TEM模式同轴谐振腔低气压放电蒙特卡罗仿真和实验研究

随着无线通信系统高频小型化的发展趋势,对微波滤波器设计提出更为严苛的要求。其中功率容量作为衡量滤波器性能的重要指标,在滤波器尺寸不断缩小的情形下面临严峻的挑战。谐振器作为滤波器基本组成单元,对单一谐振器的功率容量准确预测十分重要。本文针对工作频率在2.6 GHz的TEM模式同轴谐振器,将电容加载的耦合结构近似为平行平板结构,利用单粒子蒙特卡罗方法仿真获得同轴谐振器临界击穿电场,实现了对该结构同轴谐振腔的低气压放电功率阈值仿真预测。对所设计同轴谐振腔开展低气压放电实验研究,获得了100～1000 Pa气压范围内击穿功率阈值随气压的变化关系实验曲线,并验证了单粒子蒙特卡罗仿真预测方法的准确性。     

空气中微波击穿电场的计算

本文采用扩散控制的微波击穿模型,计算了低气压空气的微波击穿电场.为获得简单而直观的计算方法,利用了直流场中的气体放电基本参量,给出了微波击穿电场的计算过程.通过合理的数学处理,推导出计算微波击穿电场的简单公式.计算结果显示,微波击穿电场与气压的关系呈现出典型的帕邢曲线,即在某个气压时击穿电场最小.最低击穿电场及其对应的气压,也以简单公式的形式在文中给出.用简单公式计算出的击穿电场与文献的实验结果基本符合,表明简单公式是正确的.在此基础上,探讨了影响击穿电场的因素.结果表明,等效直流电场和电子平均温度均与微波频率无关,它们均是气压与特征扩散长度乘积的函数.微波击穿电场并不是气压与特征扩散长度乘积的函数,而是分别受气压、微波频率、特征扩散长度的影响.频率越高,击穿电场越大.特征扩散长度越大,击穿场强越小.     

影响气体击穿场强阈值的参数分析

等离子体与电磁脉冲(EMP)相互作用时,可以忽略电磁脉冲磁场对等离子体的影响以及电磁脉冲对等离子体中离子的影响,主要研究电磁脉冲电场对等离子体中电子的影响。考察了电磁脉冲与等离子体相互作用时外加电磁脉冲场强导致气体进一步电离的电场强度阈值。根据物理过程建立了描述击穿电场强度阈值的物理方程,由方程得出影响击穿电场强度阈值的主要参数。并针对不同气体,分别对击穿场强阈值的容器参数进行了研究。结果表明:在低气压范围内,电磁脉冲与特定气体作用时,击穿场强阈值随圆柱容器半径增大而减小,随圆柱容器长度增大趋于稳定值,电磁脉冲与不同种类气体作用时,He具有所列气体中最高击穿阈值,Xe具有所列气体中最低的击穿阈值。     

棒尖端外形对低气压下棒-板短间隙放电特性影响研究

为研究棒尖端外形对低气压下棒-板短间隙放电特性的影响,利用低气压放电试验平台针对锥尖头、球头、平头三种棒电极在2~20 kPa气压范围内200~400 mm短间隙进行工频放电试验研究,并对棒尖端外形对击穿电压、电晕和等离子体通道外形的影响进行分析。研究结果表明:棒尖端外形对低气压下棒-板短间隙放电特性影响显著。在2~20 kPa气压范围内随气压升高,相同间隙距离不同棒尖端下的击穿电压幅值差逐渐增大;锥尖头和平头棒尖端电晕层存在电离集中点;球头和平头棒相对锥尖头棒-板间隙等离子体通道而言较粗且偏移角较大,等离子体通道末端与板电极存在较多接触点并呈现"多分支"状。研究成果对低气压下放电试验电极布置具有参考意义。     

利用电子回旋共振放电提高氢原子制备效率方法研究

基态氢原子的制备是氢原子钟工作的基础,提高氢原子的生成率极为重要.针对电离泡内氢等离子体中的原子成分不易直接被探测的情况,本文将软件仿真模拟与实验光谱诊断相结合,研究泡内原子成分.采用COMSOL软件建立射频感应耦合等离子体(ICP)和微波电子回旋共振(ECR)两种放电模型,模拟了一定输入功率、不同气压下氢等离子体中原子密度的分布规律.根据仿真模型,使用ICP和ECR两种电离源在通氢的石英制电离泡内形成等离子体,测量了一定输入功率、不同气压下的辐射光谱强度.结果表明,15 W输入功率、8 Pa~14 Pa气压时,微波ECR放电产生的原子密度明显高于射频ICP放电,可知此时微波ECR放电能更高效地产生氢原子.该研究显示出微波ECR放电在氢原子钟上的应用前景.     

