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。     

有限元法在表面波等离子体中的数值模拟应用

工业用平板型表面波等离子体( SWP)源具有大面积、高密度、高活性等优良性能,其建造之前必须进行结构优化,而对表面电磁波的数值模拟,可以辅助其优化设计.基于有限元法( FEM),采用Ansoft HFSS模拟软件,数值仿真了大面积矩形SWP源的电磁场空间分布.研究了开槽天线激发表面波场的特性,得出了表面波场的空间分布,...     

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.     

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。     

超低频天线设计中的运动感应噪声研究

为进一步改善超低频天线收信性能,建立了磁场天线的理想振动模型,分析了天线灵敏度设计对运动感应噪声的影响,详细推导了均匀灵敏度天线的运动感应噪声功率谱,并在相同条件下与抛物线型灵敏度天线作对比,对比结果表明,2种天线在不同频率和天线长度下诱发的噪声强度不同,但均匀灵敏度型天线诱发的噪声始终要多于抛物线型灵敏度天线。通过优化配置线圈的电磁结构,给出了实际天线灵敏度的设计方法。针对运动感应噪声功率谱影响较大的横向力分布谱密度,通过多项式拟合和指数拟合的方式设计了新的表达式,利用该表达式进行仿真实验,并在不同天线长度和潜艇航速下,与目前主流的横向力分布谱密度函数进行对比分析。仿真结果表明,数据拟合得到的运动感应噪声谱密度随着天线长度的增加而降低,随着潜艇航速的加快而增大;指数拟合方式诱发的运动感应噪声强度与主流表达式诱发的强度基本一致,多项式拟合方式诱发的运动感应噪声相对较低。     

等离子体振子天线输入阻抗的数值模拟

对使用等离子体代替金属用来构成最基本的天线振子的可行性进行了分析,参照传统金属天线积分方程的求解方法,代入等离子体特征参数对等离子体柱天线的输入阻抗进行了模拟,并分析了等离子体参数变化时对应输入阻抗的变化规律.数值模拟及XFDTD软件仿真的结果表明:等离子体天线阻抗会随着等离子体密度,碰撞频率等参数的变化而改变.利用该特性可建造动态配置的天线.     

垂直电偶极子在覆盖有等离子体的良导体上产生的电磁场的研究

研究了垂直电偶极子在覆盖有等离子体的良导体上产生的电磁场.总电磁场包括了直射波、理想反射波、侧面波和缺陷表面波.因为等离子体的折射系数是随频率变化的复杂函数,所以用于计算缺陷表面波的极点函数的解也是频率的函数.研究了频率对极点方程及其解的影响,并分别计算了直射波、理想反射波和侧面波之和、总场强、以及缺陷表面波的值.金属导体的表面在很宽的频率范围内可以等效为等离子体,本文的研究结果可以用来分析集成微带线电路或者微带天线表面的电磁场分布规律.     

表面波波导理论的研究

表面波是一种沿两媒质之界面传播的电磁波.本文论述了表面波波导理论的若干进展,重点放在平面结构和圆柱状结构的理论分析上.1899年,A.Sommerfeld最早提出,TM型表面波可沿一根具有有限电导率的无穷长圆柱导线传传输.1950年,G.Goubau最先在论文中论述了有电介质复盖的单导线的状态.上述的Sommerfeld线（SW）和Goubau线（GW）用在微波作远距传输或用作天线馈线.本文对平面的表面波结构、SW和GW作系统分析,使用一个统一的观点和方法——特征方程法.文中介绍了近年来使用的新原理,即用一根裸露的导线用来在太赫波波段传送电磁波.     

表面波波导理论的研究

表面波是一种沿两媒质之界面传播的电磁波.本文论述了表面波波导理论的若干进展,重点放在平面结构和圆柱状结构的理论分析上.1899年,A.Sommerfeld最早提出,TM型表面波可沿一根具有有限电导率的无穷长圆柱导线传传输.1950年,G.Goubau最先在论文中论述了有电介质复盖的单导线的状态.上述的Sommerfeld线(SW)和Goubau线(GW)用在微波作远距传输或用作天线馈线.本文对平面的表面波结构、SW和GW作系统分析,使用一个统一的观点和方法--特征方程法.文中介绍了近年来使用的新原理,即用一根裸露的导线用来在太赫波波段传送电磁波.     

