一種大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器的制造方法
【專利摘要】本實用新型屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器。本實用新型包括微波換向波導(dǎo)、安裝基板、極化鏡、極化鏡轉(zhuǎn)動機構(gòu)及轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)；微波換向彎頭用于傳輸高功率微波，實現(xiàn)微波傳輸方向90度換向；安裝基板用于將極化鏡及其轉(zhuǎn)動與驅(qū)動機構(gòu)定位在微波換向彎頭上；極化鏡用于反射微波，并在其旋轉(zhuǎn)時實現(xiàn)微波極化形式的改變；極化鏡轉(zhuǎn)動機構(gòu)用于實現(xiàn)真空環(huán)境下極化鏡的轉(zhuǎn)動；轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)用于實現(xiàn)對極化鏡旋轉(zhuǎn)的精確定位控制及保護；本實用新型定位精度高、遠(yuǎn)程快速可控、能夠穩(wěn)定高效傳輸MW量級長脈沖毫米波，能夠滿足電子回旋系統(tǒng)對微波極化形式任意控制要求。
【專利說明】
一種大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于微波技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控 極化器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電子回旋共振加熱系統(tǒng)中，微波達(dá)到共振層需要特定的微波極化形式以開展尋 常(〇)?；蚍菍こ?X)模加熱。0模及)(模的比例依賴于微波極化形式和入射角度而變化，在 改變等離子體運行參數(shù)或微波入射角度的同時必須改變微波極化形式，以達(dá)到波與等離子 體的高效耦合。波源回旋管輸出的微波通常為線極化波，一般在波的傳輸過程中需要利用 極化器改變波的極化方式，以獲得可使波與等離子體高效耦合的橢圓極化波或圓極化波。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)中的極化器，主要應(yīng)用于功率為500MW、脈沖寬度為Is的電子回旋非真空 傳輸系統(tǒng)中，存在以下不足之處：只能手動控制極化鏡轉(zhuǎn)動，響應(yīng)速度慢、精度低，從而無法 與天線實時聯(lián)動，保證波與等離子體的高效耦合;傳輸系統(tǒng)中只配置一面極化鏡，只能實現(xiàn) 一定范圍內(nèi)微波極化形式的改變，無法實現(xiàn)微波極化特性的任意控制，從而導(dǎo)致波與等離 子體的耦合效率降低；只能使用于非真空環(huán)境中，無法滿足現(xiàn)在電子回旋單系統(tǒng)傳輸MW量 級功率的要求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要提供一種大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極 化器，用以解決現(xiàn)有技術(shù)無法使用在電子回旋真空傳輸系統(tǒng)中，并只能手動而導(dǎo)致定位精 度不高且無法與天線自動匹配實現(xiàn)高效耦合的技術(shù)問題;本發(fā)明還用以解決真空條件下極 化鏡快速轉(zhuǎn)動、旋轉(zhuǎn)角度高定位精度精確控制等技術(shù)問題，以保證真空環(huán)境下極化鏡平滑、 可靠、準(zhǔn)確轉(zhuǎn)動。
[0005] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化 器，包括微波換向彎頭，安裝基板，極化鏡，極化鏡轉(zhuǎn)動機構(gòu)和轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)；
[0006] 微波換向彎頭與電子回旋傳輸系統(tǒng)相連，用于傳輸高功率微波，實現(xiàn)微波傳輸方 向90度換向；
[0007] 安裝基板設(shè)置在微波換向彎頭上，用于將極化鏡、極化鏡轉(zhuǎn)動機構(gòu)和轉(zhuǎn)動驅(qū)動機 構(gòu)設(shè)置在微波換向彎頭上；
[0008] 極化鏡轉(zhuǎn)動機構(gòu)用于實現(xiàn)真空環(huán)境下極化鏡的轉(zhuǎn)動；
