一种低杂波天线支撑结构

技术领域

本发明涉及低杂波加热技术领域，具体涉及一种低杂波天线支撑结构。

背景技术

在托卡马克核聚变装置中，低杂波电流驱动技术是一种非常高效的等离子体加热和电流控制手段。低杂波电流驱动利用电磁波与粒子相互作用加热和驱动等离子体，实现等离子体加热和等离子体电流长时间运行。低杂波天线是低杂波加热系统最终与托卡马克核聚变装置相连接的重要部件，通常采用相控多结波导阵形式。

目前，托卡马克核聚变装置上采用的低杂波天线系统如图1所示，主要由天线本体01、天线套筒02、驱动机构03、支撑系统04等组成。其中，支撑系统04对天线套筒02外壁进行支撑。天线本体01滑动支撑于天线套筒02内，天线本体01前端面向等离子体。天线套筒02前端与托卡马克核聚变装置的真空室05法兰接口连接，天线套筒02后端与波纹管06前端连接，波纹管06后端通过后端法兰07与天线本体01连接。驱动机构03通过带动后端法兰07沿天线套筒02轴向运动，从而驱动天线本体01沿天线套筒02轴向伸缩，以调节天线本体01前端与等离子体的距离。

由于真空室是双层薄壁结构，其与天线套筒前端连接的法兰接口处受力性能较差。天线套筒部分筒身采用板材拼焊而成，生产时采用内侧满焊、外侧点焊的焊接方法。天线套筒是超高真空容器，内部支撑天线本体，天线本体重量约1.5吨。天线套筒前端连接在真空室的法兰接口上，天线本体需要在天线套筒内沿轴向移动。因此，天线本体的重量和使用特性会促使天线套筒内部局部应力集中，甚至会拉裂天线套筒。这就需要增加天线套筒的强度，常规方法为增加天线套筒壁厚和天线套筒采用多节套筒法兰连接增加刚度，这样又导致天线套筒重量增加，增加真空室的法兰接口处受力。

发明内容

本发明目的在于：针对目前天线套筒既是真空器件又是天线本体的支撑载体，导致天线套筒受力情况复杂和真空室的法兰接口处受力较差的问题，提供一种低杂波天线支撑结构，通过使天线套筒不再承担对天线本体的支撑，天线套筒仅需保证真空性能，可以改善天线套筒的受力情况，减少真空室的法兰接口处受力。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明提供了一种低杂波天线支撑结构，包括底座单元和设置于所述底座单元上的天线套筒支撑单元和天线本体支撑单元，其中，所述天线套筒支撑单元用于支撑天线套筒，所述天线本体支撑单元通过天线套筒侧面开口伸入对天线本体形成支撑，且所述天线本体支撑单元与天线套筒侧面开口形成密封连接。

在上述方案中，在底座单元上设置天线套筒支撑单元和天线本体支撑单元，通过天线套筒支撑单元来支撑天线套筒，天线本体支撑单元通过天线套筒侧面开口伸入对天线本体形成支撑，且天线本体支撑单元与天线套筒侧面开口形成密封连接；该支撑结构由于天线本体的重量不再依靠天线套筒进行支撑，天线套筒仅需保证真空性能，改善了天线套筒的受力情况，这样就可以优化天线套筒结构，对天线套筒进行减薄、减重，同时减少天线套筒传递天线本体重力给真空室的法兰接口处，进而改善此处受力。

在一些实施例中，所述天线套筒支撑单元和所述天线本体支撑单元均沿天线套筒轴向滑动设置于所述底座单元上。这样设计可以调整天线套筒支撑单元和天线本体支撑单元在底座单元上的位置，从而方便低杂波天线的安装。

在一些实施例中，所述的低杂波天线支撑结构还包括天线后端支撑单元，所述天线后端支撑单元滑动设置于所述底座单元上，以支撑天线后端法兰。通过设置天线后端支撑单元，在天线本体移动时，天线后端支撑单元可以随天线后端法兰同步移动，从而对天线后端起到更好的支撑作用。

在一些实施例中，所述天线套筒支撑单元包括沿天线套筒轴向间隔设置的多个天线套筒支撑架，所述天线套筒支撑架上设置有用于与天线套筒外壁接触的天线套筒支块。通过设置多个天线套筒支撑架，可以根据天线套筒长度进行分布，并利用天线套筒支块对天线套筒的外壁进行支撑。

