托卡马克磁约束装置是目前公认的最具有前景实现可控核聚变的装置,要想实现可观的聚变能,等离子体的温度、密度和约束时间乘积需要达到足够高的值。离子回旋射频波(ICRF)加热是托卡马克中十分有效的加热手段之一,在国内外托卡马克装置上都有使用,EAST中将投入12MW的ICRF加热系统。ICRF天线是ICRF系统中转换能量的器件,负责将射频功率辐射到等离子体中,ICRF天线性能的好坏直接影响到ICRF加热系统的效率。由于天线的性能与多种因素有关,对天线进行全面的三维电磁性能分析是十分有必要的。国内外对天线的电磁性能进行了大量的分析,但是不够全面系统。本文利用三维电磁场软件CST微波工作室(MWS)对EAST的现有的两套ICRF天线进行了全面的分析：模拟计算了天线的散射参数、功率谱和天线表面的电流分布；系统的分析了天线到等离子体的距离、等离子体的密度、法拉第屏、电流条带的尺寸、条带之间距离、真空传输线的阻抗、盒子及隔板对天线性能的影响。这些较全面的分析和模拟计算为天线设计时尺寸的选择提供理论基础。在ICRF天线运行过程中,高压击穿打火和引入杂质问题是普遍存在的现象并且严重限制了天线的运行功率。目前还未见有关对ICRF天线高压击穿打火问题的系统理论解释的报道。本文通过对天线击穿打火过程的分析,解释了高压击穿打火的原因及理论上说明了击穿阈值为几十MV/m的合理性。对EAST中的折叠型天线进行了大量的模拟和综合优化,在电流条带环向电流(0,π,π,0)相位时,最终优化的天线与当前使用的天线相比,天线结构附近的总电场和环向电场最大值分别下降了16%和30%。优化后的结构将大大降低击穿打火的可能性。对于杂质问题的研究表明：天线采用(0,π,π,0)相位和对侧面的限制器进行拓宽有利于减小杂质的产生。另外计算表明：天线运行在合适的波谱分布时(峰值在8m-1左右)能够有效减小杂质的产生,与实验报道结果一致,因为合适的波谱分量能够提高等离子体对波的吸收,减少波在等离子体鞘层和第一壁之间不断的折返。我们利用矩量法自主编写了一个三维电磁场代码,此代码是基于MATLAB编写的,具有嵌入磁约束等离子体参数的潜力,这是当前商业软件所欠缺的。代码主要是通过求解电场积分方程完成对电磁场计算的。利用已经完成的电磁场分析部分模拟了双环型天线的回波损耗、表面电流和波谱等,并和CST MWS模拟的结果进行了对照,结果吻合得很好,验证了此代码在计算电磁场方面的可靠性。分析表明目前的ICRF天线有着进一步优化提升的空间,我们结合当前国内外对新型ICRF天线的探索和现有EAST中两套ICRF天线的特点,从天线的辐射阻抗出发,探索设计了环向多圈条带的ICRF天线。对于环向两条带的天线,在低频段有着较好的辐射性能,天线结构周围的最大电场值也较低,当然还有许多工程上的问题需要考虑。对新型天线的探索将为以后托卡马克中ICRF天线的设计提供参考。本文对ICRF天线的电磁性能方面的全面分析优化和对新型天线的探索将为托卡马克装置将来的天线设计提供一定的理论基础。