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一种大功率 电子回旋共振加热系统波导转换 开关

阅读：29发布：2020-05-15

专利汇可以提供一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于微波技术领域，具体涉及一种电子回旋共振加热系统波导转换开关。本发明的波导转换开关包括1个真空密封箱、3段波纹直波导、1段直通波导段、1个换向波导、1面平面反射镜、1套线性运动机构、1根导向连杆、1根真空波纹管、1个连结法兰、1根电机丝杆、1个步进电机、1套电机固定支架及1套电机控制系统，并通过以太网实现与电子回旋主控系统的通讯，实现了在不影响传输系统真空状态的情况下微波切换至不同负载的功能，微波通路切换平滑可靠，且微波功率损耗小，能够稳定高效地传输兆瓦量级长脉冲毫米波。，下面是一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，其特征在于：1个四端口真空密封箱(1)、波纹直波导(2)、波纹直波导(3)、波纹直波导(4)，直通波导段(5)、换向波导(6)及线性运动机构(8)，其特征在于：所述四端口真空密封箱(1)的一个端口为微波输入口(22)，两个端口为微波输出端口(33)和微波输出端口(44)；所述四端口真空密封箱(1)的微波输入口(22)与波纹直波导(2)相连，微波输出端口(33)与波纹直波导(3)相连，波纹直波导(4)与微波输出端口(44)相连。
2.如权利要求1所述的一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，其特征在于：
所述直波导(2)、波纹直波导(3)和波纹直波导(4)的长度均为250mm。
3.如权利要求1所述的一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，其特征在于：
所述直通波导段(5)与换向波导(6)连接后，在真空密封箱(1)内形成一个微波通路切换组件，所述微波通路切换组件安装在1套线性运动机构(8)上；所述换向波导(6)上设置有平面反射镜(7)。
4.如权利要求3所述的一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，其特征在于：
所述平面发射井(7)反射微波后，传输路径切换为从波纹直波导(2)传至换向波导(6)再传至波纹直波导(4)。
5.如权利要求1所述的一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，其特征在于：
所述的换向波导(6)移动至真空密封箱(1)最左侧时，直通波导段(5)的微波输入及输出端口分别与波纹直波导(2)及波纹直波导(3)对接，微波传输路径为波纹直波导(2)传至直通波导段(5)再传至纹直波导(3)；当直通波导段(5)移动至真空密封箱(1)最右侧时，换向波导(6)的微波输入及输出端口与分别与波纹直波导(2)和波纹直波导(4)对接，微波经固定在换向波导(6)上的平面反射镜(7)反射后，传输路径切换为从波纹直波导(2)传至换向波导(6)再传至波纹直波导(4)。
6.如权利要求1所述的一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，其特征在于：
所述波纹直波导(2)为微波输入通道，波纹直波导(3)为微波直通输出通道，波纹直波导(4)为微波90度换向输出通道。
7.如权利要求1所述的一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，其特征在于：
所述的真空密封箱(1)内部设置有导向连杆(9)，导向连杆(9)一端与真空密封箱(1)内微波通路切换组件连接，固定在换向波导(6)上，导向连杆(9)的另一端与置于真空密封箱(1)外面的连结法兰(11)连接；在连接法兰(11)与真空密封箱(1)第四个端口(55)之间通过真空波纹管(10)做真空动密封。
8.如权利要求1所述的一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，其特征在于：
所述的真空密封箱(1)外部设置有电机丝杆(12)，所述电机丝杆(12)的一端与连接法兰(11)连接，另一端与步进电机(13)连接。
9.如权利要求8所述的一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，其特征在于：
所述电机(13)通过1套电机控制系统实现其参数设置及转动控制，并通过以太网实现与电子回旋主控系统的通讯。

说明书全文

一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换 开关

技术领域

[0001] 本发明属于微波技术领域，具体涉及一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关。

背景技术

[0002] 在核聚变研究中，为了将等离子体加热到聚变反应所需的温度，通常需要采用多种加热手段，电子回旋共振加热是一种重要的等离子体加热手段。电子回旋共振加热系统主要由波源系统、传输系统、发射系统及控保系统等组成，单套系统的功率通常为500kW到1MW。其中，传输系统的主要作用是将波源系统输出的高功率微波高效的传输到发射系统，从而注入到等离子体中加热等离子体。