在一些实施例中，所述多个天线套筒支撑架连接形成整体结构。这样设计可以方便对多个天线套筒支撑架同步调整位置。

在一些实施例中，所述天线本体支撑单元包括沿天线套筒轴向间隔设置的多个天线本体支撑架，所述天线本体支撑架包括支撑平台，所述支撑平台上设置有支撑杆，所述支撑杆通过天线套筒侧面开口伸入支撑天线本体，所述支撑杆的外侧套设有波纹管，所述波纹管一端与所述支撑平台形成密封连接，另一端与天线套筒侧面开口形成密封连接。这样设计利用多个经天线套筒侧面开口伸入的支撑杆来支撑天线本体，承担天线本体的重力，同时波纹管的设置可以实现天线套筒的真空环境。

在一些实施例中，所述支撑杆上伸入天线套筒侧面开口的一端设置有滚轮，所述滚轮支撑天线本体。通过设置滚轮，在天线本体沿轴向移动时，天线本体与滚轮接触面之间为滚动摩擦，从而可以降低天线本体移动所需的驱动力。

在一些实施例中，在天线套筒与天线本体之间设置有限位件，所述限位件用于限制天线本体使其沿天线套筒轴向移动。

在一些实施例中，所述限位件为多个限位轮，所述限位轮分别设置于天线本体轴线的两侧。通过在天线本体轴线两侧设置限位轮，既可以对天线本体轴向移动限位，防止天线本体移动时跑偏，又可以使天线本体与限位轮之间为滚动摩擦。

在一些实施例中，所述天线套筒支撑单元、所述天线本体支撑单元和所述天线后端支撑单元均设有绝缘垫层，所述绝缘垫层用于实现低杂波天线与支撑结构之间的电隔离。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明通过在底座单元上设置天线套筒支撑单元和天线本体支撑单元，通过天线套筒支撑单元来支撑天线套筒，天线本体支撑单元通过天线套筒侧面开口伸入对天线本体形成支撑，且天线本体支撑单元与天线套筒侧面开口形成密封连接；该支撑结构由于天线本体的重量不再依靠天线套筒进行支撑，天线套筒仅需保证真空性能，改善了天线套筒的受力情况，这样就可以优化天线套筒结构，对天线套筒进行减薄、减重，同时减少天线套筒传递天线本体重力给真空室的法兰接口处，进而改善此处受力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：

图1为目前的低杂波天线支撑示意图(天线套筒剖开)；

图2为本发明中的低杂波天线支撑结构示意图；

图3为本发明中的一个天线本体支撑架对天线本体的支撑示意图(天线套筒局部剖开)；

图4为图3中的天线本体支撑架在支撑部位处的横断面示意图；

图5为图2中从天线套筒前端的示意图(隐藏天线本体)；

图6为本发明中底座单元、天线套筒支撑单元、天线后端支撑单元组合示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

01-天线本体，02-天线套筒，03-驱动机构，04-支撑系统，05-真空室，06-波纹管，07-后端法兰；1-底座单元，11-水平台，12-支撑脚，13-导轨，14-滑块，15-锁紧杆，2-天线套筒支撑单元，21-天线套筒支撑架，22-天线套筒支块，3-天线本体支撑单元，31-天线本体支撑架，32-支撑平台，33-支撑杆，34-波纹管，35-滚轮，4-天线后端支撑单元，41-天线后端支撑架，42-后端法兰支块，5-天线套筒，6-天线本体，7-后端法兰，8-限位轮。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在本申请实施例的描述中，技术术语“第一”“第二”等仅用于区别不同对象，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、特定顺序或主次关系。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

在本申请实施例的描述中，术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如A和/或B，可以表示：存在A，同时存在A和B，存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

在本申请的实施例中，相同的附图标记表示相同的部件，并且为了简洁，在不同实施例中，省略对相同部件的详细说明。应理解，附图示出的本申请实施例中的各种部件的厚度、长宽等尺寸，以及集成装置的整体厚度、长宽等尺寸仅为示例性说明，而不应对本申请构成任何限定。

在本申请实施例的描述中，术语“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)，“多片”指的是两片以上(包括两片)，除非另有明确具体的限定。

在本申请实施例的描述中，技术术语“中心”“纵向”“横向”“长度”“宽度”“厚度”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”“顺时针”“逆时针”“轴向”“径向”“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请实施例的限制。