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。     

等离子体柱天线的辐射特性

叙述了等离子体柱的产生,并对使用等离子体代替金属用来构成最基本的天线振子的可行性进行了分析。参考传统金属天线辐射场的求解方法,在简化的条件下求得了等离子体柱天线行波传输和驻波对称振子结构等离子体天线驻波传输的电场辐射方向图,结合方向图,分析了等离子体参数变化时对应辐射方向图的变化规律,证实了等离子体柱天线方向图的可控性,同时,也说明了利用等离子体柱天线进行信号传输有一定的应用价值。     

双鞍型天线与螺旋波等离子体的耦合距离对功率沉积的影响

采用自主编写的程序HWAP(helicon wave at plasma)模拟了双鞍型天线与均匀柱状螺旋波等离子体相互作用时耦合距离对功率沉积的影响。模拟结果表明:1)在一定实验条件下,双鞍型天线发射的波在等离子体中同时激发螺旋波和Trivelpiece-Gould(TG)波,控制天线耦合距离可改变TG波在等离子体边界附近的能量沉积分布;2)当天线耦合距离在一定范围内变化时(15.0~30.0 cm),耦合距离的大小能影响螺旋波和TG波在能量沉积过程中起的主导作用;3)当天线放置在等离子体中时,波在等离子体中沉积的总功率随耦合距离的增加而减少,当天线放置在等离子体边界和装置外壁之间时,总功率沉积先增加后减少,存在一个最佳耦合距离使功率沉积最大。     

等离子体振子天线辐射场的数值模拟

对使用等离子体代替金属用来构成最基本的天线振子的可行性进行了分析,得出了在一定条件下等离子体天线可以取代金属天线的结论,参照传统金属天线辐射场的求解方法,代入等离子体特征参数对等离子体柱天线的电场辐射方向图进行了模拟,并分析了等离子体参数变化时对应辐射方向图的变化规律.模拟结果表明:等离子体天线辐射方向图会随着等离子体密度、碰撞频率等参数的变化而改变.等离子体天线因此具有辐射方向可控的特点.     

非均匀磁化等离子体中电磁波的吸收特性研究

研究了磁化、稳定、二雏、非均匀等离子体中电磁波的吸收特性，讨论各种等离子体参数对吸收功率的影响；对每一分层的反射功率和透射功率进行了计算，得到吸收功率取决于电子密度、碰撞频率以及入射波的传播角．非均匀等离子体用分层来模拟．假定每一分层的电子密度为常数，但总的电子密度服从抛物线分布.     

微波等离子体的双探针诊断

在各等离子体中微波等离子体有电离度高,电子密度高等优良性能,其性能使微波等离子体的应用越来越广泛。微波等离子体相关参数的诊断研究也逐渐得到人们的重视。文章介绍了微波等离子体的探针诊断技术,设计了一个双探针自动诊断系统,其中ICL8083芯片作为信号发生器（产生三角波和方波）,高度集成化的ADUC845芯片作数据处理器并接入计算机,经扫描采样得到离子密度波形和电压波形,取得了较好的实验结果。     

等离子喷涂ZrO28Y2O3和NiCrAlY表面激光散射实验研究

针对两种等离子热喷涂涂层ZrO2 8Y2 O3和NiCrAlY (金属基底 )的不同粗糙表面的实验样品进行了激光空间散射场实验研究 .采用了He Ne激光光源 (波长λ =6 33.0nm ;激光功率P =2mW ) .将激光束倾斜一定角度直接照射到实验样品上 ,在不同散射角和不同散射空间距离位置上用面阵CCD传感器探测空间散射光场分布 .实验结果表明 :不同散射方向的空间散射光场分布是不一样的 ,从而为进一步利用光学方法测量热喷涂涂层工业参数 ,诸如涂层厚度 ,表面形态等提供了一定的实验依据