【摘要】：射頻大氣壓放電具有擊穿電壓低、輝光放電均勻、密度高等優(yōu)點(diǎn),但放電中氣體溫度高的缺點(diǎn)限制了它的應(yīng)用領(lǐng)域。脈沖調(diào)制射頻大氣壓放電解決了連續(xù)波射頻大氣壓放電中氣體溫度高的問題,但是同時(shí)產(chǎn)生了不期望的不均勻斑圖放電。在課題組現(xiàn)有阻抗匹配條件下進(jìn)行脈沖調(diào)制放電時(shí),發(fā)現(xiàn)小范圍改變載波頻率影響放電斑圖時(shí)空穩(wěn)定性。初步分析認(rèn)為放電斑圖不穩(wěn)定性不僅與載波頻率有關(guān),還可能與阻抗匹配(匹配方式、匹配元件阻值)有關(guān)。在連續(xù)波射頻放電中已發(fā)現(xiàn),隨著激勵(lì)頻率升高,α模式放電范圍增加,脈沖調(diào)制下載波頻率對(duì)α-γ模式轉(zhuǎn)換的影響尚需進(jìn)一步研究。不同頻率下的放電阻抗還與其他具體放電條件有關(guān),不僅需要不同的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò),最佳阻抗網(wǎng)絡(luò)參數(shù)也需要具體研究。另外,隨著頻率升高,雜散參數(shù)對(duì)射頻電路的影響增大,阻抗匹配更加復(fù)雜。為了課題組將來研究載波頻率對(duì)脈沖調(diào)制射頻大氣壓放電斑圖以及α-γ模式轉(zhuǎn)換的影響,本文研究了不同激勵(lì)頻率下射頻放電的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò),分析了不同匹配網(wǎng)絡(luò)及激勵(lì)頻率對(duì)匹配帶寬和能量傳輸效率的影響,并提出了優(yōu)化阻抗匹配方法。具體的研究內(nèi)容以及得到的結(jié)論如下:1.研究了不同激勵(lì)頻率下射頻放電的阻抗匹配。設(shè)計(jì)了3 MHz-40 MHz頻率范圍的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):在相同激勵(lì)頻率下,匹配網(wǎng)絡(luò)中的電感越小,匹配網(wǎng)絡(luò)的帶寬越大,放電系統(tǒng)也更穩(wěn)定。2.在連續(xù)波以及脈沖調(diào)制放電條件下,比較了射頻功放面板數(shù)顯功率P_(AR)、Z-Scan測(cè)量功率P_(zscan)和等離子體平均吸收功率(?)_(pa)。在連續(xù)波放電時(shí),P_(AR)P_(zscan)(?)_(pa),三個(gè)功率值呈準(zhǔn)線性關(guān)系;在脈沖調(diào)制放電時(shí),P_(AR)隨占空比的變化偏離線性,且功率數(shù)值高于真實(shí)值;P_(zscan)、(?)_(pa)隨占空比的變化均呈準(zhǔn)線性,低占空比下的P_(zscan)小于(?)_(pa),與射頻能量傳輸矛盾。經(jīng)分析知:射頻功放面板功率計(jì)、Z-Scan采用連續(xù)波測(cè)量模式,內(nèi)部濾波電路的影響不能準(zhǔn)確測(cè)量脈沖功率,只能用于實(shí)驗(yàn)中功率高低的簡單指示。3.研究了匹配網(wǎng)絡(luò)和激勵(lì)頻率對(duì)匹配帶寬及能量傳輸效率的影響,得到以下結(jié)論:(a)在相同的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)下,激勵(lì)頻率越低,頻帶越寬。(b)在相同激勵(lì)頻率下匹配網(wǎng)絡(luò)中的電感越小,對(duì)應(yīng)歐姆損耗越低,電流諧波分量更大,匹配網(wǎng)絡(luò)的能量傳輸效率越高。(c)在正常輝光放電區(qū),能量傳輸效率隨著等離子體吸收功率增加而快速增大,當(dāng)放電由正常輝光放電區(qū)進(jìn)入反常輝光區(qū)時(shí),能量傳輸效率取得局部最大值,在反常輝光區(qū),隨等離子體吸收功率的增加,能量傳輸效率基本保持不變,當(dāng)放電進(jìn)入γ模式,在α-γ模式轉(zhuǎn)變點(diǎn),能量傳輸效率有一小段激增再趨于平緩。(d)在3 MHz-40 MHz頻率范圍,能量傳輸效率隨著激勵(lì)頻率的增加而提高。隨激勵(lì)頻率增加,一方面,趨膚效應(yīng)導(dǎo)致匹配網(wǎng)絡(luò)中電感的有效過流面積降低,但阻抗匹配所需要的電感(長度)減小,電感的實(shí)際有效電阻下降,對(duì)應(yīng)的歐姆損耗降低。另一方面,隨著激勵(lì)頻率增加,電子捕獲效應(yīng)增強(qiáng),等離子體吸收電阻增加。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O53;O461

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本文編號(hào)：2628132