基于调制射频的动态等离子体产生装置制造方法及图纸

本发明专利技术提出一种基于调制射频的动态等离子体产生装置，用于解决现有低气压非平衡放电等离子体产生装置存在的等离子体人为控制难及动态性能差的技术问题，包括等离子体放电腔体、环形高压电极、真空系统、冷却系统、等离子体动态波形发生器、调制射频电源、射频匹配器、射频屏蔽接口和电磁实验屏蔽仓；等离子体放电腔体内安装环形高压电极，两端固定电磁实验屏蔽仓，并与真空系统相连，冷却系统与环形高压电极和等离子体放电腔体相连，等离子体动态波形发生器产生波形信号，调制射频电源将波形信号与本振信号相乘放大，通过射频匹配器和与等离子体放电腔体相连的射频屏蔽接口，将调幅波信号输给环形高压电极。本发明专利技术可产生一定频谱的动态等离子体。

Dynamic plasma generating device based on modulated radio frequency

The invention provides a device for generating dynamic modulation based on RF plasma, used to solve the existing low pressure non-equilibrium plasma discharge plasma generated in the plant control technical problems of poor performance of difficult and dynamic, including plasma discharge chamber, high pressure ring electrode, vacuum system, cooling system, plasma dynamic waveform generator, RF power, modulation the RF matching device, RF shielding and electromagnetic shielding interface experimental chamber; plasma discharge is arranged in a cavity of high voltage electrode ring, electromagnetic shielding experiment fixed positions, and is connected with the vacuum system, cooling system and high voltage electrode ring and plasma discharge cavity is connected to the plasma dynamic waveform generator waveform signal modulation, RF power amplification and the signal waveform the vibration signal through RF matching and multiplication, and The amplitude modulated wave signal is transmitted to the annular high voltage electrode by the RF shielding interface connected with the plasma discharge chamber. The invention can generate a certain spectrum of dynamic plasma.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于气体放电等离子体领域，涉及一种等离子体产生装置，具体涉及一种基于调制射频的动态等离子体产生装置，可用于电波实验测试领域。
技术介绍
研究电磁波在等离子体中的传播特性，以及等离子体与电磁波的相互作用是航天飞行器再入、电离层研究、等离子体隐身技术等研究工作的基础和关键内容，其中地面实验是验证理论研究以及开展飞行试验的关键环节，具有重要意义。等离子体由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈现电中性，广泛存在于宇宙中，常被视为是物质的第四态。随着人们对问题研究的深入，认识到等离子体的动态变化会对电磁波的传播产生严重影响，使得电磁波信号表现出与稳态等离子体完全不同的现象，有些甚至还没有得出合理的解释，但是现有实验设备对等离子体动态性控制能力严重欠缺，因此限制了动态等离子体下电磁科学问题的发展。目前，可进行等离子体中电磁波传播实验的等离子体产生方式主要分为三大类：1、第一类是基于高速气动原理产生等离子体，以激波管为代表，其原理是通过试验气体爆炸产生的激波驱动产生等离子体，但是其试验时间极短，仅为数百微秒～数十毫秒，难以产生所需的动态性。