射频容性耦合等离子体阻抗影响因素研究

为了进一步探索射频容性耦合放电等离子体,本文建立了以容性耦合等离子体(CCP)为基础的板-板电极一维轴线简化仿真模型。仿真采用氦气为工作气体,使用约化电子传递属性并忽略重粒子对流,利用有限元算法,综合讨论了一定范围内放电参数(气体压强、输入功率、电极直径以及间隙长度)变化时,放电等离子体阻抗的变动情况,并根据仿真所得数据进行理论分析。结果表明:四种仿真条件下的等离子体均呈现容抗特性;当气压升高、放电间隙长度变大时,初期均有利于碰撞电离的发生,而后将成为限制因素,使得等离子体阻抗呈现先减小后升高的变化趋势;当电极直径增大、输入功率增加时,初期等离子体阻抗均呈下降趋势,但后续变化趋于平稳。     

低气压下工频放电等离子体发展特性研究

为研究低气压下棒-板长间隙工频放电等离子体通道发展过程及外部特征,本研究提出利用自行研制的以聚丙烯为主体的低气压放电腔进行工频放电试验,并分析了800 mm棒-板间隙在100 Pa,200 Pa,500 Pa,1 kPa,2 kPa,4 kPa六个气压值下的等离子体通道发展过程及其外部特征。研究结果表明:电子自由行程变化对棒-板电极工频放电等离子体通道发展过程及外部特征影响显著。在100 Pa~4 kPa气压范围内随气压升高,击穿前板电极起始等离子体通道占放电间隙比例先升后降,击穿后持续等离子体通道外形变化经历"条纹状-间断状-连续状"三个阶段。研究结果为低气压下等离子体机理研究以及低气压下长间隙工频放电实验提供参考。     

离子推力器非预期电击穿的主要诱发因素及机制

离子推力器的非预期电击穿直接影响其工程应用的工作可靠性.在阐明非预期电击穿基本问题现象及后果的基础上,从电极表面金属微凸结构、低气压环境、等离子体环境、电极间漂浮颗粒物、电极间绝缘体(层)等五个方面梳理了诱发非预期电击穿的主要因素;针对主要诱发因素具体讨论了场增强电子发射、低气压放电、材料热蒸发及电离、电子反流、带电粒...     

从Ⅰ-Ⅴ曲线判断大气压射频介质阻挡放电模式

实验以氩气和氩气掺杂氮气作为放电气体,在大气压条件下使用13.56 MHz射频电源进行双介质以及单介质阻挡放电。实验记录了气体击穿后随电源功率增大的Ⅰ-Ⅴ曲线,同时使用ICCD照相机以及单反相机给出了相应的放电照片。研究发现氩气双介质放电在电源最大功率内均为均匀辉光放电,并且可以从Ⅰ-Ⅴ曲线明显判断出放电从α模式到γ模式的转变。在氩气单介质放电以及氩气掺杂氮气的双介质和单介质放电中,均出现了丝状放电,在放电模式的转变过程中Ⅰ-Ⅴ曲线均呈现出明显的不同特点。本文分析认为,从Ⅰ-Ⅴ曲线基本可以判断出大气压介质阻挡放电从α模式到γ模式的转变以及是否存在丝状放电。     

常压微波等离子体激发过程的数字研究

基于常压微波等离子体产生装置的三维数字模型用于分析等离子体产生过程中电场、反射系数等物理参数的变化和等离体的特性。三维数字模型建立在包括气体放电物理过程、边界条件和工作气体碰撞反应等大量的电磁学、流体力学、化学以及分子动力学的学科理论模型基础上，对多个参数进行耦合计算。计算结果表明：等离子体的激发是一个快速、剧烈的过程，在2.5×10-7^s时，放电区域的气体电离达到最高峰，0.1 s时等离子体就已趋于稳定。同时激发气体产生等离子体所消耗的微波功率在等离子体激发过程中先急速增大，到达峰值后缓慢减小。     

用于中子管的微波离子源放电特性的仿真研究

微波离子源作为一种无阴极离子源,与潘宁离子源相比具有电离度高、形成的等离子体密度高、寿命长等优点。为了深入了解用于中子管微波离子源的放电特性,根据微波离子源的放电原理,设计中子管微波离子源的几何结构和所需磁铁的结构。结合Comsol多物理场仿真软件中的二维轴对称的AC/DC模块和微波等离子体模块,采用控制变量法,通过仿真实验探究了放电气压、微波输入功率、放电腔室大小以及放电腔室外壁材料对电子密度的影响,总结了电子密度在不同参数下的规律,将为中子管微波离子源的实验和设计提供重要支撑。     

用于中子管的微波离子源放电特性的仿真研究北大核心CSCD

微波离子源作为一种无阴极离子源,与潘宁离子源相比具有电离度高、形成的等离子体密度高、寿命长等优点。为了深入了解用于中子管微波离子源的放电特性,根据微波离子源的放电原理,设计中子管微波离子源的几何结构和所需磁铁的结构。结合Comsol多物理场仿真软件中的二维轴对称的AC/DC模块和微波等离子体模块,采用控制变量法,通过仿真实验探究了放电气压、微波输入功率、放电腔室大小以及放电腔室外壁材料对电子密度的影响,总结了电子密度在不同参数下的规律,将为中子管微波离子源的实验和设计提供重要支撑。     

