本文選題：等離子體 + 空心陰極放電��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：近些年,電磁波與等離子體相互作用因其在火箭尾焰微波衰減、再入飛行器通信、等離子體微波診斷等領(lǐng)域的應(yīng)用而受到廣泛關(guān)注。針對(duì)電磁波和等離子體相互作用的地面實(shí)驗(yàn)研究具有成本低,可重復(fù),狀態(tài)可調(diào)等特點(diǎn),逐漸受到重視,這些實(shí)驗(yàn)研究能夠?yàn)槔碚撃Ｐ偷尿?yàn)證提供有力依據(jù)。而電磁波與等離子體相互作用的理論框架構(gòu)建已日臻完善,大量的數(shù)值模擬工作被報(bào)道,但有關(guān)電磁波與等離子體的相互作用的實(shí)驗(yàn)研究相對(duì)較少�；诖�,本課題通過(guò)設(shè)計(jì)并搭建較大尺寸的同軸網(wǎng)格空心陰極放電等離子體系統(tǒng),建立了電磁波在該等離子中的傳輸模型,配合微波傳輸系統(tǒng),研究了電磁波在不同等離子體環(huán)境中傳輸特性,并利用電磁波經(jīng)過(guò)等離子體后相位和振幅的變化對(duì)等離子體進(jìn)行診斷,提出了一種用于等離子體的多診斷方法。本論文首先設(shè)計(jì)并搭建一種新型的空心陰極放電等離子體裝置,利用同軸網(wǎng)格電極產(chǎn)生大尺寸密度均勻的弱電離碰撞等離子體,整個(gè)等離子體系統(tǒng)包含進(jìn)氣系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、中頻交流電源系統(tǒng)以及Langmuir探針診斷系統(tǒng)。研究了整個(gè)系統(tǒng)的工作模式,不同氣氛的工作狀態(tài)并利用系統(tǒng)自帶的Langmuir探針測(cè)試了等離子體的基本參數(shù),并與光譜診斷方法進(jìn)行對(duì)比,提出了一種有關(guān)等離子體的多診斷方法,為電磁波和等離子體相互作用相關(guān)研究奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。理論研究了同軸網(wǎng)格空心陰極等離子體電磁波傳輸特性,分析了同軸網(wǎng)格空心陰極放電等離子體的基本特征,建立了電磁波與等離子體相互作用的傳輸模型,利用電磁場(chǎng)的時(shí)域有限差分(FDTD)的方法,研究了等離子體電子密度、等離子體碰撞頻率以及等離子體的尺寸對(duì)電磁波傳輸特性的影響,闡釋了電磁波與等離子體相互作用的物理機(jī)制,為電磁波和等離子體相互作用的實(shí)驗(yàn)研究提供理論指導(dǎo)。設(shè)計(jì)并搭建了寬頻微波傳輸系統(tǒng),利用同軸網(wǎng)格空心陰極放電裝置,對(duì)電磁波在空心陰極等離子體中傳輸展開了實(shí)驗(yàn)研究。針對(duì)不同放電功率和放電壓強(qiáng)下的電磁波透射系數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量,分析了在限定等離子體體積的前提下,電磁波傳輸特性的影響因素,并與理論計(jì)算模型相互比較,證明電磁波在等離子體中傳輸與電子密度和碰撞頻率有直接關(guān)系;同時(shí),針對(duì)不同等離子體放電條件下電磁波傳輸?shù)南辔蛔兓M(jìn)行研究,證明等離子體的電子密度和碰撞頻率在影響電磁波透射相位變化中起到?jīng)Q定性作用。最后,研究了微波經(jīng)過(guò)等離子體后的透射衰減和相位變化,提出了一種可用于同軸網(wǎng)格空心陰極放電等離子體的微波診斷方法,測(cè)試了不同放電條件下電磁波在等離子體中傳輸?shù)耐干渌p和相位變化規(guī)律,對(duì)等離子體基本參數(shù)(電子密度、電子溫度)進(jìn)行診斷,并與Langmuir探針診斷方法進(jìn)行對(duì)比,證明了微波診斷的準(zhǔn)確性,完善了等離子體的多診斷方法。
[Abstract]:In recent years, the interaction between electromagnetic wave and plasma has attracted wide attention due to its applications in the fields of microwave attenuation of rocket tail flame, reentry vehicle communication, plasma microwave diagnosis and so on. Due to the characteristics of low cost, repeatability and adjustable state, the ground experiments on the interaction between electromagnetic waves and plasma have been paid more and more attention. These experimental studies can provide a powerful basis for the verification of theoretical models. However, the theoretical framework for the interaction between electromagnetic waves and plasma has been constructed, and a large number of numerical simulations have been reported, but there are few experimental studies on the interaction between electromagnetic waves and plasma. Based on this, a large coaxial grid hollow cathode discharge plasma system is designed and built in this paper, and the transmission model of electromagnetic wave in the plasma is established, which is combined with microwave transmission system. The propagation characteristics of electromagnetic waves in different plasma environments were studied. The plasma was diagnosed by the changes of the phase and amplitude of electromagnetic waves after the plasma. A multi-diagnosis method for plasma was proposed. In this paper, a new type of hollow cathode discharge plasma device is designed and built, which uses coaxial grid electrode to produce large scale weakly electrically dissociated plasma with uniform density. The whole plasma system consists of intake system and vacuum system. If AC power supply system and Langmuir probe diagnostic system. The working mode of the whole system and the working states of different atmospheres are studied. The basic parameters of the plasma are tested by using the Langmuir probe of the system, and compared with the spectral diagnosis method, a multi-diagnosis method for plasma is proposed. The experimental results provide an experimental basis for the study of the interaction between electromagnetic waves and plasma. The electromagnetic wave propagation characteristics of coaxial grid hollow cathode plasma are theoretically studied, the basic characteristics of coaxial grid hollow cathode discharge plasma are analyzed, and the transmission model of interaction between electromagnetic wave and plasma is established. The effects of plasma electron density, plasma collision frequency and plasma size on the transmission characteristics of electromagnetic wave were studied by using the FDTD method of electromagnetic field. The physical mechanism of the interaction between electromagnetic wave and plasma is explained, which provides theoretical guidance for the experimental study of the interaction between electromagnetic wave and plasma. A wide-band microwave transmission system is designed and built. An experimental study on electromagnetic wave transmission in hollow cathode plasma is carried out by using coaxial grid hollow cathode discharge device. The transmission coefficient of electromagnetic wave under different discharge power and discharge pressure is measured experimentally. The influence factors of electromagnetic wave transmission characteristics under the premise of limiting plasma volume are analyzed and compared with the theoretical calculation model. It is proved that the transmission of electromagnetic wave in plasma is directly related to the electron density and collision frequency, and the phase change of electromagnetic wave propagation under different plasma discharge conditions is studied. It is proved that the electron density and collision frequency of plasma play a decisive role in the change of transmission phase of electromagnetic wave. Finally, the transmission attenuation and phase change of microwave through plasma are studied, and a microwave diagnosis method for coaxial grid hollow cathode discharge plasma is proposed. The transmission attenuation and phase change of electromagnetic wave in plasma under different discharge conditions were measured. The basic parameters (electron density, electron temperature) of plasma were diagnosed and compared with Langmuir probe diagnosis method. The accuracy of microwave diagnosis is proved and the multi-diagnosis method of plasma is improved.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：O53

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