST裝置上安裝的ICRH天線系統的阻抗匹配裝置是三支節液態調配器，它是在同軸線的內外導體間充入一些具有低介電常數的液體（硅油），利用電磁波在空氣和硅油這兩種不同媒介中傳播速度的不同[8]，通過改變液態調配器各支節液面的高度來改變各支節的特性阻抗，使傳輸線和天線的負載阻抗達到匹配。

該文基于傳輸線原理研究了支節液面高度變化對ICRH天線系統阻抗匹配效果的影響，得到了系統射頻源處反射系數模隨液態調配器支節液面高度變化的關系，模擬結果表明，當其他實驗參數一定時，通過調節液態調配器支節液面高度，能夠達到降低ICRH天線系統反射系數，提高系統對等離子體的加熱效率的目的。

1 射頻源處反射系數的計算

2 數值計算結果與分析

圖2、圖3及圖4分別為反射系數模隨液態調配器第2支節液面高度及第3支節液面高度變化的情況。計算參數為m，m，m，m，m，天線的發射頻率為f=38.47MHz。

從圖2可以看出，當其它參數一定時，隨著，的變化，反射系數模的取值是不同的，，選取一些特定值時，反射系數模變小，阻抗匹配效果變好，從圖2可知，當m、m時，反射系數模最小，此時阻抗匹配效果最好，系統的反射能量減少。

從圖3和圖4可以看出，固定液態調配器任意兩個支節的液面高度，通過調節另外一個支節的液面高度，也可以得到一個使反射系數模最小的最優匹配點，即通過調節液態調配器任一支節液面高度，能夠有效減小功率反射系數大小，提高ICRH系統對等離子體的加熱效率。另外，對比圖3和圖4可以看出，支節3在0～6m變化時的反射系數模整體比支節2在0～6m變化時的要低，即當其它參數一定時，固定和調節時系統的阻抗匹配效果要比固定和調節時的情況要好。

4 結語

該文基于傳輸線原理數值模擬了離子回旋共振加熱時三支節液態調配器的阻抗匹配過程。通過對數值模擬結果的分析，得出在其它實驗參數不變的情況下，液態調配器支節液面的高度對射頻源處的反射系數影響較大，合理調節液態調配器支節液面高度，能夠有效降低反射系數的大小，提高ICRH系統對等離子體的加熱效率。

參考文獻

[1] 王鵬，趙燕平.EAST離子回旋系統液態相移器的理論設計[J].原子能科學技術，2005，39（1）.

[2] 潘亞平，趙燕平，秦成明.關于液調配器的阻抗匹配算法的研究[J].計算機應用與軟件，2005，22（4）：93-95.

[3] 王磊，趙燕平.基于EAST裝置上液態調配器系統的研究[J].原子能科學技術，2008，44（8）.endprint

摘 要：該文基于傳輸線原理數值模擬了離子回旋共振加熱時三支節液態調配器的阻抗匹配過程，得到系統射頻源處反射系數模隨液態調配器支節液面高度變化的關系。模擬結果表明，當其它實驗參數一定時，通過調節液態調配器支節液面高度，能夠有效降低反射系數的大小，提高ICRH系統對等離子體的加熱效率。

關鍵詞：離子回旋共振加熱 三支節液調配器 反射系數 阻抗匹配

中圖分類號：TM924 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0069-02

離子回旋共振加熱（ICRH）是核聚變實驗裝置上加熱等離子體的一種重要輔助手段[1-2]。在聚變實驗中，ICRH天線系統阻抗失配時，它不能實現長時間連續波的運行、且系統的反射能量增加，這極大地降低了ICRH天線系統對等離子體的加熱效率，因此ICRH天線系統的阻抗匹配是一個很重要的問題，為此人們在這方面進行了大量的研究[3-7]。EAST裝置是我國自行設計研制的國際首個全超導托卡馬克裝置，目前EAST裝置上安裝的ICRH天線系統的阻抗匹配裝置是三支節液態調配器，它是在同軸線的內外導體間充入一些具有低介電常數的液體（硅油），利用電磁波在空氣和硅油這兩種不同媒介中傳播速度的不同[8]，通過改變液態調配器各支節液面的高度來改變各支節的特性阻抗，使傳輸線和天線的負載阻抗達到匹配。

該文基于傳輸線原理研究了支節液面高度變化對ICRH天線系統阻抗匹配效果的影響，得到了系統射頻源處反射系數模隨液態調配器支節液面高度變化的關系，模擬結果表明，當其他實驗參數一定時，通過調節液態調配器支節液面高度，能夠達到降低ICRH天線系統反射系數，提高系統對等離子體的加熱效率的目的。

1 射頻源處反射系數的計算

2 數值計算結果與分析

圖2、圖3及圖4分別為反射系數模隨液態調配器第2支節液面高度及第3支節液面高度變化的情況。計算參數為m，m，m，m，m，天線的發射頻率為f=38.47MHz。

從圖2可以看出，當其它參數一定時，隨著，的變化，反射系數模的取值是不同的，，選取一些特定值時，反射系數模變小，阻抗匹配效果變好，從圖2可知，當m、m時，反射系數模最小，此時阻抗匹配效果最好，系統的反射能量減少。