He-Ar潘宁过程对表面波等离子体柱功率的影响

由单极驱动的表面波等离子体(Surface-wave-sustained plasma,SWP)是近年发展起来的一种低气压、高密度等离子体,这种技术非常适用于等离子体天线等领域.本文介绍了一种简易实用的SWP源,研究了He-Ar组成的潘宁气体对于表面波等离子体柱的放电起始功率及维持功率的影响.测试了不同潘宁气体配比时的等离子体密度和等离子体温度.研究结果表明,应用合适配比的潘宁气体对于等离子体特性有很大影响,它可以有效地降低放电起始功率和放电维持功率,提高等离子体密度,等离子体温度略降低.     

细长石英管内直流放电等离子体研究

利用朗缪尔双探针等离子体诊断方法,研究了细长石英管内的低气压直流放电行为,探讨了细长管空间内的放电条件对等离子体参数的影响规律。结果表明:通过提高放电功率和增加阴极数目可以有效的提高等离子体密度,且当放电气压为100 Pa时,电子密度最大,本装置所测最大密度为1.03×10~(17)m~(-3);电子温度则随着放电功率和放电气压的增大而不断减小;放电距离越远,对击穿电压要求越高,分段式放电可以在较低的放电电压下,对较远的电极距离实现直流放电。     

不同气压下微间距气体放电特性分析

为了研究不同气压下微间距气体放电的过程,在1-100 kPa的可变气压环境下,在1-100 μm的电极间距范围内进行气体放电实验并对实验结果进行分析.在电极间距小于100μm,pd小于80 Pa· cm左右时,随着电极间距的减小,击穿曲线与传统Paschen曲线偏差增大,此时相同pd值对应多个击穿电压.分析各电极间距在...     

螺旋波等离子体放电特性的射频补偿朗缪尔单探针测量研究

采用射频补偿朗缪尔单探针研究了螺旋波放电中功率、气体压强、磁场强度等对等离子体参数的影响。结果表明,随着功率的增大,等离子体密度会出现两次明显的跳跃,分析认为放电模式经历了由容性模式到感性模式和波模式转变过程。实验发现磁场的增大、放电压强的增大都可以使模式转变的功率阈值提前。同时,在天线上端的测量到低场密度峰的存在,并进行了气压和功率的影响的研究,认为低场峰主要是由螺旋波放电模式引起。     

容性耦合射频(CCRF)放电等离子体特性实验研究

利用自行研制的传感器和测量装置 ,通过对射频放电电压电流以及其相位角的测定 ,算出放电管的总阻抗 ,结合放电管的等效电路 ,对容性耦合射频 (CCRF)激励激光器放电特性进行研究 ,得出容性耦合射频激励激光器等离子体的伏安特性的曲线 ,以及等离子体电阻、容抗与气体压强、放电电流之间的实验曲线 ,在Godyak射频放电模型的基础上得出等离子体的电子密度 ,并同内置铜电极射频激励铜离子激光器阻抗特性进行了比较。     

100Pa下800mm棒-板间隙放电等离子体外部特征研究

为研究低气压下长间隙放电等离子体通道外部特征,利用试验平台对100 Pa下800 mm棒-板间隙交、直流放电进行观测,并对放电通道发展过程及其外部特征进行研究。研究结果表明:50 Hz交流和正极性直流电压下等离子体通道发展过程及通道外形差异显著,交流电压下等离子体通道自棒、板电极双向发展并双向消散,击穿后通道呈纺锤形且存在明暗条纹;正极性直流电压下等离子体通道自棒电极向板电极单向发展并向棒电极单向消散,击穿后通道呈亮度均匀的圆柱形。研究结果为低气压下长间隙放电特性研究提供参考。     

关于气体放电噪声源超噪比误差分析的几个问题

一、引言气体放电噪声源主要用于测量微波接收、放大系统的噪声系数,或作为微波噪声功率的参考标准。因此,源的超噪比是一项关键性参数。这里,就放电噪声源超噪比误差分析的理论、方法和步骤谈谈我们的认识,供有关同志参考。二、理论考虑在微波频段使用最广泛的传输线只有矩形波导和同轴线。相应地,放电噪声源有波导噪声源和同轴噪声源。实际上,广泛使用的是,O—10°,E—面插入的波导噪声源和螺旋线慢波系统的同轴噪声源。对于这两种源,有人     

容性耦合射频（CCRF）放电等离子体特性实验研究

利用自行研制的传感器和测量装置，通过对放射频放电电压电流以及其相位角的测定，算出放电算的总阻抗，结合放电管的等效电路，对容性耦合射频（CCRF）激励激光放电特性进行研究，得出容性耦合射频激励激光器等离子体的伏安特性的曲线，以及等离子体电阻，容抗与气体压器，放电电流之间的实验曲线，在Godyak射频放电模型的基础上得出等离子体的电子密度，并同内置铜电极射频激励铜离子激光器阻抗特性进行了比较。