过渡波导及用于托卡马克装置的低杂波天线的冷测试组件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微波传输以及托卡马克装置的低杂波天线测试技术领域，尤其涉及一种用于实现标准波导与无法兰的非标波导之间的连接的过渡波导，本发明还涉及包括上述过渡波导的用于托卡马克装置的低杂波天线的冷测试组件。
【背景技术】
[0002]托卡马克装置利用欧姆线圈的感应来维持等离子体电流和进行等离子体欧姆加热。低杂波加热和电流驱动是托卡马克装置实验研究中一种重要的加热和电流驱动手段，发射天线是其重要的组成部分。
[0003]当前，国际上低杂波系统发射天线的研究主要集中到以建立在PAM (Passive-Active Multi junct1n，有一无源间隔多结波导阵列天线)这个概念为基础上的第三代的低杂波天线的研究与设计，以这一概念基础研究和设计的新一代低杂波天线一般由若干不同相位的子波导发射口组成，以形成合适的发射波谱，其中各个子波导发射口一般由一个或者多个主波导功分形成。由于加工中种种不确定因素的存在，必须对加工好的低杂波天线进行微波低功率测试(即冷测试，一般在毫瓦量级，天线的工作功率在兆瓦量级)，以确定其实际波谱。此种天线的天线口子波导为栅格结构，因为尺寸与标准波导不匹配，对其的微波测量必须使用特定的非标组件，因此测量工具必须定制，同时由于天线口子波导上不能设置法兰盘，使得天线子波导与测量设备的连接存在困难。
[0004]测量工具可以使用带有法兰盘的过渡波导来连接一个天线口子波导和标准波导转换器，同时在同一个主波导功分形成的其它子波导处设置匹配负载以完成测量。为了减小工具引入的误差，要求过渡波导和匹配负载的驻波比参数很好。目前最常用的过渡波导是阶梯渐变波导，而在阶梯渐变过渡波导的设计过程中，为了获得较好的驻波比参数，必须解决波导变换造成的微波特性变化的问题，这就需要降低过渡波导的插入损耗，提高阶梯渐变波导的传输率，设计时需要通过模拟方法不断的尝试，由于阶梯过渡波导涉及的变量较多，设计工作耗时耗力，进而影响测量工具的研制进程。且由于上述种种原因，很难做出引入误差较小的过渡波导及其测量工具。
【发明内容】
[0005]本发明解决的技术问题是现有技术中由于阶梯过渡波导涉及的变量较多造成的测量工具的设计过程费时费力且很难有效降低工具引入的误差的问题，进而提供一种能够有效降低工具引入误差且设计时间和难度大大降低的过渡波导，本发明还提供包括该过渡波导的用于托卡马克装置的低杂波天线的冷测试组件。
[0006]针对上述技术问题，具体技术方案如下:
[0007]用于实现标准波导与无法兰的非标波导之间的连接的过渡波导，所述过渡波导采用阶梯结构，其中，第一阶梯能够插入所述非标波导的内部并与该非标波导内表面紧密贴合，第二阶梯的横截面尺寸与所述非标波导的横截面尺寸相同，最后一级阶梯的尺寸和所述标准波导尺寸相同，并附有标准法兰盘。
[0008]优选地，所述第一阶梯长度为二分之一导波波长。
[0009]优选地，所述阶梯结构中的每级阶梯的横截面均成矩形，所述第二阶梯至所述最后一级阶梯的横截面的长度相同，宽度逐级递增，并在所述过渡波导的两侧对称形成阶梯状。
[0010]优选地，所述阶梯结构还包括第三阶梯，所述第三阶梯的横截面的宽度为所述第二阶梯的横截面的宽度的两倍。
[0011]优选地，所述阶梯结构还包括第四阶梯和第五阶梯，所述第五阶梯为所述最后一级阶梯。
[0012]优选地，所述第四阶梯的长度为二分之一导波波长。
[0013]本发明还提供包括所述过渡波导的用于托卡马克装置的低杂波天线的冷测试组件，所述非标波导为所述低杂波天线的子波导，所述冷测试组件还包括低功率匹配负载，所述低功率匹配负载的数量不少于由一个天线主波导功分形成的所述子波导的个数。
[0014]优选地，所述低功率匹配负载采用磷化羰基铁粉和环氧树脂材料混合制成。