[0009] 轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)用于實現(xiàn)對極化鏡旋轉(zhuǎn)的精確定位控制及保護。
[0010] 進一步所述微波換向彎頭為一體式換向彎頭；所述微波換向彎頭內(nèi)壁為光滑曲 面。
[0011] 進一步所述微波換向彎頭硬鋁材料加工。
[0012] 進一步所述微波換向彎頭通過連接法蘭與電子回旋傳輸系統(tǒng)對接，兩者之間設(shè)置 靜密封0型圈實現(xiàn)真空密封。
[0013] 進一步所述安裝基板中心開孔，安裝基板與微波換向彎頭通過螺釘連接，安裝基 板與微波換向彎頭之間設(shè)置靜密封0型圈實現(xiàn)真空密封。
[0014] 進一步所述極化鏡轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括支撐軸承、軸承座和旋轉(zhuǎn)軸;軸承座為階梯型圓 筒結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)軸穿過軸承座，并在旋轉(zhuǎn)軸與軸承座上段之間設(shè)置支撐軸承，旋轉(zhuǎn)軸下段與軸 承座之間設(shè)置多級動密封〇型圈，軸承座下端固定在安裝基板。
[0015] 進一步所述軸承座與安裝基板通過螺釘連接，軸承座與安裝基板之間設(shè)置靜密封 〇型圈實現(xiàn)真空密封。
[0016] 進一步所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)平臺、聯(lián)軸器、電機、渦輪和蝸桿；電機通過聯(lián) 軸器驅(qū)動蝸桿轉(zhuǎn)動，蝸桿帶動渦輪轉(zhuǎn)動，渦輪帶動旋轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)平臺帶動旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn) 動，旋轉(zhuǎn)軸帶動極化鏡轉(zhuǎn)動。
[0017] 進一步所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)還包括應(yīng)急手動調(diào)節(jié)裝置、應(yīng)急手動調(diào)節(jié)裝置設(shè)置在電 機上，保證在停電及控制故障情況下實現(xiàn)電機的應(yīng)急制動保護。
[0018]進一步所述旋轉(zhuǎn)平臺包括上蓋板和外套筒，外套筒套在軸承座外，上端蓋中心開 非圓形孔，上蓋板蓋合在外套筒上，旋轉(zhuǎn)平臺與軸承座間隙配合，旋轉(zhuǎn)平臺繞軸承座旋轉(zhuǎn)； 旋轉(zhuǎn)軸上部與旋轉(zhuǎn)平臺上蓋板的中心非圓形孔配合。
[0019] 進一步所述極化鏡位于安裝基板與微波換向彎頭形成的空腔中，極化鏡鏡面朝向 微波入口，且與微波入射方向呈45度夾角，旋轉(zhuǎn)軸為階梯圓柱結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)軸下端穿過安裝基 板的中心開孔與極化鏡背面連接，安裝基板的中心開孔半徑小于極化鏡半徑。
[0020] 進一步所述極化鏡為衍射光柵極化鏡，用于反射微波，并在極化鏡旋轉(zhuǎn)時實現(xiàn)微 波極化形式的改變。
[0021] 進一步所述極化鏡為矢量衍射光柵極化鏡，極化鏡鏡面加工有均勻?qū)ΨQ槽紋結(jié) 構(gòu)。
[0022] 進一步所述極化鏡鏡面加工的均勻?qū)ΨQ槽紋結(jié)構(gòu)為矩形槽紋結(jié)構(gòu)或非矩形槽紋 結(jié)構(gòu)。
[0023] 進一步所述極化鏡鏡面加工的均勻?qū)ΨQ槽紋結(jié)構(gòu)為連續(xù)正弦波紋結(jié)構(gòu)。
[0024]進一步所述極化鏡鏡面的連續(xù)正弦波紋結(jié)構(gòu)的中心位置為波谷。
[0025 ]進一步所述極化鏡由無氧銅材料加工制成。
[0026]進一步所述極化鏡表面連續(xù)正弦波紋結(jié)構(gòu)的正弦波振幅和周期依據(jù)微波的波長、 微波入射角、微波反射角、極化鏡的橢圓主軸旋轉(zhuǎn)角a和極化鏡的橢圓率0角確定。
[0027] 進一步所述極化鏡鏡面為連續(xù)正弦波紋結(jié)構(gòu)f(x)=dcos(2Jix/p)/2,其中d表示槽 紋深度，單位，mm; P表示槽紋周期，單位，mm; x表示槽紋的橫向截面方向。
[0028] 進一步所述極化鏡鏡面的槽紋深度取微波波長的不同倍數(shù)時，可分別改變微波的 橢圓極化參數(shù)與線極化參數(shù)。
[0029] 進一步所述極化鏡鏡面的槽紋深度均選定為微波波長的0.35倍。
