The three dimensional (3-D) nature of antennas for fusion applications in the ion cyclotron range of frequencies (ICRF) requires accurate modelling to design and analyse new antennas. In this article, analysis and design tools for radiofrequency (RF) antennas are successfully benchmarked with experiment, and the 3-D physics of the launched waves is explored. The systematic analysis combines measured density profiles from a reflectometer system, transmission line circuit modelling, detailed 3-D magnetostatics modelling and a new 3-D electromagnetic antenna model including plasma. This analysis gives very good agreement with measured loading data from the Tokamak Fusion Test Reactor (TFTR) Bay-M antenna, thus demonstrating the validity of the analysis for the design of new RF antennas. The 3-D modelling is contrasted with 2-D models, and significant deficiencies are found in the latter. The 2-D models are in error by as much as a factor of 2 in real and reactive loading, even after they are corrected for the most obvious 3-D effects. Three dimensional effects play the most significant role at low parallel wavenumbers, where the launched power spectrum can be quite different from the predictions of 2-D models. Three dimensional effects should not be ignored for many RF designs, especially those intended for fast wave current drive
核融合応用におけるイオンサイクロトロン周波数帯域（ICRF）のアンテナの三次元（3-D）的性質は、新しいアンテナの設計と解析に正確なモデリングを必要とする。本論文では、高周波（RF）アンテナのための解析・設計ツールが実験とのベンチマークに成功し、励起される波動の3次元的性質が探求される。この体系的な解析は、反射計システムからの測定密度プロファイル、伝送線路回路モデリング、詳細な3次元静磁気モデリング、およびプラズマを含む新しい3次元電磁アンテナモデルを組み合わせる。この解析は、トカマク核融合試験炉（TFTR）のBay-Mアンテナからの測定負荷データと非常に良い一致を示し、これにより新しいRFアンテナ設計のための解析の有効性が実証される。3次元モデリングは2次元モデルと対比され、後者には重大な欠陥が見出される。2次元モデルは、最も明白な3次元効果を補正した後でも、実効抵抗およびリアクタンス負荷において最大2倍の誤差を生じる。3次元効果は、低い平行波数において最も重要な役割を果たし、そこでは励起されるパワースペクトルが2次元モデルの予測とかなり異なるものとなり得る。3次元効果は、特に高速波電流駆動を目的とした多くのRF設計において無視されるべきではない。