EAST 4.6 GHz多结波导阵天线电磁特性研究.pdf

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1、第36卷第5期电子与信息学报Vo1．36NO．52014年5月JournalofElectronics&InformationTechnologyMay2014EAST4．6GHz多结波导阵天线电磁特性研究李军①刘甫坤②刘太君①刘亮②叶焱①文化锋①夏银水①(宁波大学信息科学与．Y-程学院宁波315211)(中国科学院等离子体物理研究所合肥230031)摘要：多结波导阵天线是EAST超导托卡马克装置等离子体加热和电流驱动系统的关键部件，其结构性能直接关系到等离子体电流的加热效果和驱动效率。当等离子体电流破

2、裂时，极短时间内的电流衰减将会在天线上引起感应电流，此电流与众多磁场作用产生电磁力和电磁扭矩，从而对天线结构造成损坏。该文研究了EAST装置等离子体电流破裂下4．6GHz天线的电磁问题，采用有限元方法分析计算了天线的电磁力及力矩，并给出了不同电磁载荷条件下天线的电磁应力及形变。数值模拟的结果为低杂波天线的设计提供了重要指导。关键词：低杂波天线；等离子体电流；有限元；电磁力；力矩中图分类号：TN823文献标识码：A文章编号：1009—5896(2014)05—1253—05DOI：10．3724／SP．J

3、．1146．2013，01297ElectromagneticPropertiesof4．6GHzMultijunctionWaveguideArrayAntennaonEASTLiJuneLiuFu—kun~LiuTai-jun④LiuLiang②YeYan①WenHua—fengXiaYin—shui(CollegeofInformationScienceandEngineering，NingboUniversity，Ningbo315211，China)(InstituteofPlasmaPhys

4、ics，ChineseAcademyofSciences，Hefei230031，China)Abstract：ThemultijunctionwaveguidearrayantennaisoneofthekeycomponentsforplasmaheatingandcurrentdriveonEAST8uperconductingTokamakdevice，anditsstructureperformancedeterminestheplasmacurrentheatinganddriveefici

5、ency．Whentheplasmacurrentrupture，theeddycurrentsareinducedintheantennabecauseoftheplasmacurrentdecayinashortperiod．Theseinducedcurrentsinteractwiththestrongstaticmagneticfieldtoproduceforcesandtorquesintheantenna，whichwilldamagethestructureoftheantenna．E

6、lectromagneticanalysisof4．6GHzLowerHybridWave(LHW)antennainEASTisinvestigated．TheforcesandtorquesofLHWantennaareperformedusingthefiniteelementmethod．Thentheelectromagneticstressesanddisplacementsduetoelectromagneticloadsarealsocalculated．Thesimulationres

7、ultsofferguidanceforthedesignandmanufactureoftheantenna．Keywords：LowerHybridWave(LHW)antenna；Plasmacurrent；Finiteelement；Electromagneticforce；Torques1引言与托卡马克中众多磁场作用产生电磁力和电磁扭矩，这将对天线结构造成损坏。天线的结构性能不低杂波电流驱动[1l2J是托卡马克装置实现稳态运仅关系到低杂波天线与等离子体电流的耦合效率与行的一种有效手段，能够通过

8、低杂波多结波导阵天驱动效率，而且还影响到低杂波电流驱动系统能否线将大功率的微波能量耦合给等离子体，进而实现正常运行。加热和驱动等离子体电流的目的【。】。天线处于托因此，随着EAST托卡马克装置[6-9]运行参数卡马克复杂的电磁环境下，直接面对着等离子体。的提高，低杂波天线电磁问题研究已迫在眉睫。这当等离子体电流破裂事故发生时，极短时间内的电不但有助于了解实验期间低杂波天线受力情况，保流衰减将会在低杂波天线上产生感应电流，此电流障低杂波物理实