[0030] 進一步改變微波橢圓極化參數(shù)的極化鏡鏡面的槽紋深度為微波波長的0.3倍，改 變微波線極化參數(shù)的極化鏡鏡面的槽紋深度為微波波長的0.434倍。
[0031] 進一步該極化鏡還包括轉(zhuǎn)動控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)動控制系統(tǒng)包括控制器和邏輯控制器， 控制器實時準(zhǔn)確獲知極化器轉(zhuǎn)動方位信息;邏輯控制器對電機進行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置及轉(zhuǎn)動控 制，并通過以太網(wǎng)與電子回旋主控系統(tǒng)通訊。
[0032]進一步所述轉(zhuǎn)動控制系統(tǒng)用于對電機的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置及轉(zhuǎn)動控制；電機的控制方 式為脈沖控制方式控制。
[0033]進一步所述渦輪的輸出孔內(nèi)徑為60mm。
[0034] 進一步所述靜密封0型圈為金屬密封圈結(jié)構(gòu)。
[0035] 進一步所述靜密封0型圈為Helicof lex型金屬密封圈。
[0036] 進一步旋轉(zhuǎn)軸和軸承座之間所設(shè)置多級動密封0型圈為為威爾遜動密封結(jié)構(gòu)；多 級動密封〇型圈之間填充黏度高，揮發(fā)性小的潤滑脂。
[0037] 進一步旋轉(zhuǎn)軸和軸承座之間所設(shè)置多級動密封0型圈級數(shù)為3級或3級以上。
[0038]進一步所述旋轉(zhuǎn)平臺分辨率小于0.1°，重復(fù)定位精度小于0.01°。
[0039] 本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：
[0040] (1)本發(fā)明合理優(yōu)化設(shè)計極化鏡的槽紋結(jié)構(gòu)，以滿足任意極化的需求；
[0041] (2)本發(fā)明旋轉(zhuǎn)定位精度滿足要求，以保證微波以特定的極化形式注入等離子體；
[0042] (3)本發(fā)明作為一種高功率長脈沖毫米波傳輸部件，要求極化器所造成的微波功 率損耗應(yīng)盡可能小，以保證傳輸系統(tǒng)的效率；
[0043] (4)本發(fā)明考慮到快速可控極化器將用于真空傳輸系統(tǒng)中，其真空度要求為1(T 3Pa，真空漏率要求為l(T9Pa ? m3/s;
[0044] (5)本發(fā)明能夠在控制室進行遠(yuǎn)程精確控制，以便于工作人員在實驗期間執(zhí)行極 化器轉(zhuǎn)動動作且能夠?qū)崿F(xiàn)與天線的聯(lián)動控制；
[0045] (6)本發(fā)明的電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器適用于電子回旋MW量級真空 傳輸系統(tǒng)中，能夠?qū)崿F(xiàn)對極化鏡的可靠、精確、快速的轉(zhuǎn)動控制，同時本發(fā)明可實現(xiàn)微波極 化形式任意改變、高定位精度、遠(yuǎn)程快速可控的極化器。
【附圖說明】
[0046] 圖1為本發(fā)明一種大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器主視圖；
[0047] 圖2為本發(fā)明一種大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器俯視圖；
[0048] 圖3為本發(fā)明一種大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器剖視圖；
[0049] 圖4為本發(fā)明一種大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器轉(zhuǎn)動機構(gòu)及轉(zhuǎn)動 驅(qū)動機構(gòu)示意圖；
[0050] 圖5為微波極化參數(shù)主軸旋轉(zhuǎn)角a以及橢圓率0的定義示意圖；
[0051] 圖6為本發(fā)明一種大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器的極化鏡示意 圖；
[0052]圖7為本發(fā)明橢圓極化鏡理論計算與低功率實測結(jié)果對比圖；
[0053]圖8為本發(fā)明線極化鏡理論計算與低功率實測結(jié)果對比圖；