[0015]优选地，所述低功率匹配负载的前端为三角形形状，中间部位为方形形状，尾端有金属手柄，在所述低功率匹配负载的最外层包有金属衬甲，所述金属手柄和所述金属衬甲连接在一起，且所述中间部位能够和所述低杂波天线的子波导的内表面紧密贴合，所述中间部位长度不小于20mm，所述前端和所述中间部位两部分总长度不大于80mm。
[0016]优选地，所述低杂波天线为3.7GHz低杂波天线，该3.7GHz低杂波天线的子波导的尺寸为8.8mmX72.14mm，所述第一阶梯横截面的尺寸为4.8mmX68.14mm，壁厚为2mm，长度为47.9mm,所述第二阶梯的横截面尺寸为8.8mmX72.14mm,壁厚为2mm，长度为10mm ;所述第三阶梯的横截面的尺寸为17.6mmX72.14mm，壁厚为2mm，长度为71.7mm，所述第四阶梯的横截面的尺寸为24.6mmX72.14mm，壁厚为2mm，长度为49mm，第五级尺寸为BJ32标准波
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[0017]本发明的有益效果如下:
[0018]本发明的过渡波导的第一阶梯能够与非标波导(例如天线子波导)内表面紧密贴合，第二阶梯的横截面尺寸与非标波导(例如天线的子波导)的截面尺寸相同，从而形成包括非标波导(例如天线子波导)在内的对称结构，此种对称结构两端为同尺寸波导，中间为不同尺寸波导，等效为半波长介质窗口，所以从非标波导(天线子波导)发射的微波传输到第二阶梯内时，不存在微波不匹配现象，即插入损耗与反射都很小，从而第一阶梯和第二阶梯的对整个过渡波导微波传输特性几乎没有影响，从而这种结构下，在解决了过渡波导与无法兰盘的非标波导的连接问题的同时，不仅能够有效降低整个测试组件的工具引入误差，且由于第一阶梯和第二阶梯的尺寸可以根据被测天线的尺寸确定，同时第二阶梯的长度可以根据实际需要随意确定，使得采用本发明的结构的天线冷测试组件的设计时间和难度也大大降低。
【附图说明】
[0019]图1为本发明的过渡波导的结构示意图；
[0020]图2为本发明的过渡波导的一个实施例的微波设计模型图；
[0021]图3为本发明的用于托卡马克装置的低杂波天线的冷测试组件中的低功率匹配负载的结构不意图；
[0022]图4为本发明的用于托卡马克装置的低杂波天线的冷测试组件的使用状态示意图；
[0023]图中:
[0024]I过渡波导、11第一阶梯、12第二阶梯、13第三阶梯、14第四阶梯、15第五阶梯、2低功率匹配负载、21低功率匹配负载的前端、22低功率匹配负载的中间部位、23金属手柄、3子波导。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案和有益效果进一步进行说明。
[0026]参见附图1，本发明的用于实现标准波导与无法兰的非标波导之间的连接的过渡波导I采用阶梯结构，其中，第一阶梯11能够插入非标波导，例如，低杂波天线的子波导3，的内部并与非标波导内表面紧密贴合，第二阶梯12的横截面尺寸与该非标波导的截面尺寸相同，最后一级阶梯的尺寸和标准波导尺寸相同，并附有标准法兰盘。
[0027]本发明的过渡波导通过第一阶梯11、第二阶梯12的设置，解决了无法兰盘的非标波导与过渡波导I的连接问题，且几乎不对微波传输特性产生影响，从而方便后续用于过渡的各级阶梯的设计。
[0028]过渡波导I的各级阶梯的尺寸，包括长度、横截面尺寸(例如，对于矩形横截面，横截面尺寸包括横截面的宽度、横截面的长度)，都会对冷测试组件的工具引入误差产生影响，本发明的过渡波导通过对各级阶梯的结构设计，将各级阶梯对微波传输特性的影响降到最低，从而降低过渡波导作为天线冷测试组件的工具引入误差，除了将包括非标波导在内的前三级结构设计成对称结构以对进入过渡波导的微波进行还原外，下述结构也能减少对应各级的插入损耗，提尚各级的传输特性:
[0029]将阶梯结构中的每级阶梯的横截面均设置成矩形，第二阶梯12至最后一级阶梯的横截面的长