等离子体径向压力分布对射频波功率吸收影响

为建立高效稳定的螺旋波等离子体源,提高离子风暴发动机推进效率,需要对射频波在等离子体中的能量耦合机理进行研究。基于气体工质电离后被射频加热的稳态过程,在管中等离子体密度呈抛物线分布条件下,研究了等离子体对Nagoya III型射频天线激发出的射频波功率吸收情况。运用Helic程序对应每个轴向波数kz求解管内电磁场相关的4个径向耦合微分方程,得到能量吸收、波电磁场和电流密度沿不同方向分布情况。通过分析不同压力构型对螺旋波等离子体内能量沉积、波电磁场和电流密度的影响,结果发现:正压力梯度下,射频波透入等离子体径向距离增加,但功率沉积减少,波磁场强度沿各向分量均有所增大。压力梯度的存在使得波电场和电流密度在管壁附近显著增大。     

两种螺旋波天线对非均匀等离子体波场结构的影响

基于气体工质电离后被射频加热的稳态过程,在石英管中等离子体沿径向不均匀分布条件下,研究分析了1Loop型和Boswell型等2种螺旋波天线激发出的射频波功率对波场结构的影响情况。运用Helic程序求解管内电磁场相关的4个径向微分方程,得到波电场和波磁场的分布情况。通过分析两型天线对螺旋波等离子体波场结构的影响,对比2种天线的性能。结果发现:L型天线激发的波场属于强静电弱磁波场,B型天线激发波场则属于强静电强磁波场;B型天线相比L型天线能够在天线覆盖范围内产生强波电场,该天线下更多功率耦合进了等离子体中。L天线激发波电场受密度梯度影响显著,L天线对靠近壁面处等离子体影响范围大于B天线,B型天线激发波场能量更强。     

数值模拟天线与等离子体的耦合过程

采用等离子体平板模型和三维天线模型研究JET装置中离子回旋频段的天线与等离子体的耦合过程, 在离子回旋波被等离子体全部吸收的假设条件下, 通过数值求解等离子体中的快磁声波方程,得到天线耦合到等离子体的总功率随天线到外金属壁的距离的增加而增加.     

径向温度和压强分布对螺旋波等离子体能量分布和场型的影响

针对射频波加热等离子体的稳态过程,考虑等离子体径向密度呈抛物线分布和高斯分布,分析讨论了径向压强和温度分布对两种密度分布的螺旋波等离子体内功率沉积以及电场和电流密度的分布影响.考虑正梯度、负梯度和零梯度三种梯度模型.通过研究表明:正温度梯度更有利于等离子体中心处的功率的吸收;正压强梯度增大了等离子体边缘处感应电场,减小了中心处电流密度,并减弱了边缘处功率沉积,波能量耦合深度加深,更有利于中心处功率的耦合吸收;等离子体径向密度为高斯分布时,等离子体边缘处电场强度较高,电流密度较小,射频波在边缘处沉积能量较少且变化不大,进而造成波能量的耦合深度大大增加;等离子体径向密度为抛物线分布时,等离子体中心处和边缘处功率沉积较大,其中边缘处附近功率沉积尤为突出且明显高于高斯分布时的.三种温度和压强分布对两种密度结构的等离子体中电场强度与电流密度分布与变化趋势影响基本相似,由此证明m=1模式的稳定性.     

螺旋型天线螺旋波等离子体特性研究

为提高等离子体密度和工质气体电离率,本文采用螺旋天线产生的螺旋波激励Ar等离子体,并利用射频补偿Langmuir探针分析了等离子体的离子密度和电子温度特征.试验结果表明,气压增加的同时,随着功率的升高,螺旋波等离子体出现放电模式转换,提前进入螺旋波放电模式.在1.0 Pa压强下,当射频功率达到400 W时,等离子体进入螺旋波放电模式,此时扩展区域的等离子体密度超过1×10¹⁸ m^-3.电子密度在放电管中心区域最高,并沿径向逐渐降低.本文的研究结果将为大体积H₂螺旋波等离子体提供依据和经验.     