[0054] 圖中：1-微波換向彎頭，2-安裝基板，3-極化鏡，4-靜密封0型圈，5-動密封0型圈， 6_支撐軸承，7-軸承座，8-旋轉(zhuǎn)軸，9-旋轉(zhuǎn)平臺，10-聯(lián)軸器，11-電機，12-應(yīng)急手動調(diào)節(jié)裝 置，13-禍輪，14-蝸桿。
【具體實施方式】
[0055] 下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作詳細(xì)說明。
[0056] 如圖1至圖4所示，本發(fā)明一種大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，包 括:微波換向彎頭1，安裝基板2，極化鏡3，靜密封0型圈4，動密封0型圈5，支撐軸承6，軸承座 7，旋轉(zhuǎn)軸8，旋轉(zhuǎn)平臺9，聯(lián)軸器10，電機11，應(yīng)急手動調(diào)節(jié)裝置12，13-渦輪，14-蝸桿；
[0057] 微波換向彎頭1，與電子回旋傳輸系統(tǒng)相連，用于傳輸高功率微波，實現(xiàn)微波傳輸 方向90度換向；綜合考慮換向彎頭的損耗問題，所述微波換向彎頭1為一體式換向彎頭，SP 輸入與輸出波導(dǎo)段與彎頭加工為一個整體工件;考慮到需要高效低耗傳輸高功率長脈沖毫 米波，所述微波換向彎頭1內(nèi)壁為光滑曲面;綜合考慮微波傳輸時的歐姆損耗問題，所述微 波換向彎頭1采用適宜大功率微波傳輸系統(tǒng)的硬鋁材料加工;微波換向彎頭1輸入輸出端口 導(dǎo)波通道通徑與傳輸系統(tǒng)導(dǎo)波部件的一致，通過連接法蘭與電子回旋傳輸系統(tǒng)導(dǎo)波部件對 接，兩者之間設(shè)置靜密封〇型圈實現(xiàn)真空密封；靜密封〇型圈為金屬密封圈結(jié)構(gòu)，優(yōu)選 Helicoflex金屬密封圈；
[0058]安裝基板2中心開孔，設(shè)置在微波換向彎頭1上，安裝基板2與微波換向彎頭1通過 螺釘連接，安裝基板2與微波換向彎頭1之間設(shè)置靜密封0型圈4實現(xiàn)真空密封;靜密封0型圈 4為金屬密封圈結(jié)構(gòu)，優(yōu)選Helicoflex金屬密封圈；安裝基板2用于將極化鏡3及其轉(zhuǎn)動機構(gòu) 與驅(qū)動機構(gòu)設(shè)置在微波換向彎頭1上；
[0059] 極化鏡3位于安裝基板2與微波換向彎頭1形成的空腔中，且鏡面向內(nèi)朝向空腔且 與微波入射方向呈45度夾角，旋轉(zhuǎn)軸8為階梯圓柱結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)軸8下端穿過安裝基板2的中心 開孔與極化鏡3背面連接，安裝基板2的中心開孔半徑小于極化鏡3半徑；
[0060] 極化鏡3為衍射光柵極化鏡，用于反射微波，并在其旋轉(zhuǎn)時實現(xiàn)微波極化形式的改 變;為了實現(xiàn)對微波極化參數(shù)的改變，極化鏡3為矢量衍射光柵極化鏡，極化鏡3鏡面為均勻 對稱槽紋結(jié)構(gòu);為了避免尖端放電，極化鏡3鏡面采用連續(xù)正弦波紋結(jié)構(gòu);極化鏡3鏡面的連 續(xù)正弦波紋結(jié)構(gòu)的中心位置為波谷;綜合考慮微波經(jīng)極化鏡3鏡面反射的歐姆損耗、熱負(fù)荷 與溫升等要求，所述極化鏡3采用無氧銅材料加工;所述極化鏡3表面波紋波導(dǎo)波紋振幅為 1.08謹(jǐn)、周期為0.8謹(jǐn)；
[0061] 極化鏡轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括支撐軸承6、軸承座7和旋轉(zhuǎn)軸8;用于實現(xiàn)真空環(huán)境下極化鏡 3的轉(zhuǎn)動;軸承座7為圓筒形結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)軸8上段兩側(cè)設(shè)置支撐軸承6穿過軸承座7,旋轉(zhuǎn)軸8下 段兩側(cè)與軸承座7之間設(shè)置動密封0型圈5,動密封0型圈5為威爾遜動密封結(jié)構(gòu);軸承座7下 端固定在安裝基板2;軸承座7與安裝基板2通過螺釘連接，軸承座7與安裝基板2之間設(shè)置靜 密封0型圈4實現(xiàn)真空密封；
[0062] 旋轉(zhuǎn)平臺9包括上蓋板和外套筒，外套筒套在軸承座7外，上端蓋中心開非圓形孔， 上蓋板蓋合在外套筒上，旋轉(zhuǎn)平臺9與軸承座7間隙配合，旋轉(zhuǎn)平臺9繞軸承座7旋轉(zhuǎn);旋轉(zhuǎn)軸 8上部與旋轉(zhuǎn)平臺9上蓋板的中心非圓形孔配合;旋轉(zhuǎn)平臺9分辨率小于0.1°，重復(fù)定位精度 小于0.01°。
