Coupling to the electron Bernstein wave (EBW) via a phased array of waveguides is experimentally investigated in the Madison symmetric torus reversed field pinch (RFP). EBWs promise to provide localized heating and current drive in overdense plasmas such as those in the RFP, provided a technique can be developed to efficiently couple power from an externally launched electromagnetic wave to the electrostatic EBW. The choice of antenna structure and launched wave polarization are important factors in coupling waves with frequencies in the electron cyclotron range to EBW, especially on the RFP where the mode conversion to the EBW can take place in the near-field of the antenna. In this paper, a recently developed theory of coupling to EBW from a phased array of waveguides is tested against experiment. The theory predicts that coupling efficiency will vary with launch angle and that coupling depends sensitively upon the edge density profile. Amplitudes and phases of reflected power in each of the waveguides are measured experimentally and compared with predictions based upon density profiles measured by a Langmuir probe in the edge of the plasma. The parametric dependence of reflection has been studied for different polarizations, different launch angles, time varying density profiles and several frequencies of the launched wave. An asymmetry in reflection versus the launch angle predicted by theory was found experimentally for the X-mode, while the O-mode was symmetric. The dependence on density scale length predicted by theory was confirmed in the experiment. The phase of the reflected signal is shown to contain reflectometry-based information about the edge density profile. For appropriate phasing, measurements show that the total power reflection coefficient can be lower than 15%.
マディソン対称トーラス逆転磁場ピンチ（RFP）において、導波管のフェーズドアレイを介した電子バーンスタイン波（EBW）への結合を実験的に調査した。EBWは、外部から入射される電磁波から静電的なEBWへ電力を効率的に結合する技術を開発できるならば、RFPのような過密プラズマにおいて局所加熱と電流駆動を提供することが期待されている。アンテナ構造と入射波の偏波の選択は、電子サイクロトロン周波数帯の波をEBWに結合させる際の重要な因子であり、特にRFPでは、EBWへのモード変換がアンテナの近傍場で起こり得る。本論文では、導波管のフェーズドアレイからEBWへの結合に関する最近開発された理論を実験と比較検証する。この理論は、結合効率が入射角とともに変化し、結合がエッジ密度分布に敏感に依存することを予測している。各導波管における反射電力の振幅と位相を実験的に測定し、プラズマのエッジでラングミュアプローブによって測定された密度分布に基づく予測と比較した。反射のパラメトリック依存性は、異なる偏波、異なる入射角、時間変化する密度分布、および入射波の複数の周波数について研究された。理論によって予測された入射角に対する反射の非対称性は、Xモードでは実験的に見出されたが、Oモードでは対称的であった。理論によって予測された密度スケール長への依存性は、実験で確認された。反射信号の位相は、エッジ密度分布に関する反射計ベースの情報を含んでいることが示された。適切な位相調整により、全反射係数は15%未満に低減できることが測定によって示された。