2、第二类是加热气体产生高温使气体电离产生等离子体，以电弧风洞为代表，其原理是通过加热气体使气体温度达到上千摄氏度，电离产生等离子体后再喷射到实验仓内进行实验，但是其无法产生快速变化的等离子体，且其产生的等离子体温度过高，不利于开展电磁传播实验。3、第三类是低气压非平衡放电产生等离子体，以辉光放电为代表，其原理在置有电极的腔体内充入低压气体，当两极间电压较高时，稀薄气体中的残余正离子在电场中加速，有足够的动能轰击阴极，产生二次电子，经簇射过程产生更多的带电粒子，使气体导电。特征是电流强度较小，温度不高，故腔体内有特殊的亮区和暗区，出现发光现象。但是现有的等离子体设备产生的等离子体密度变化频率只是与等离子体电源频率有关，无法产生具有任意频谱类型的动态等离子体。例如，中国专利申请，授权公告号CN102781155B，名称为“带冷却电极的大面积均匀高密度等离子体产生装置”的专利技术专利，公开了一种带冷却电极的大面积均匀高密度等离子体产生装置及方法，包括等离子体产生腔体、环形高压电极、电源、冷却系统和真空系统，其等离子体产生腔体设置有圆柱形腔体的筒状结构，侧壁设置有电极接口，在电极接口内安装有绝缘密封块，环形高压电极通过绝缘密封块与电极接口相连，实现对等离子体放电腔体密闭；环形高压电极与冷却系统相连，对其进行冷却；在等离子体产生腔体的外表面装有散热片，用来对等离子体产生腔体进行冷却；真空系统与等离子体产生腔体相连，用于对等离子体产生腔体进行抽气和充气，调整腔体内气压和气体组分；电源用于对等离子体产生腔体内的气体做功，产生等离子体。本专利技术具有以下优点：最大注入功率得到大大提高，产生的大面积等离子体电子密度更高。它采用内置环形高压冷却电极与腔体内壁间施加高压产生等离子体，电极内部通有冷却液，再利用低气压下电子的平均自由程比较长的特点，电子通过电极间隙扩散到电极内部，从而产生了通透的大面积均匀等离子体。它克服了电极融化，金属粒子进入真空腔室，污染等离子体以及电极温度升高后，热电子发射加剧，使辉光放电的稳定性变差，并最终发展为弧光放电的缺点。但是上述技术中等离子体的动态性变化较弱，无法产生具有人为任意设定频谱类型的动态等离子体，以及现有的大面积均匀非磁化等离子体产生装置可注入的最大功率比较低，导致电子密度无法进一步提高，另外利用散热片对等离子体产生腔体进行冷却，散热效果不佳。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述已有技术的存在的缺陷，提出了一种基于调制射频的动态等离子体产生装置，用于解决现有低气压非平衡放电等离子体产生装置存在的等离子体人为控制难及动态性能差的技术问题。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于调制射频的动态等离子体产生装置，包括等离子体放电腔体、环形高压电极、真空系统和冷却系统，其中，所述等离子体放电腔体，采用设置有圆柱形腔体的筒状结构，其两端分别设置有第一透波窗口和第二透波窗口，侧壁上设置有电极接口；所述环形高压电极，安装在等离子体放电腔体的腔体内；所述真空系统，与等离子体放电腔体相连，用于调节圆柱形腔体内的气压和气体组分；所述冷却系统，与等离子体放电腔体及环形高压电极相连；所述电极接口内安装有绝缘密闭块，该电极接口上依次连接有射频屏蔽接口、射频匹配器和调制射频电源；所述射频屏蔽接口，用于屏蔽射频匹配器与环形高压电极之间产生的电磁辐射；所述射频匹配器与环形高压电极连接，用于对动态等离子体负载进行实时匹配；所述调制射频电源，用于给环形高压电极和等离子体放电腔体内壁间施加高压调幅波信号，该调制射频电源输入端连接有等离子体动态波形发生器，用于产生动态等离子体所需的波形信号；所述第一透波窗口和第二透波窗口的外侧分别设置有第一电磁实验屏蔽仓和第二电磁实验屏蔽仓，该两个电磁实验屏蔽仓固定在等离子体放电腔体上，用于屏蔽等离子体放电过程中产生的电磁辐射。上述基于调制射频的动态等离子体产生装置，所述等离子体放电腔体采用防电磁辐射材料，其侧壁采用中空结构。上述基于调制射频的动态等离子体产生装置，所述环形高压电极，采用中空结构，其内部充有冷却液。上述基于调制射频的动态等离子体产生装置，所述调制射频电源包括信号接口单元、本振单元、乘法器单元和射频放大器单元；所述信号接口单元用于接收波形信号；所述本振单元用于产生本振信号；所述乘法器单元用于将波形信号和本振信号相乘以获取并输出调幅波信号；所述射频放大器单元用于将调幅波信号进行功率放大。上述基于调制射频的动态等离子体产生装置，所述射频屏蔽接口，采用防电磁辐射材料，形状为空心长方体结构。上述基于调制射频的动态等离子体产生装置，所述第一电磁实验屏蔽仓和第二电磁实验屏蔽仓，均采用金属防电磁辐射材料，形状为一端封闭的圆柱形壳体，该两个电磁实验屏蔽仓的封闭端设有微波传输电缆接口，其中第一电磁实验屏蔽仓封闭端还设有观察窗。