[0063]轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)平臺9、聯(lián)軸器10、電機11、應(yīng)急手動調(diào)節(jié)裝置12、渦輪13和 蝸桿14;用于實現(xiàn)對極化鏡3旋轉(zhuǎn)的精確定位控制及保護；電機11通過聯(lián)軸器10驅(qū)動蝸桿14 轉(zhuǎn)動，蝸桿14帶動渦輪13轉(zhuǎn)動，渦輪13帶動旋轉(zhuǎn)平臺9轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)平臺9帶動旋轉(zhuǎn)軸8轉(zhuǎn)動，旋 轉(zhuǎn)軸8帶動極化鏡3轉(zhuǎn)動;應(yīng)急手動調(diào)節(jié)裝置12設(shè)置在電機11上，保證在停電及控制故障情 況下實現(xiàn)電機11的應(yīng)急制動;所述電機11為步進電機，優(yōu)選42系列步進電機。
[0064]轉(zhuǎn)動控制系統(tǒng)包括控制器和邏輯控制器，用于對電機11的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置及轉(zhuǎn)動控 制;采用脈沖控制方式控制電機11實現(xiàn)高精度轉(zhuǎn)動定位;控制器功能為實時準(zhǔn)確獲知極化 器轉(zhuǎn)動方位信息;通過邏輯控制器功能為對電機進行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置及轉(zhuǎn)動控制，并通過以 太網(wǎng)與電子回旋主控系統(tǒng)通訊，從而實現(xiàn)對極化器的遠(yuǎn)程控制及安全互鎖。
[0065] 真空環(huán)境下的電機11的驅(qū)動旋轉(zhuǎn)定位，目前主要有兩種解決途徑:一是將整個驅(qū) 動、傳動、執(zhí)行機構(gòu)置于真空環(huán)境內(nèi)，這種結(jié)構(gòu)采用需要特殊定制的電機及傳動機構(gòu)，且散 熱及潤滑難度極高；另一種是將驅(qū)動及傳動部分置于真空環(huán)境以外，通過傳統(tǒng)的機械動密 封機構(gòu)實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)部分和機體靜止部分的動密封，這種密封結(jié)構(gòu)體積龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，并且轉(zhuǎn) 軸靜止時密封效果差、泄露點多，此外，以上兩種方案均成本昂貴，且不易于后期維護。
[0066] 為了低成本地解決極化器轉(zhuǎn)動時的真空密封和精準(zhǔn)定位兩個難題，本發(fā)明實施例 將驅(qū)動和傳動部分置于真空環(huán)境外，電機11作為驅(qū)動動力源且采用脈沖控制方式實現(xiàn)高精 度定位，渦輪13、蝸桿14和旋轉(zhuǎn)平臺9作為傳動機構(gòu)實現(xiàn)定位的反向鎖定，解決了將所有機 構(gòu)置于真空室內(nèi)而過分占用真空體積和體積過大、成本高昂的問題，并且主體機構(gòu)在真空 環(huán)境外，結(jié)構(gòu)簡單、便于拆裝、維護方便；
[0067] 在本實施例中，為解決普通的渦輪蝸桿減速機動定子之間無法實現(xiàn)真空密封的問 題，對標(biāo)準(zhǔn)的渦輪蝸桿電動平臺進行了修改：
[0068] 1、根據(jù)極化鏡3轉(zhuǎn)軸機構(gòu)的安裝需求確定加大渦輪13的輸出孔內(nèi)徑，本實施例使 渦輪13的輸出孔內(nèi)徑達(dá)到60mm，這樣解決極化鏡3安裝旋轉(zhuǎn)軸8的支撐問題，并且為密封結(jié) 構(gòu)的實現(xiàn)預(yù)留空間；
[0069] 2、關(guān)于真空密封的實現(xiàn)，考慮真空室內(nèi)外壓差大，單級的0型圈密封難以防止泄 漏，經(jīng)過反復(fù)試驗，在旋轉(zhuǎn)軸8和軸承座7之間設(shè)置多級動密封0型圈5,動密封0型圈5之間填 充專門供真空環(huán)境下使用黏度高，揮發(fā)性小的潤滑脂，保證密封的可靠性;優(yōu)選設(shè)置3級以 上動密封0型圈5。
[0070] 如圖5所示，微波的極化形式由橢圓主軸旋轉(zhuǎn)角a(即長軸與波的傳播方向的夾角） 以及橢圓率0兩個參數(shù)決定;極化器是一種用于改變微波極化形式的微波器件;極化鏡表面 波紋的振幅和周期依據(jù)微波的波長、微波入射角及反射角和極化鏡的a角和0角確定；由于 電子回旋共振加熱系統(tǒng)微波的波長較短，通常采用準(zhǔn)光學(xué)方法，利用矢量衍射光柵極化器 來實現(xiàn)改變微波極化形式的目的，常見的方法有模式匹配方法及矢量積分方法兩種，前者 主要用于矩形槽紋光柵設(shè)計，而后者主要用于非矩形槽紋光柵設(shè)計。