在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；也可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。

请参照图2-图6，本申请实施例中提供的一种低杂波天线支撑结构，包括底座单元1和设置于所述底座单元1上的天线套筒支撑单元2和天线本体支撑单元3，其中，所述天线套筒支撑单元2用于支撑天线套筒5，所述天线本体支撑单元3通过天线套筒5侧面开口伸入对天线本体6形成支撑，且所述天线本体支撑单元3与天线套筒5侧面开口形成密封连接。

天线本体支撑单元3要对天线本体6支撑，需要在天线套筒5侧面进行开口，以便天线本体支撑单元3的上部可以由开口伸入，从而对天线本体6下侧面进行支撑，使天线本体6的重力由天线本体支撑单元3传递至底座单元1上。同时天线本体支撑单元3与天线套筒5侧面开口之间要形成密封连接，这样确保使用时天线套筒5内部可以为真空环境。

天线套筒支撑单元2的上部可以对天线套筒5下侧面进行支撑，使天线套筒5的重力由天线套筒支撑单元2传递至底座单元1上。由于天线套筒5不再对天线本体6进行支撑，避免了天线本体6对天线套筒5在竖直方向的作用力。因此，对天线套筒的强度要求不再向传统支撑方式那么高，这样就可以对天线套筒的结构作出改进，比如将天线套筒做的更薄，或者天线套筒不再采用多节套筒法兰连接的方式而将天线套筒做成一个薄壁整体结构。

在底座单元上设置天线套筒支撑单元和天线本体支撑单元，通过天线套筒支撑单元来支撑天线套筒，天线本体支撑单元通过天线套筒侧面开口伸入对天线本体形成支撑，且天线本体支撑单元与天线套筒侧面开口形成密封连接；该支撑结构由于天线本体的重量不再依靠天线套筒进行支撑，天线套筒仅需保证真空性能，改善了天线套筒的受力情况，这样就可以优化天线套筒结构，对天线套筒进行减薄、减重，同时减少天线套筒传递天线本体重力给真空室的法兰接口处，进而改善此处受力。

根据本申请的一些实施例，所述天线套筒支撑单元2和所述天线本体支撑单元3均沿天线套筒5轴向滑动设置于所述底座单元1上。这样设计可以调整天线套筒支撑单元和天线本体支撑单元在底座单元上的位置，从而方便低杂波天线的安装。

根据本申请的一些实施例，所述底座单元1包括水平台11，所述水平台11下方设置有多个支撑脚12，以调节水平台的水平度。所述水平台11的台面上安装有导轨13，所述导轨13可以有两根，在水平台11上加工有长条孔通过螺栓与导轨13连接，以便可以调整使两根导轨13平行。在导轨旁可以设有刻度标尺，以方便天线套筒支撑单元和天线本体支撑单元安装时调整位置。在两根导轨13上设置有多个滑块14，天线套筒支撑单元2和天线本体支撑单元3与滑块14固定连接，从而实现滑动设置于底座单元上。

根据本申请的一些实施例，所述天线套筒支撑单元2和所述天线本体支撑单元3与所述底座单元1之间均设有锁止机构，用于将天线套筒支撑单元和天线本体支撑单元相对于导轨的位置锁定，以防止天线套筒支撑单元和天线本体支撑单元在导轨上任意滑动。示例性的，所述锁止机构可以包括锁紧杆15，所述锁紧杆15与滑块14上的螺纹孔配合，当旋入锁紧杆15后其前端可以顶紧在导轨13的侧面，从而锁定滑块相对于导轨的位置。

根据本申请的一些实施例，所述的低杂波天线支撑结构还包括天线后端支撑单元4，所述天线后端支撑单元4滑动设置于所述底座单元1上，以支撑天线后端法兰7。通过设置天线后端支撑单元，在天线本体移动时，天线后端支撑单元可以随天线后端法兰同步移动，从而对天线后端起到更好的支撑作用。具体地，所述天线后端支撑单元4包括天线后端支撑架41，所述天线后端支撑架41与滑块14固定连接，从而实现滑动设置于底座单元上，所述天线后端支撑架41上设有用于与天线后端法兰7的下部接触的后端法兰支块42。