基于格子Boltzmann方法研究扩散作用对螺旋波的影响

基于格子玻尔兹曼方法的D2Q9模型,研究激发系统中扩散作用对螺旋波演化行为的影响.数值计算结果显示：保持系统其它参数不变,改变快变量的扩散系数Dy,系统中的螺旋波由圆形向方形转变且波臂变粗,系统能量随Dy的增大而逐渐减少,但总量仍然足以维持系统螺旋波稳定;保持系统其它参数不变,改变慢变量的扩散系数Dx,系统中可以演化出稳定螺旋波、小螺旋波和混沌态3种斑图,系统能量随Dx的增大急剧减少;当Dx＝0.24时,可观察到系统中长臂螺旋波排斥短臂螺旋波现象,Dx增大到一定值时,系统将由激发系统向振荡系统转变.     

托卡马克中天线与等离子体的耦合研究

采用平板等离子体模型结合三维天线模型研究了托卡马克装置中离子回旋频段的天线与等离子体的耦合问题,考虑等离子体中传播的快磁声被全部吸收, 通过数值求解快磁声波方程,得到天线耦合功率谱和耦合电阻,发现不同谱分量的偶合功率有很大差别,天线的耦合效率主要取决于天线的机制及等离子体参数.     

ECCD中的俘获电子效应

通过对聚变堆级条件下的电子回旋波电流驱动(ECCD)进行模拟,研究了俘获电子效应对电流驱动及功率沉积的影响。结果表明:俘获电子会吸收更多的波功率,使波功率的沉积更加集中,并且使电流驱动效率明显降低。     

随机非对称耦合控制螺旋波和时空混沌

通过引入随机非对称耦合方法对螺旋波和时空混沌进行控制,数值模拟结果表明:在选择适当的控制参数下,螺旋波和时空混沌能被控制并最终达到稳定的靶波态,实现了对螺旋波和时空混沌的有效控制,在一定的耦合强度c和随机耦合概率p下,两个不同的系统之间存在相同步和完全同步现象,通过计算瞬时平均相位差△φ和泊松系数γ进一步验证了这一现象...     

外加磁场对小功率电感耦合微波微等离子体激励的影响

为使小功率微波微等离子体源进一步小型化,提出了通过外加磁场减小微波微等离子体激励功率的方法。首先对2.45GHz平面微带渐变螺旋天线进行数值仿真,得到最佳结构尺寸;其次在螺旋天线上加载高斯磁感应强度分别为360、990和2 840Gs的环形磁铁,测试得到加载磁场前后的S参数;最后通过改变磁铁及磁极方向,研究其对小功率电感耦合微波微等离子体激励的影响。实验结果表明:当空气气压为666.6Pa时,磁场强度和磁极方向均可使小功率微波微等离子体的激励功率和熄灭功率发生变化,且磁铁S极朝外更有利于激励;随着磁场强度的增大,激励功率逐渐减小;外加磁场时的最小激励功率比未加载磁场时的激励功率减小了15%。该研究结果在微化学分析系统、小尺寸材料的表面处理等领域具有良好的应用前景。     

表面波等离子体天线物理特性的理论分析

根据表面波驱动等离子体的方法,建立一种表面波等离子体天线实验系统装置.在该实验系统中,根据等离子体天线的典型实验参数条件,从理论上对该表面波等离子体天线的特性进行了分析,包括:等离子体的电子温度、等离子体密度及其沿等离子体柱的分布情况、等离子体噪声及其对天线噪声的影响,以及等离子体天线的实际长度和导电率与表面波驱动的射频功率的关系.分析结果表明,等离子体圆柱的长度因射频功率的方根增加而增长,而沿圆柱的导电率呈线性关系.     