[0071] 考慮到電子回旋傳輸系統(tǒng)需要其功率容量達(dá)到1MW，為提高功率容量，本發(fā)明實施 例在極化鏡光柵的設(shè)計過程中采用非矩形槽紋進行設(shè)計，以避免系統(tǒng)運行過程中光柵處出 現(xiàn)電擊穿等問題。
[0072] 如圖6所示，本發(fā)明所述極化鏡3為矢量衍射光柵極化鏡，采用正弦波紋結(jié)構(gòu)設(shè)計； 在電子回旋傳輸系統(tǒng)中配置兩個槽紋深度為波長1/4與1/8的極化器，分別用于改變微波極 化的線極化參數(shù)和橢圓極化參數(shù)，即可以實現(xiàn)極化形式的任意改變;極化器所能改變極化 特性的作用效果與光柵槽紋結(jié)構(gòu)、槽紋深度及周期密切相關(guān)，本發(fā)明實施例中確定的線極 化鏡波紋結(jié)構(gòu)為f(x) = dcos(2Jix/p)/2,其中d表示槽紋深度，單位mm;p表示槽紋周期，單 位，mm; x表示槽紋的橫向截面方向。極化鏡3鏡面的槽紋深度為微波波長的0.35倍，本實施 例選為1mm，改變微波橢圓極化參數(shù)的極化鏡3鏡面的槽紋深度為微波波長的0.3倍，本實施 例選為0.86mm，改變微波線極化參數(shù)的極化鏡鏡面的槽紋深度為微波波長的0.434倍，本實 施例選為1.24mm。
[0073]圖7和圖8為本發(fā)明橢圓極化鏡、線極化鏡的理論計算與低功率實測結(jié)果對比圖； 上述結(jié)果通過低功率測量平臺獲得，低功率測量平臺包括波源、模式轉(zhuǎn)換器、波紋波導(dǎo)、被 測極化器及探測器，測量原理為：當(dāng)被測極化鏡3旋轉(zhuǎn)角固定時，通過旋轉(zhuǎn)探測器的接收天 線，將測量得到的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后得到極化波的旋轉(zhuǎn)角a及橢圓角0參數(shù)，探測器測得的信 號最大值處對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度為極化波的旋轉(zhuǎn)角a，檢波晶體測得的信號最大值I max和最小值 Imin與極化波橢圓角邱勺關(guān)系為
。圖7給出了橢圓極化器的測試結(jié)果，圖 8給出了線極化器的測試結(jié)果，圖中橫坐標(biāo)表示極化器旋轉(zhuǎn)角度，縱坐標(biāo)表示極化參數(shù)a及 測試結(jié)果表明所有性能均能夠滿足電子回旋系統(tǒng)的使用需求。
【主權(quán)項】
1. 一種大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在于，該極化器包括:微 波換向彎頭(1)，安裝基板(2)，極化鏡(3)，極化鏡轉(zhuǎn)動機構(gòu)和轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)； 微波換向彎頭（1)與電子回旋傳輸系統(tǒng)相連，用于傳輸高功率微波，實現(xiàn)微波傳輸方向 90度換向； 安裝基板(2)設(shè)置在微波換向彎頭（1)上，用于將極化鏡(3)、極化鏡轉(zhuǎn)動機構(gòu)和轉(zhuǎn)動驅(qū) 動機構(gòu)設(shè)置在微波換向彎頭(1)上； 極化鏡轉(zhuǎn)動機構(gòu)用于實現(xiàn)真空環(huán)境下極化鏡(3)的轉(zhuǎn)動； 轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)用于實現(xiàn)對極化鏡(3)旋轉(zhuǎn)的精確定位控制及保護。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在于， 所述微波換向彎頭(1)為一體式換向彎頭;所述微波換向彎頭(1)內(nèi)壁為光滑曲面。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，所述微波換向彎頭(1)硬鋁材料加工。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，所述微波換向彎頭（1)通過連接法蘭與電子回旋傳輸系統(tǒng)對接，兩者之間設(shè)置靜密封〇 型圈(4)實現(xiàn)真空密封。