阅读说明：本技术 一种能量回收型离子回旋加热系统 (Energy recovery type ion cyclotron heating system ) 是由 杨桦 张新军 秦成明 袁帅 于 2021-07-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种能量回收型离子回旋加热系统,包括一个发射机、两个四端口3dB功率功分器、两个可调节长度支节、一个假负载、一个天线,所述结构组成射频电路,顺序是发射机功率到第一个功分器,平均分成两路,其中一路经过第一个可调节长度支节,保持与另一路功率相位差90度,两路功率经过第二个功分器,合成功率后传输到天线一端,仅少量功率传输到假负载,大部分功率经过天线辐射,剩余能量经第二个可调节长度支节,返回第一个功分器,保持相位与发射机相位一致,剩余能量和发射机能量合成,保证天线没有辐射的能量回收利用。本发明适用于几十兆赫兹、兆瓦级功率能量回收,为离子回旋加热等离子体系统在聚变堆上的应用提供关键的系统布局。(The invention discloses an energy recovery type ion cyclotron heating system which comprises a transmitter, two four-port 3dB power dividers, two adjustable-length branches, a dummy load and an antenna, wherein a radio frequency circuit is formed by the structure, the transmitter power is transmitted to a first power divider in sequence and is averagely divided into two paths, one path of power passes through the first adjustable-length branch and keeps 90-degree phase difference with the other path of power, the two paths of power pass through a second power divider, the power is synthesized and then transmitted to one end of the antenna, only a small amount of power is transmitted to the dummy load, most of power is radiated by the antenna, residual energy passes through the second adjustable-length branch and returns to the first power divider, the phase is kept consistent with the phase of the transmitter, and the residual energy and the transmitter energy are synthesized, so that the energy recovery and utilization of the antenna without radiation are ensured. The invention is suitable for recovering power energy of dozens of megahertz and megawatt, and provides a key system layout for the application of the ion cyclotron heating plasma system on a fusion reactor.)

一种能量回收型离子回旋加热系统

技术领域

本发明涉及磁约束离子回旋波加热等离子体技术领域，具体是一种能量回收型离子回旋加热系统，实现离子回旋射频波回收，频率范围在几十兆赫兹。

背景技术

未来聚变堆商业发电，聚变投入能量与产生能量比值决定了聚变发电的成本，从而决定了聚变商业发电的市场竞争力，离子回旋加热是聚变投入能量的主要系统之一，如何保持能量高效实用是一大技术性挑战。加热对象等离子体在纳秒量级上快速输运决定了离子回旋天线不可能保持高效的持续性加热，所以很有必要设计一种能量回收系统，保证不被等离子体吸收的能量能够循环利用，提高离子回旋系统能量利用效率。本发明证实基于以上现状，利用3dB功率功分器、可调节长度支节、离子回旋天线、同轴线的特点，设计的一种能量回收型离子回旋加热系统，实现离子回旋系统能量高效利用。

发明内容

为了提高聚变堆离子回旋系统能量高效利用，本发明通过四端口3dB功率功分器特点，结合同轴线、离子回旋天线、可调节长度支节性质，提供一种能量回收型离子回旋加热系统，在兆瓦级大功率和等离子体负载快速变化的情况下，系统能量能高效传输。

为了实现本发明的目的，采用的技术方案为：一种能量回收型离子回旋加热系统，包括：

一个发射机1、两个四端口3dB功率功分器2、两个可调节长度支节3、一个假负载4、一个天线5，所述结构组成射频电路，顺序是发射机1功率到第一个功分器，平均分成两路，其中一路经过第一个可调节长度支节3，保持与另一路功率相位差90度，两路功率经过第二个功分器，合成功率后传输到天线5一端，仅有少量功率传输到假负载4，大部分功率经过天线5辐射，剩余能量经过第二个可调节长度支节3，返回第一个功分器，保持相位与发射机1相位一致，剩余能量和发射机1能量合成，这样就保证天线5没有辐射的能量回收利用。

所述结构中所有传输线6和器件接口采用的是同轴线结构。

进一步的，所述可调节长度支节3能够通过调节长度改变射频波的相位。

本发明的优点是：

本发明能够在几十兆赫兹范围内满足兆瓦级能量回收利用，在离子回旋天线负载阻抗快速变化情况下，依然能够保证离子回旋天线辐射剩余能量重新返回系统。

附图说明

图1为本发明的能量回收型离子回旋加热系统图；

图2为本发明的原理图。

图3为本发明的输入端口散射参数，端口见附图1。

附图标记：

1：发射机；2：功分器；3：可调节长度支节；4：假负载；5：天线；6：传输线。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

对本发明实施例中的技术方案所进行的清楚、完整的描述，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

参见附图1，一种能量回收型离子回旋加热系统，具有能量低反射、高效率特点，其包括一个发射机1、两个四端口3dB功率功分器2、两个可调节长度支节3、一个假负载4、一个离子回旋天线5和同轴传输线6，所述结构组成射频电路，所述发射机1频率是几十兆赫兹，优化频率范围为10-120MHz，在此频率范围所有传输线6和器件接口采用的是同轴线结构。

参见附图2，所述电路，能量传输顺序是发射机1功率到第一个功分器2，平均分成两路，其中一路经过第一个可调节长度支节3，保持与另一路功率相位差90度，两路功率经过第二个功分器2，合成功率后传输到天线5一端，仅有少量功率传输到假负载4，大部分功率经过天线5辐射，剩余能量经过第二个可调节长度支节3，返回第一个功分器2，保持相位与发射机1相位一致，剩余能量和发射机1能量合成，这样就保证天线5剩余能量被回收利用。

可调节长度支节能够通过调节长度改变射频波的相位。

图3为本发明的输入端口散射参数，端口见附图1，返回发射机端口的S11低于-10dB，低反射系数满足功率的有效传输，同时返回发射机的功率低，足以保证发射机射频器件的安全性。

本发明未详细阐述部分属于本领域技术人员的公知技术。以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。