本文選題：等離子體 + 空心陰極放電��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學》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域的應用而受到廣泛關注。針對電磁波和等離子體相互作用的地面實驗研究具有成本低,可重復,狀態(tài)可調等特點,逐漸受到重視,這些實驗研究能夠為理論模型的驗證提供有力依據(jù)。而電磁波與等離子體相互作用的理論框架構建已日臻完善,大量的數(shù)值模擬工作被報道,但有關電磁波與等離子體的相互作用的實驗研究相對較少�；诖�,本課題通過設計并搭建較大尺寸的同軸網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,并利用電磁波經過等離子體后相位和振幅的變化對等離子體進行診斷,提出了一種用于等離子體的多診斷方法。本論文首先設計并搭建一種新型的空心陰極放電等離子體裝置,利用同軸網格電極產生大尺寸密度均勻的弱電離碰撞等離子體,整個等離子體系統(tǒng)包含進氣系統(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探針測試了等離子體的基本參數(shù),并與光譜診斷方法進行對比,提出了一種有關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研究奠定了實驗基礎。理論研究了同軸網格空心陰極等離子體電磁波傳輸特性,分析了同軸網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,利用電磁場的時域有限差分(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制,為電磁波和等離子體相互作用的實驗研究提供理論指導。設計并搭建了寬頻微波傳輸系統(tǒng),利用同軸網格空心陰極放電裝置,對電磁波在空心陰極等離子體中傳輸展開了實驗研究。針對不同放電功率和放電壓強下的電磁波透射系數(shù)進行實驗測量,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系;同時,針對不同等離子體放電條件下電磁波傳輸?shù)南辔蛔兓M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決定性作用。最后,研究了微波經過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格空心陰極放電等離子體的微波診斷方法,測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,對等離子體基本參數(shù)(電子密度、電子溫度)進行診斷,并與Langmuir探針診斷方法進行對比,證明了微波診斷的準確性,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.
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：O53

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 賀正炎;;神奇的電磁波[J];中學生數(shù)理化(八年級物理)(人教版);2010年05期

2 崔芙蓉,賴聲禮,季飛,胡斌杰;圓錐形橫電磁波傳輸室特性的分析[J];應用科學學報;2001年01期

3 牛中奇,閻靜,邵旺田;電磁波的生物學效應[J];中國醫(yī)療器械信息;2001年04期

4 楊利霞;謝應濤;;電磁波傳輸時域有限差分方法及仿真[J];計算機仿真;2009年11期

5 馬平;曾學軍;石安華;部紹清;于哲峰;;電磁波在等離子體高溫氣體中傳輸特性實驗研究[J];實驗流體力學;2010年05期

6 沈鼎權;電磁波速度可以大于光速c嗎?[J];大學物理;1982年09期

7 胡白濤;王維龍;李瑩瑩;肖猛;;橫電磁波傳輸室的性能評估[J];安全與電磁兼容;2006年05期

8 吳祥應,季飛,賴聲禮;橫電磁波傳輸室與吉赫橫電磁波傳輸室的分析方法及其最新研究成果[J];中山大學學報論叢;1997年05期

9 孫繼平,張長森;人群對地下有限空間電磁波傳輸特性的影響[J];西南交通大學學報;2003年04期

10 劉福平;王安玲;陳強;李瑞忠;陳輝國;楊長春;;在導電界面反射電磁波的橫向偏移研究進展[J];科學通報;2007年14期

相關會議論文 前8條

1 張躍飛;;陣列針狀空心陰極放電鈦合金表面合金化研究[A];第十三屆全國等離子體科學技術會議論文集[C];2007年

2 何鋒;姜鑫先;何壽杰;歐陽吉庭;;空心陰極放電的蒙特卡羅模擬研究[A];第十六屆全國等離子體科學技術會議暨第一屆全國等離子體醫(yī)學研討會會議摘要集[C];2013年

3 夏廣慶;毛根旺;陳茂林;Nader Sadeghi;;微空心陰極放電數(shù)值模擬和發(fā)射光譜實驗研究[A];第十四屆全國等離子體科學技術會議暨第五屆中國電推進技術學術研討會會議摘要集[C];2009年

4 何壽杰;樊瀟瀟;何鋒;歐陽吉庭;;空心陰極放電中的發(fā)光條紋[A];中國物理學會第十五屆靜電學術年會論文集[C];2009年

5 何鋒;何壽杰;趙曉菲;歐陽吉庭;;微空心陰極放電模式模擬研究[A];第十五屆全國等離子體科學技術會議會議摘要集[C];2011年

6 宋法倫;曹金祥;王舸;;全波解法分析平板型等離子體對電磁波的衰減[A];第九屆真空技術應用學術年會論文集[C];2006年

7 季飛;吳祥應;賴聲禮;;橫電磁波傳輸室的三維FDTD法分析[A];1997年全國微波會議論文集（上冊）[C];1997年

8 閆國軍;陳梅;于達仁;;空心陰極的數(shù)值模擬[A];第十三屆全國等離子體科學技術會議論文集[C];2007年

相關博士學位論文 前10條

1 高瑞林;同軸網格空心陰極等離子體診斷及微波傳輸特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2017年

2 陳宗華;非平衡分布等離子體中調制坍塌動力學研究[D];南昌大學;2017年

3 俞建陽;DBD等離子體誘導渦結構控制附面層流動研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2017年

4 李輝;塵埃等離子體動力學及電磁特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2017年

5 張連成;等離子體震源電聲特性及深拖研究[D];浙江大學;2017年

6 方基永;碳基電磁波吸收劑的制備及其應用研究[D];吉林大學;2017年

7 姜鑫先;射頻空心陰極放電及其在微晶硅薄膜制備中的應用[D];北京理工大學;2015年

8 崔芙蓉;新型橫電磁波傳輸室系列的分析研究[D];華南理工大學;2000年

9 謝偉峰;超聲—電弧等離子體作用機制及焊接特性研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2016年

10 陳瑭;耦合電極—鞘層—電弧的數(shù)值模擬[D];中國科學技術大學;2016年

相關碩士學位論文 前10條

1 李良;常壓低溫等離子體處理織物及其放電特性研究[D];東華大學;2017年

2 陳禹旭;黑障中等離子體流場及電磁波傳輸特性研究[D];電子科技大學;2015年

3 汪松;隨鉆電磁測量電磁波傳輸技術的研究[D];燕山大學;2016年

4 李丹丹;2.5D碳/環(huán)氧復合材料電磁波傳輸性能研究[D];天津工業(yè)大學;2016年

5 譚瓊亮;基于時域有限差分方法的三導體橫電磁波傳輸室的研究[D];西南交通大學;2007年

6 柯尊貴;電磁波與光生等離子體相互作用及其應用研究[D];電子科技大學;2010年

7 尚英;超透鏡中電磁波的傳輸[D];煙臺大學;2010年

8 王春曉;射頻空心陰極放電維持機制的研究[D];北京理工大學;2016年

9 鄒彬;空心陰極放電特性的研究[D];東華大學;2008年

10 李世超;脈沖空心陰極放電在金屬管內表面沉積類金剛石薄膜[D];北京理工大學;2015年

，

本文編號：2111575