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在于， 所述安裝基板(2)中心開孔，安裝基板(2)與微波換向彎頭（1)通過螺釘連接，安裝基板(2) 與微波換向彎頭(1)之間設(shè)置靜密封〇型圈(4)實現(xiàn)真空密封。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在于， 所述極化鏡轉(zhuǎn)動機構(gòu)包括支撐軸承(6)、軸承座(7)和旋轉(zhuǎn)軸(8);軸承座(7)為階梯型圓筒 結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)軸(8)穿過軸承座(7)，并在旋轉(zhuǎn)軸(8)與軸承座(7)上段之間設(shè)置支撐軸承(6)， 旋轉(zhuǎn)軸(8)下段與軸承座(7)之間設(shè)置多級動密封0型圈（5)，軸承座(7)下端固定在安裝基 板⑵。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在于， 所述軸承座(7)與安裝基板(2)通過螺釘連接，軸承座(7)與安裝基板(2)之間設(shè)置靜密封0 型圈(4)實現(xiàn)真空密封。8. 根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)平臺（9)、聯(lián)軸器（10)、電機（11)、渦輪（13)和蝸桿（14);電 機（11)通過聯(lián)軸器（10)驅(qū)動蝸桿（14)轉(zhuǎn)動，蝸桿（14)帶動渦輪（13)轉(zhuǎn)動，渦輪（13)帶動旋 轉(zhuǎn)平臺（9)轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)平臺（9)帶動旋轉(zhuǎn)軸(8)轉(zhuǎn)動，旋轉(zhuǎn)軸(8)帶動極化鏡(3)轉(zhuǎn)動。9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)動驅(qū)動機構(gòu)還包括應(yīng)急手動調(diào)節(jié)裝置(12)、應(yīng)急手動調(diào)節(jié)裝置(12)設(shè)置在電機(11) 上，保證在停電及控制故障情況下實現(xiàn)電機(11)的應(yīng)急制動保護。10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，所述旋轉(zhuǎn)平臺（9)包括上蓋板和外套筒，外套筒套在軸承座(7)外，上端蓋中心開非圓形 孔，上蓋板蓋合在外套筒上，旋轉(zhuǎn)平臺（9)與軸承座(7)間隙配合，旋轉(zhuǎn)平臺（9)繞軸承座(7) 旋轉(zhuǎn);旋轉(zhuǎn)軸(8)上部與旋轉(zhuǎn)平臺（9)上蓋板的中心非圓形孔配合。11. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，所述極化鏡(3)位于安裝基板(2)與微波換向彎頭（1)形成的空腔中，極化鏡(3)鏡面朝 向微波入口，且與微波入射方向呈45度夾角，旋轉(zhuǎn)軸(8)為階梯圓柱結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)軸(8)下端穿 過安裝基板(2)的中心開孔與極化鏡(3)背面連接，安裝基板(2)的中心開孔半徑小于極化 鏡(3)半徑。12. 根據(jù)權(quán)利要求1或11所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征 在于，所述極化鏡(3)為衍射光柵極化鏡，用于反射微波，并在極化鏡(3)旋轉(zhuǎn)時實現(xiàn)微波極 化形式的改變。13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，所述極化鏡(3)為矢量衍射光柵極化鏡，極化鏡(3)鏡面加工有均勻?qū)ΨQ槽紋結(jié)構(gòu)。14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，所述極化鏡(3)鏡面加工的均勻?qū)ΨQ槽紋結(jié)構(gòu)為矩形槽紋結(jié)構(gòu)或非矩形槽紋結(jié)構(gòu)。15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特 征在于，所述極化鏡(3)鏡面加工的均勻?qū)ΨQ槽紋結(jié)構(gòu)為連續(xù)正弦波紋結(jié)構(gòu)。16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，所述極化鏡(3)鏡面的連續(xù)正弦波紋結(jié)構(gòu)的中心位置為波谷。