[0003] 对于电子回旋共振加热系统传输线而言，当传输的微波功率大于500kW时，为了有效的避免传输线因气体击穿而引起打火，通常需要使用真空传输线，使传输线的真空优于10-3Pa。对于这种类型的传输线，为了在不拆装传输系统及不破坏真空传输线真空状态的条件下，实现微波在注入真负载(装置等离子体)与微波全吸收水负载之间的转换，以便于在不同要求下进行电子回旋系统调试和托卡马克装置实验，需要一种可在不同负载之间进行切换的波导转换开关。上述波导转换开关需要兼顾满足以下技术要求：(1)定位精度满足要求，能够实现微波传输方向在不同通路之间的准确切换，以保证波导转换开关内部的不同微波通路与传输系统的准直性，从而有效避免打火现象的发生；(2)作为一种传输高功率长脉冲毫米波的传输部件，要求波导转换开关所造成的微波功率损耗应尽可能小，以保证传输系统的效率；(3)考虑到波导转换开关将用于真空传输系统中，其真空度要求为10-3Pa，真空漏率要求为10-9Pa·m3/s，要求该部件在进行微波通路切换时，不影响传输系统真空度；
(4)由于电子回旋系统庞大，为了便于工作人员在实验期间执行波导开关动作，要求能够在控制室进行远程精确控制，并纳入到电子回旋总控系统中。

[0004] 本发明研制了一种应用于电子回旋高功率毫米波真空传输系统中，低损耗、高定位精度、远程可控的波导转换开关，兼顾了以上各种技术要求。

发明内容

[0005] 本发明的目的是针对上述缺陷，提供一种可用于真空环境中实现微波通路切换的波导转换开关。解决真空静密封、真空动密封、线性移动位置精确控制等技术难题，保证真空环境下微波通路平滑、可靠切换的自动化控制；通过合理设计微波通道部件内部齿形结构，有效减少微波功率损耗，保证波导转换开关能够稳定传输长脉冲、高功率、宽频段毫米波。

[0006] 本发明的技术方案如下所述：

[0007] 一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，包括1个四端口真空密封箱、波纹直波导、波纹直波导、波纹直波导，直通波导段、换向波导及线性运动机构，所述四端口真空密封箱的一个端口为微波输入口，两个端口为微波输出端口和微波输出端口；所述四端口真空密封箱的微波输入口与波纹直波导相连，微波输出端口与波纹直波导相连，波纹直波导与微波输出端口相连。

[0008] 一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，所述直波导、波纹直波导和波纹直波导的长度均为250mm。

[0009] 一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，所述直通波导段与换向波导连接后，在真空密封箱内形成一个微波通路切换组件，所述微波通路切换组件安装在1套线性运动机构上；所述换向波导上设置有平面反射镜。

[0010] 一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，所述平面发射井反射微波后，传输路径切换为从波纹直波导传至换向波导再传至波纹直波导。

[0011] 一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，所述的换向波导移动至真空密封箱最左侧时，直通波导段的微波输入及输出端口分别与波纹直波导及波纹直波导对接，微波传输路径为波纹直波导传至直通波导段再传至纹直波导；当直通波导段移动至真空密封箱最右侧时，换向波导的微波输入及输出端口与分别与波纹直波导和波纹直波导对接，微波经固定在换向波导上的平面反射镜反射后，传输路径切换为从波纹直波导传至换向波导再传至波纹直波导。

[0012] 一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，所述波纹直波导为微波输入通道，波纹直波导为微波直通输出通道，波纹直波导为微波90度换向输出通道。

[0013] 一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，所述的真空密封箱内部设置有导向连杆，导向连杆一端与真空密封箱内微波通路切换组件连接，固定在换向波导上，导向连杆的另一端与置于真空密封箱外面的连结法兰连接；在连接法兰与真空密封箱第四个端口之间通过真空波纹管做真空动密封。

