Analyse eines Vielstrahl-Wellenleiters zur Übertragung hoher Mikrowellenleistungen

Abstract

Analyse der optischen Eigenschaften eines Spiegelsystems, welches gleichzeitig die Übertragung mehrerer quasioptischer Strahlen erlaubt. Dieser Vielstrahl-Wellenleiter ist eine elegante Alternative zum konservativen Design aus vielen einzelnen Übertragungsleitungen, da Aufwand und Kosten erheblich reduziert sind bei sehr geringen Einbußen der Abbildungsqualität und unter Erhalt der vollen Breitbandigkeit einer quasioptischen Leitung. Der Wellenleiter wurde mit numerischen Methoden, experimentell und nicht zuletzt analytisch untersucht. Es fand sich jeweils eine sehr gute Übereinstimmung. Günstige optische Eigenschaften ergeben sich, wenn vier Spiegel gleicher Brennweite konfokal angeordnet werden, wobei sie entweder die Ecken eines Quadrates bilden oder in Zick-Zack-Anordnung stehen. Ein solches System wird eingesetzt werden in einer Anlage zur Elektron-Zyklotron-Resonanz-Heizung eines magnetisch eingeschlossenen Fusionsplasmas. Hier müssen zehn Millimeterwellenstrahlen mit 70-140GHz und Leistung im Megawattbereich über circa 50 Meter transmittiert werden. Außerdem wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem ein beliebiges paraxiales Mikrowellenfeld mit Hilfe von zwei phasenkorrigierenden Spiegeln, hergestellt auf der Basis von Thermobildern, an die Übertragungsleitung angepasst, das heißt in einen gaußschen Strahl umgewandelt wurde.

Analysis of a multi-beam waveguide for the transmission of several quasi-optical beams. This mirror line reduces effort and costs while keeping the beam quality and the broadband property of a quasi-optical mirror system. The waveguide was studied numerically, with a test experiment and analytical formulas were developed. Very good agreement was found. The mirrors had to be situated confocal either as the corners of a square or in zigzag-arrangement. A system like this will be used in a electron-cyclotron-resonance-heating system for a magnetically confined fusion plasma. Ten microwave beams in the megawatt range with 70 and 140 GHz will be transmitted around 50 meters. Moreover a procedure is described to transform an arbitrary paraxial microwave beam into a gaussian beam with the help of two phase correcting mirrors, that were manufactured on the basis of thermal images.