上述基于调制射频的动态等离子体产生装置，所述第一透波窗口采用透明透波材料，所述第二透波窗口采用高分子透波材料。上述基于调制射频的动态等离子体产生装置，所述绝缘密闭块上设置有两个小孔，用于穿过环形高压电极的两个端口，并实现对等离子体放电腔体密闭。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：1、本专利技术由于在电极接口上依次连接有射频屏蔽接口、射频匹配器、调制射频电源、等离子体动态波形发生器，等离子体动态波形发生器产生动态等离子体所需的波形信号，将波形信号输出给调制射频电源调制放大后，再输出给射频匹配器，给环形高压电极施加高压并提供调幅波信号，在等离子体放电腔体内部产生人为可控的动态等离子体，与现有等离子体电磁波实验装置相比可以产生具有一定频谱的动态等离子体，提高了动态等离子体的动态性，且动态等离子体的平均值及频谱可以人为预先设定，从而为电磁波传播实验提供了灵活可变且变化规律可控的动态等离子体，使研究不同条件动态等离子体下的电磁波传播规律成为可能。2、本专利技术由于等离子体放电腔体侧壁采用与冷却系统相连的中空结构，并充有冷却液，加快了等离子体放电腔体放电产生热量与冷却液的交换速率，与现有等离子体电磁波实验装置相比，有效地提高了等离子体本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于调制射频的动态等离子体产生装置，包括等离子体放电腔体(1)、环形高压电极(2)、真空系统(3)和冷却系统(4)，其中，所述等离子体放电腔体(1)，采用设置有圆柱形腔体的筒状结构，其两端分别设置有第一透波窗口(101)和第二透波窗口(102)，侧壁上设置有电极接口(103)；所述环形高压电极(2)，安装在等离子体放电腔体(1)的腔体内；所述真空系统(3)，与等离子体放电腔体(1)相连，用于调节圆柱形腔体内的气压和气体组分；所述冷却系统(4)，与等离子体放电腔体(1)及环形高压电极(2)相连；其特征在于，所述电极接口(103)内安装有绝缘密闭块(11)，该电极接口(103)上依次连接有射频屏蔽接口(8)、射频匹配器(7)和调制射频电源(6)；所述射频屏蔽接口(8)，用于屏蔽射频匹配器(7)与环形高压电极(2)之间产生的电磁辐射；所述射频匹配器(7)与环形高压电极(2)连接，用于对动态等离子体负载进行实时匹配；所述调制射频电源(6)，用于给环形高压电极(2)和等离子体放电腔体(1)内壁间施加高压调幅波信号，该调制射频电源(6)的输入端连接有等离子体动态波形发生器(5)，用于产生动态等离子体所需的波形信号；所述第一透波窗口(101)和第二透波窗口(102)的外侧分别设置有第一电磁实验屏蔽仓(9)和第二电磁实验屏蔽仓(10)，该两个电磁实验屏蔽仓(9，10)固定在等离子体放电腔体(1)上，用于屏蔽等离子体放电过程中产生的电磁辐射。...

【技术特征摘要】
1.一种基于调制射频的动态等离子体产生装置，包括等离子体放电腔体(1)、环形高压电极(2)、真空系统(3)和冷却系统(4)，其中，所述等离子体放电腔体(1)，采用设置有圆柱形腔体的筒状结构，其两端分别设置有第一透波窗口(101)和第二透波窗口(102)，侧壁上设置有电极接口(103)；所述环形高压电极(2)，安装在等离子体放电腔体(1)的腔体内；所述真空系统(3)，与等离子体放电腔体(1)相连，用于调节圆柱形腔体内的气压和气体组分；所述冷却系统(4)，与等离子体放电腔体(1)及环形高压电极(2)相连；其特征在于，所述电极接口(103)内安装有绝缘密闭块(11)，该电极接口(103)上依次连接有射频屏蔽接口(8)、射频匹配器(7)和调制射频电源(6)；所述射频屏蔽接口(8)，用于屏蔽射频匹配器(7)与环形高压电极(2)之间产生的电磁辐射；所述射频匹配器(7)与环形高压电极(2)连接，用于对动态等离子体负载进行实时匹配；所述调制射频电源(6)，用于给环形高压电极(2)和等离子体放电腔体(1)内壁间施加高压调幅波信号，该调制射频电源(6)的输入端连接有等离子体动态波形发生器(5)，用于产生动态等离子体所需的波形信号；所述第一透波窗口(101)和第二透波窗口(102)的外侧分别设置有第一电磁实验屏蔽仓(9)和第二电磁实验屏蔽仓(10)，该两个电磁实验屏蔽仓(9，10)固定在等离子体放电腔体(1)上，用于屏蔽等离子体放电过程中产生的电磁辐射。2.根据权利要求1所述的基于调制射频的动态等离子体产生装置，其特征在于，所述等离子体放电腔体...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小平，雷凡，刘彦明，刘东林，谢楷，白博文，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61