[0014] 一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，所述的真空密封箱外部设置有电机丝杆，所述电机丝杆的一端与连接法兰连接，另一端与步进电机连接。

[0015] 一种大功率电子回旋共振加热系统波导转换开关，所述电机通过1套电机控制系统实现其参数设置及转动控制，并通过以太网实现与电子回旋主控系统的通讯。

[0016] 本发明的有益效果为：本发明主要涉及真空环境下的微波通路切换的自动化控制，主体机构置于密闭的真空腔内，动力源置于真空腔外，合理的动静密封结构结合保证高真空度，同时低成本的解决了真空密封和线性位置精度两个难题，结构简洁，便于检修和维护。本发明的电子回旋共振加热系统波导转换开关适用于高功率毫米波传输线中微波传输路径的切换，在真空条件下微波通路切换平滑可靠，定位精度高，微波功率损耗小。附图说明

[0017] 图1为本发明电子回旋共振加热系统波导转换开关结构示意图；

[0018] 图2为本发明电子回放共振加热系统波导转换开关整体外形示意图；

[0019] 图中，1-真空密封箱；2-波纹直波导；3-波纹直波导；4-波纹直波导；5-直通波导段；6-换向波导；7-平面反射镜；8-线性运动机构；9-导向连杆；10-真空波纹管；11-连结法兰；12-电机丝杆；13-步进电机；22-微波输入口；33-微波输出端口；44-微波输出端口；55-真空密封箱第四个端口。

具体实施方式

[0020] 下面结合附图和实施例对本发明的电子回旋共振加热系统波导转换开关进行详细说明。

[0021] 一种电子回旋共振加热系统波导转换开关的主要结构包括：1个四端口真空密封箱1，四端口真空密封箱1中的三个端口通过波纹直波导2、波纹直波导3、波纹直波导4，分别与传输系统的传输线相连，所述波纹直波导2、波纹直波导3和波纹直波导4的长度为250mm；所述四端口真空密封箱1的一个端口为微波输入口22，两个端口为微波输出端口33和微波输出端口44；所述四端口真空密封箱1的微波输入口22与波纹直波导2相连，微波输出端口
33与波纹直波导3相连，波纹直波导4与微波输出端口44相连。

[0022] 一段直通波导段5与换向波导6紧密连接后，形成一个微波通路切换组件，所述微波通路切换组件安装在1套线性运动机构8上，通过1套线性运动机构8实现其在真空密封箱1内的线性往复运动；平面反射镜7固定在换向波导6上，用于将微波反射到垂直于微波输入方向的通路；导向连杆9置于真空密封箱内1，导向连杆9一端与真空密封箱1内微波通路切换组件连接，固定在换向波导6上，导向连杆9的另一端与置于真空密封箱1外面的连结法兰
11连接；真空密封箱外的电机丝杆12一端与连接法兰11连接，另一端与步进电机13连接，在连接法兰11与真空密封箱1第四个端口55之间通过真空波纹管10做真空动密封，并将真空密封箱1外的直线运动传递到真空密封箱1内；1套电机控制系统实现对步进电机13的参数设置及转动控制，并通过以太网实现与电子回旋主控系统的通讯。

[0023] 本实施例中，电子回旋共振加热系统波导转换开关通过下述方法切换微波传输通路：波纹直波导2为微波输入通道，波纹直波导3为微波直通输出通道，波纹直波导4为微波90度换向输出通道；当真空密封箱1内的换向波导6移动至真空密封箱1最左侧时，直通波导段5的微波输入及输出端口分别与波纹直波导2及波纹直波导3对接，微波传输路径为波纹直波导2传至直通波导段5再传至纹直波导3；当真空密封箱1内的直通波导段5移动至真空密封箱1最右侧时，换向波导6的微波输入及输出端口与分别与波纹直波导2和波纹直波导4对接，微波经固定在换向波导6上的平面反射镜7反射后，传输路径切换为从波纹直波导2传至换向波导6再传至波纹直波导4。

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