低杂波天线相位补偿方法

摘要

本发明公开了一种低杂波天线相位补偿方法，天线单元的三行主波导，分别包括一段窄边逐渐变宽的线性过渡波导，并通过第一移相段的E面分支波导，把主波导分为N/2个子波导，然后在第二移相段中，再把主波导分为N个子波导，其中N为偶数；分别通过两种方法设置移相器，可以消除模式变换器中间行输出端口带来的180度相差和天线端口弧形切口导致波导长度不一致带来的相位差。本发明可以应用于核聚变实验装置托卡马克低杂波多结波导天线和有源无源交错多结波导PAM天线的设计中，用来消除天线本身固有的各种相位差，提高天线与等离子体的耦合性能和电流驱动效率。

主权项

1.低杂波天线相位补偿方法，其特征在于包括有以下步骤：（1）天线单元的三行主波导，分别包括一段窄边逐渐变宽的线性过渡波导，并通过第一移相段的E面分支波导，把主波导分为N/2个子波导，然后在第二移相段中，再把主波导分为N个子波导，其中N为偶数；（2）天线单元上行主波导和下行主波导中，在第一移相段，环向上的N/2个子波导内，沿着等离子体电流Ip的方向，序号为奇数的子波导内放置移相器为0，偶数序号的子波导内放置的移相器为π，也就是说，沿着Ip方向，第一移相段的移相器顺序为0-π-0-π-…；而在中间一行主波导的第一移相段内，移相器放置顺序与上下两行正好相反，序号为奇数的子波导内放置移相器为π，偶数的子波导内放置的移相器为0，也就是说，沿着Ip方向，第一移相段的移相器顺序为π-0-π-0-…；通过此种方法设置移相器，可以消除模式变换器中间行输出端口带来的180度相差；（3）天线单元上行主波导和中间行的主波导中，在第二移相段，环向上的N个有源子波导内，不计无源波导，沿着等离子体电流Ip的方向，序号为奇数的有源子波导内放置补偿移相器，移相弧度为对于多结波导MJ天线，偶数序号的有源子波导内放置的移相器为对于有源无源多结波导PAM天线，偶数序号的有源子波导内放置的移相器为天线单元最下行的主波导中，在第二移相段环向上的N个有源子波导内，沿着等离子体电流Ip的方向，序号为奇数的有源子波导为空波导，不放置移相器，即移相度数为0，对于MJ天线，偶数序号的有源子波导内放置的移相器为π/2，对于PAM天线，偶数序号的有源子波导内放置的移相器则为3π/2；通过此种方法设置移相器，可以消除天线端口弧形切口导致波导长度不一致带来的相位差；（4）在每行波导内，上述内置补偿移相器的移相度数是根据弧形切口后这一行波导长度与最底部行的长度差L确定的，其中，L=L1或者L=L2，L为每一行的波导长度与最底部波导的长度差，λg为波导波长，λ₀为所用低杂波频率的真空波长，a为天线端口子波导的宽边尺寸；托卡马克等离子体为非圆截面，但天线切口为圆弧形，半径为R，每行波导天线发射端口中心与水平线的夹角为θ；因此，长度差为L=R-Rcosθ，在结构上，上述移相器通过两级台阶减小波导宽边的尺寸来实现。