离子回旋(ICRF)波加热是磁约束核聚变装置中一种非常重要的辅助加热手段,ICRF波加热等离子体的有效性已经在EAST和其他装置上得到了验证。目前EAST上有两套ICRF天线,分别安装在B与I窗口,最大源功率可达12MW,工作频率为25～70MHz。天线与等离子体之间的耦合在ICRF波加热中扮演着非常重要的角色,它不仅限制了离子回旋加热系统的最大可注入功率,而且与ICRF波的加热效率密切相关。本文主要针对EAST上ICRF天线与等离子体之间的耦合进行研究。基于变分法的天线耦合程序可以自洽计算天线电流带的电流分布,本文对其做进一步发展,在考虑了双层折叠天线结构和法拉第倾斜角的基础上,写入了EAST上B与I窗口的ICRF天线模型。程序被应用在EAST天线耦合实验分析中,实验数据与计算结果的一致性证实了程序的可靠性。本文利用天线耦合程序对EAST上的ICRF天线耦合阻抗和功率谱进行了计算,并对影响天线耦合的相关参数进行了系统的研究。影响天线耦合的因素分为两类:天线结构参数和等离子体参数。天线结构参数涉及阵列天线相位、法拉第屏倾斜角、电流带的尺寸及折叠结构相对位置、阵列单元之间的距离、阵列单元电流幅度比;等离子体参数包括等离子体密度、边界密度梯度和磁场强度。对B与I窗口的天线耦合特性及功率谱进行了对比分析,发现B窗口的环向功率谱较宽,不利于功率谱的精确控制,但耦合阻抗较大,耦合效率较高;另外,B窗口极向辐射带之间的相位差可调,或可以作为提高B窗口耦合效率的一种尝试手段。通过对天线场图结构的研究,发现当辐射场慢慢深入等离子体内部时,天线阵列或单天线的辐射场图的极向分布几乎没有变化,而在磁场方向发生明显扩散,同时场幅度减小。考虑了法拉第倾斜角的场扩散方向与托卡马克环向有一个夹角,恰好与磁场相对于环向的倾斜角一致。B窗口天线阵列的辐射场场图不仅与环向相位有关,而且受极向电流带相位的影响,当极向相位改变时,场图的幅度和极向分布随之发生变化。对EAST托卡马克上开展的一系列旨在提高ICRF波耦合效率的实验进行了分析与讨论,取得了实验耦合阻抗与天线程序计算结果的一致性,并探索了提高耦合阻抗的可行方法。在偶极子相位条件下,减小最外闭合磁面与限制器之间的间距或增加芯部等离子体密度都会减小衰减层的宽度,进而提高波耦合效率。改变天线相位使高环向波数的波谱向低环向波数转换也可以有效增加耦合阻抗。B窗口天线端口充气实验中,充气速率为3.5×1020/s时的耦合阻抗比未充气时增加了 35%,证明了充气实验对优化波耦合的有效性。等离子体LH模转换时刻耦合阻抗会忽然下降,另外由于ELMs爆发对密度剖面的瞬时影响,耦合阻抗随时间变化图中有很多毛刺,毛刺频率与ELMs爆发频率完全一致。H模期间的2.45GHz低杂波调制实验表明,低杂波投入期间ICRF天线耦合阻抗较撤出时大,这可能是因为低杂波改变了 ELMs的频率进而影响了密度剖面所致。