无线超压测试系统平地天线传输性能研究

针对冲击波测试的高效、准确和安全性需求,利用4G无线通信技术和存储测试方法研制出一套无线冲击波超压测试系统.开展了平地天线传输性能研究,建立了表征参考信号接收功率与任意传输距离关系的自由空间修正模型.验证实验结果表明,理论值与实验值吻合良好,参考信号接收功率随着传输距离的增大而减小.在一定范围内,平地影响因子随着接收端天线高度的增大而减小,自由空间传输路径损耗随之减小,而参考信号接收功率随之变大.      

分布式天线系统中基于天线选择的能量效率优化

为了进一步解决无线通信系统的能量消耗问题, 以分布式天线系统单小区为模型,提出了一种将天线选择和功率分配技术相结合的最大能量效率优化算法(max-ANPO-EE算法):通过选取用户一定距离范围内的天线后,利用拉格朗日函数和次梯度得到各个天线的最优发送功率,从而推导出相应的能量效率性能表达式,得到最优的能量效率.仿真结果表明:在用户和天线随机分布的单蜂窝小区网络内,max-ANPO-EE算法能获得比较好的性能.     

圆柱型谐振腔最大电磁能量耦合方法

利用微波谐振腔的谐振频率随腔内介质不同而变化这一特性可以实现液体、气体介电常数的精确测量,其中微波谐振腔与外波导的能量耦合程度将直接影响整个测试系统的性能和精度.根据电磁波在波导中的传播特性建立微波谐振腔的耦合模型.通过对谐振腔的耦合孔和波导耦合面电磁能量的仿真与分析,选择最佳匹配连接方式,使谐振腔有最大的电磁能量输出.仿真实验证明,连接波导中心与谐振腔耦合孔中心重合处不是电磁能量最大耦合位置,只有连接波导中心偏离谐振器耦合孔中心一定位置才能得到电磁能量的最大耦合.     

反应气压对氢化非晶氮化硅薄膜的发光特性影响

采用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HWP-CVD)技术制备了氢化非晶氮化硅(a-SiNx:H)薄膜,利用光致发光谱(PL)和傅里叶红外吸收谱(FTIR)研究了不同气压条件下所形成薄膜的发光特性.结果表明,在较高气压条件下,所沉积薄膜的发光峰位在2.5 eV附近;减小气压使薄膜的沉积速率下降,其内部原子微观结构发生变化,薄膜的发光峰位在3.05 eV处,其半高宽为1.48 eV.     

用于无线局域网的双频印刷天线

设计了一种用于2.4/5.2 GHz无线局域网频段,且具有分集功能的双频天线,天线有两个C形印刷单极子组成.每个C形印刷单极子有两条谐振路径,每条谐振路径对应一个谐振频率,因此,该天线可以工作在无线局域网的两个频段.天线的两个C形印刷单极子相互垂直,一方面接收不同极化方向的电磁波,另一方面可以减少两个印刷单极子之间的耦合.天线背面的地有一个T形的金属导带用于隔离天线的两个端口,天线的两个C形印刷单极子关于T形的金属导带呈对称分布.天线具有双频工作的能力,在其工作的每一个频段内,该天线都具有两个隔离度比较高的端口.因此,该天线具有空间分集的功能,并能够对无线通信中的多径衰落问题有所抑制.     

充压壳体在爆炸冲击波作用下的毁伤特性研究

为了得到充压壳体在爆炸冲击波作用下的毁伤规律,利用LS/DYNA软件,研究了充压壳体在爆炸冲击波作用下的毁伤模式。首先,利用数值模拟对比验证了柱壳在侧向爆炸载荷作用的三种毁伤模式;然后,考察了在炸药当量不变的情况下,不同壳体内压、不同炸距对壳体中心点位移的影响。结果表明:数值模拟结果与试验结果可以很好地吻合,能够准确反映壳体的毁伤特性;当壳体内压保持不变时,壳体中心点位移随着炸距的增大而减小;并且当炸距大于某一临界距离时,壳体中心点位移存在回弹区。当炸距保持不变时,壳体中心点位移随着内压的增大而减小;并且当壳体内压大于某一临界压力时,壳体中心点位移存在回弹区。研究结果可为毁伤评估及目标防护设计等提供了一定的参考。