從圖3和圖4可以看出，固定液態調配器任意兩個支節的液面高度，通過調節另外一個支節的液面高度，也可以得到一個使反射系數模最小的最優匹配點，即通過調節液態調配器任一支節液面高度，能夠有效減小功率反射系數大小，提高ICRH系統對等離子體的加熱效率。另外，對比圖3和圖4可以看出，支節3在0～6m變化時的反射系數模整體比支節2在0～6m變化時的要低，即當其它參數一定時，固定和調節時系統的阻抗匹配效果要比固定和調節時的情況要好。

4 結語

該文基于傳輸線原理數值模擬了離子回旋共振加熱時三支節液態調配器的阻抗匹配過程。通過對數值模擬結果的分析，得出在其它實驗參數不變的情況下，液態調配器支節液面的高度對射頻源處的反射系數影響較大，合理調節液態調配器支節液面高度，能夠有效降低反射系數的大小，提高ICRH系統對等離子體的加熱效率。

參考文獻

[1] 王鵬，趙燕平.EAST離子回旋系統液態相移器的理論設計[J].原子能科學技術，2005，39（1）.

[2] 潘亞平，趙燕平，秦成明.關于液調配器的阻抗匹配算法的研究[J].計算機應用與軟件，2005，22（4）：93-95.

[3] 王磊，趙燕平.基于EAST裝置上液態調配器系統的研究[J].原子能科學技術，2008，44（8）.endprint

摘 要：該文基于傳輸線原理數值模擬了離子回旋共振加熱時三支節液態調配器的阻抗匹配過程，得到系統射頻源處反射系數模隨液態調配器支節液面高度變化的關系。模擬結果表明，當其它實驗參數一定時，通過調節液態調配器支節液面高度，能夠有效降低反射系數的大小，提高ICRH系統對等離子體的加熱效率。

關鍵詞：離子回旋共振加熱 三支節液調配器 反射系數 阻抗匹配

中圖分類號：TM924 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）01（c）-0069-02

離子回旋共振加熱（ICRH）是核聚變實驗裝置上加熱等離子體的一種重要輔助手段[1-2]。在聚變實驗中，ICRH天線系統阻抗失配時，它不能實現長時間連續波的運行、且系統的反射能量增加，這極大地降低了ICRH天線系統對等離子體的加熱效率，因此ICRH天線系統的阻抗匹配是一個很重要的問題，為此人們在這方面進行了大量的研究[3-7]。EAST裝置是我國自行設計研制的國際首個全超導托卡馬克裝置，目前EAST裝置上安裝的ICRH天線系統的阻抗匹配裝置是三支節液態調配器，它是在同軸線的內外導體間充入一些具有低介電常數的液體（硅油），利用電磁波在空氣和硅油這兩種不同媒介中傳播速度的不同[8]，通過改變液態調配器各支節液面的高度來改變各支節的特性阻抗，使傳輸線和天線的負載阻抗達到匹配。

該文基于傳輸線原理研究了支節液面高度變化對ICRH天線系統阻抗匹配效果的影響，得到了系統射頻源處反射系數模隨液態調配器支節液面高度變化的關系，模擬結果表明，當其他實驗參數一定時，通過調節液態調配器支節液面高度，能夠達到降低ICRH天線系統反射系數，提高系統對等離子體的加熱效率的目的。

1 射頻源處反射系數的計算

2 數值計算結果與分析

圖2、圖3及圖4分別為反射系數模隨液態調配器第2支節液面高度及第3支節液面高度變化的情況。計算參數為m，m，m，m，m，天線的發射頻率為f=38.47MHz。

從圖2可以看出，當其它參數一定時，隨著，的變化，反射系數模的取值是不同的，，選取一些特定值時，反射系數模變小，阻抗匹配效果變好，從圖2可知，當m、m時，反射系數模最小，此時阻抗匹配效果最好，系統的反射能量減少。

從圖3和圖4可以看出，固定液態調配器任意兩個支節的液面高度，通過調節另外一個支節的液面高度，也可以得到一個使反射系數模最小的最優匹配點，即通過調節液態調配器任一支節液面高度，能夠有效減小功率反射系數大小，提高ICRH系統對等離子體的加熱效率。另外，對比圖3和圖4可以看出，支節3在0～6m變化時的反射系數模整體比支節2在0～6m變化時的要低，即當其它參數一定時，固定和調節時系統的阻抗匹配效果要比固定和調節時的情況要好。

4 結語

該文基于傳輸線原理數值模擬了離子回旋共振加熱時三支節液態調配器的阻抗匹配過程。通過對數值模擬結果的分析，得出在其它實驗參數不變的情況下，液態調配器支節液面的高度對射頻源處的反射系數影響較大，合理調節液態調配器支節液面高度，能夠有效降低反射系數的大小，提高ICRH系統對等離子體的加熱效率。

參考文獻

[1] 王鵬，趙燕平.EAST離子回旋系統液態相移器的理論設計[J].原子能科學技術，2005，39（1）.

[2] 潘亞平，趙燕平，秦成明.關于液調配器的阻抗匹配算法的研究[J].計算機應用與軟件，2005，22（4）：93-95.

[3] 王磊，趙燕平.基于EAST裝置上液態調配器系統的研究[J].原子能科學技術，2008，44（8）.endprint