根据本申请的一些实施例，所述天线套筒支撑单元2包括沿天线套筒5轴向间隔设置的多个天线套筒支撑架21，每个所述天线套筒支撑架21上设置有用于与天线套筒5外壁接触的天线套筒支块22。通过设置多个天线套筒支撑架，可以根据天线套筒长度进行分布，并利用天线套筒支块对天线套筒的外壁进行支撑。示例性的，所述天线套筒支撑架21有三个，分布在天线套筒5轴向上的三个位置处，以对天线套筒进行支撑。三个天线套筒支撑架21相对于水平台11面高度根据天线套筒各段的径向尺寸而定。天线套筒支块22的形状与所支撑位置处的天线套筒外形轮廓相配合，以实现对天线套筒的稳定支撑。

根据本申请的一些实施例，所述多个天线套筒支撑架21连接形成整体结构。这样设计可以方便对多个天线套筒支撑架同步调整位置。

根据本申请的一些实施例，所述天线本体支撑单元3包括沿天线套筒5轴向间隔设置的多个天线本体支撑架31，每个所述天线本体支撑架31包括支撑平台32，所述支撑平台32上设置有支撑杆33，所述支撑杆33通过天线套筒5侧面开口伸入支撑天线本体6，所述支撑杆33的外侧套设有波纹管34，所述波纹管34一端与所述支撑平台32形成密封连接，另一端与天线套筒5侧面开口形成密封连接。这样设计利用多个经天线套筒侧面开口伸入的支撑杆来支撑天线本体，承担天线本体的重力，同时波纹管的设置可以实现天线套筒的真空环境。示例性的，所述天线本体支撑架31有三个，分布在天线本体6轴向上的三个位置处，以对天线本体进行支撑。三个天线本体支撑架31相对于水平台11面高度根据天线本体各段的径向尺寸而定。为了方便波纹管的连接，可以在天线套筒5侧面开口处可以设置法兰，以便与波纹管34两端自带的连接法兰相连。

根据本申请的一些实施例，所述支撑杆33上伸入天线套筒5侧面开口的一端设置有滚轮35，所述滚轮35支撑天线本体6的下侧面。通过设置滚轮，在天线本体沿轴向移动时，天线本体与滚轮接触面之间为滚动摩擦，从而可以降低天线本体移动所需的驱动力。为了实现稳定支撑，所述支撑杆33的端部可以同轴设置两个滚轮35。所述滚轮35的转动轴线处于水平状态，且与天线套筒5的轴线垂直。

根据本申请的一些实施例，在天线套筒5与天线本体6之间设置有限位件，所述限位件用于限制天线本体6使其沿天线套筒5的轴向移动。

根据本申请的一些实施例，所述限位件为多个限位轮8，所述限位轮8分别设置于天线本体6轴线的两侧。通过在天线本体轴线两侧设置限位轮，既可以对天线本体轴向移动限位，防止天线本体移动时跑偏，又可以使天线本体与限位轮之间为滚动摩擦。示例性的，多个限位轮8分成多组，多组限位轮8沿天线本体6轴向间隔设置，每组有两个限位轮8且分别位于天线本体6轴线的两侧。所述限位轮8的转动轴线处于竖直状态。

根据本申请的一些实施例，所述天线套筒支撑单元2、所述天线本体支撑单元3和所述天线后端支撑单元4均设有绝缘垫层(图中未示出)，所述绝缘垫层用于实现低杂波天线与支撑结构之间的电隔离。具体地，天线套筒支撑单元2的绝缘垫层可以设置在天线套筒支撑架21上与滑块14接触的部位，或者设置在天线套筒支块22上与天线套筒5接触的部位。天线本体支撑单元3的绝缘垫层可以设置在天线本体支撑架31上与滑块14接触的部位。天线后端支撑单元4的绝缘垫层可以设置在天线后端支撑架41上与滑块14接触的部位，或者设置在后端法兰支块42上与天线后端法兰7接触的部位。示例性的，所述绝缘垫层可以为聚四氟绝缘垫层。

根据本申请的一些实施例，所述天线套筒支撑单元2、所述天线本体支撑单元3和所述天线后端支撑单元4相对于所述底座单元1的高度可以调节。这样设计可以在天线安装时各自起到高度调节功能，从而方便天线的安装工作。具体地，可以通过调节天线套筒支撑架21、天线本体支撑架31和天线后端支撑架41的高度来实现上述功能。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。