Antenna optimization studies for radiofrequency coupling to the Alfven waves is carried out by using a self-consistent, three-dimensional, fully analytic, Faraday shielded, periodic loop antenna model. The antenna characteristics (the loading resistance R, the reactance X, the quality factor Q, and the efficiency ηA) are investigated over a wide range of parameters using the ASDEX UPGRADE parameters as reference. With proper care, it is possible to obtain an experimentally acceptable loading of R ∼ 1 Ω with an attendant, Q ∼ 20 under optimal conditions. The required conditions consist of (i) locating the singular Alfvén layer at about two-thirds the plasma radius, and (ii) the adjacent antenna separation along the toroidal direction is of the order of the plasma radius. This implies using a toroidal wave number n ∼ 8, for the ASDEX UPGRADE case. The extensive results presented here should facilitate the antenna design for Alfvén wave heating in most existing as well as projected machines. By scaling the linear dimensions of the ASDEX UPGRADE, it is shown that the Alfvén wave heating continues to be an attractive alternative even for plasmas of thermonuclear dimensions. Because of the changing plasma conditions during the radiofrequency heating phase, dynamic impedance tracking may become necessary. Methods are suggested for maintaining an efficient coupling under these conditions through the phase control of a dense cluster array antenna, resembling the lower hybrid grill coupler.
アルヴェン波への高周波結合のためのアンテナ最適化研究を、自己無撞着な三次元完全解析的ファラデーシールド付き周期ループアンテナモデルを用いて実施した。アンテナ特性（負荷抵抗R、リアクタンスX、品質係数Q、効率ηA）を、ASDEXアップグレードを参照として広範なパラメータ範囲にわたって調査した。適切な条件の下では、実験的に許容可能な負荷R≒1Ωを、付随するQ≒20とともに達成することが可能である。必要な条件は、(i)特異アルヴェン層をプラズマ半径の約2/3の位置に配置すること、および(ii)トロイダル方向の隣接アンテナ間隔をプラズマ半径のオーダーとすることである。これはASDEXアップグレードの場合、トロイダル波数n≒8を使用することを意味する。ここで提示した広範な結果は、既存および計画中のほとんどの装置におけるアルヴェン波加熱用アンテナ設計を容易にするはずである。ASDEXアップグレードの線形寸法をスケーリングすることにより、アルヴェン波加熱は熱核融合規模のプラズマにおいても魅力的な選択肢であり続けることが示される。高周波加熱段階中のプラズマ状態の変化により、動的インピーダンス追従が必要となる可能性がある。低域混成波グリル結合器に類似した高密度クラスターアレイアンテナの位相制御を通じて、これらの条件下で効率的な結合を維持する方法が提案される。