17. 根據(jù)權(quán)利要求1、12、13、14或16所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化 器，其特征在于，所述極化鏡(3)由無氧銅材料加工制成。18. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，所述極化鏡(3)表面連續(xù)正弦波紋結(jié)構(gòu)的正弦波振幅和周期依據(jù)微波的波長、微波入射 角、微波反射角、極化鏡(3)的橢圓主軸旋轉(zhuǎn)角α和極化鏡(3)的橢圓率β角確定。19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，所述極化鏡(3)鏡面為連續(xù)正弦波紋結(jié)構(gòu)f(x) = dcos(2Jix/p)/2,其中d表示槽紋深度， 單位，mm; p表示槽紋周期，單位，mm; X表示槽紋的橫向截面方向。20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，所述極化鏡(3)鏡面的槽紋深度取微波波長的不同倍數(shù)時，可分別改變微波的橢圓極化 參數(shù)與線極化參數(shù)。21. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，所述極化鏡(3)鏡面的槽紋深度均選定為微波波長的0.35倍。22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，改變微波橢圓極化參數(shù)的極化鏡(3)鏡面的槽紋深度為微波波長的0.3倍，改變微波線 極化參數(shù)的極化鏡(3)鏡面的槽紋深度為微波波長的0.434倍。23. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，該極化鏡還包括轉(zhuǎn)動控制系統(tǒng)，轉(zhuǎn)動控制系統(tǒng)包括控制器和邏輯控制器，控制器實時準(zhǔn) 確獲知極化器轉(zhuǎn)動方位信息;邏輯控制器對電機（11)進行遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置及轉(zhuǎn)動控制，并通 過以太網(wǎng)與電子回旋主控系統(tǒng)通訊。24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，所述轉(zhuǎn)動控制系統(tǒng)用于對電機（11)的遠(yuǎn)程參數(shù)設(shè)置及轉(zhuǎn)動控制；電機（11)的控制方式 為脈沖控制方式控制。25. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，所述渦輪(13)的輸出孔內(nèi)徑為60_。26. 根據(jù)權(quán)利要求4、5或7所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特 征在于，所述靜密封0型圈(4)為金屬密封圈結(jié)構(gòu)。27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，所述靜密封〇型圈（4)為Helicof lex型金屬密封圈。28. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，旋轉(zhuǎn)軸(8)和軸承座(7)之間所設(shè)置多級動密封0型圈（5)為為威爾遜動密封結(jié)構(gòu)；多級 動密封0型圈（5)之間填充黏度高，揮發(fā)性小的潤滑脂。29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，旋轉(zhuǎn)軸(8)和軸承座(7)之間所設(shè)置多級動密封0型圈（5)級數(shù)為3級或3級以上。30. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的大功率電子回旋共振加熱系統(tǒng)快速可控極化器，其特征在 于，所述旋轉(zhuǎn)平臺（9)分辨率小于0.1°，重復(fù)定位精度小于0.01°。
【文檔編號】H01P1/165GK205452487SQ201521135077
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月30日
【發(fā)明人】黃梅, 陳罡宇, 夏冬輝, 銀剛, 張峰
【申請人】核工業(yè)西南物理研究院