It is crucial to correctly predict the S-matrix with plasma and set the optimal impedance matching device in the ion cyclotron resonance heating (ICRH) antenna system design. In this paper, a hybrid circuit/3DLHDAP code to verify the S-matrix measurements in the presence of plasma and optimize the load-resilient conjugate-T circuit for Large Helical Device (LHD) ICRH antennas has been developed and benchmarked. The variation of S-matrices for handshake form (HAS) and field-aligned-impedance-transforming (FAIT) antenna systems with density, magnetic field and coupling distance during heating obtained by the code's simulations agrees with that of with the LHD ICRH experiments. The mutual coupling of toroidally aligned HAS antennas is larger than that of poloidally aligned FAIT antennas over a wide range of densities. When the density and coupling distance increase, under a magnetic field on the magnetic axis of 2.75 T and 1.0 T, within a certain density change range, at the minimum voltage position with vacuum injection, the change rule of the antennas' Sa_minV_11 and Sa_minV_22 with density is opposite to that with coupling distance, which means that under certain conditions, adjusting the coupling distance may make up for the S-parameters changes caused by plasma density variation, keeping the minimum voltage position fixed, and may make impedance matching easier to achieve during long-pulse operation. Based on obtaining the S parameters, conjugate-T circuits for the HAS and FAIT antennas are designed with the hybrid circuit/3DLHDAP code, which can keep the reflection coefficients low without controlling impedance matching device over a wide range of plasma parameters region. The related results in this paper may provide some guidance for the high-power long-pulse operation of the ICRH antenna system on the fusion device.
プラズマを伴うS行列を正確に予測し、イオンサイクロトロン共鳴加熱(ICRH)アンテナシステム設計において最適なインピーダンス整合装置を設定することは極めて重要である。本論文では、プラズマ存在下でのS行列測定を検証し、大型ヘリカル装置(LHD)のICRHアンテナ用の負荷変動耐性コンジュゲートT回路を最適化するためのハイブリッド回路/3DLHDAPコードを開発し、ベンチマークした。このコードのシミュレーションにより得られた、ハンドシェイク型(HAS)および磁力線沿いインピーダンス変換型(FAIT)アンテナシステムの加熱中の密度、磁場、結合距離に対するS行列の変化は、LHD ICRH実験のものと一致する。トロイダル方向に整列したHASアンテナの相互結合は、ポロイダル方向に整列したFAITアンテナのそれよりも広い密度範囲にわたって大きい。密度と結合距離が増加するとき、磁気軸上の磁場が2.75Tおよび1.0Tの下で、ある密度変化範囲内では、真空注入時の最小電圧位置において、アンテナのSa_minV_11およびSa_minV_22の密度に対する変化則は結合距離に対する変化則と逆であり、これは、特定の条件下では、結合距離の調整がプラズマ密度変動によるSパラメータの変化を補償し、最小電圧位置を固定したまま、長時間パルス運転中のインピーダンス整合をより容易に達成できる可能性があることを意味する。Sパラメータの取得に基づき、HASおよびFAITアンテナ用のコンジュゲートT回路をハイブリッド回路/3DLHDAPコードにより設計した。この回路は、広範囲のプラズマパラメータ領域において、インピーダンス整合装置を制御することなく反射係数を低く保つことができる。本論文の関連結果は、核融合装置におけるICRHアンテナシステムの高出力長時間パルス運転に何らかの指針を提供する可能性がある。