大功率微波器件中的等离子体及其对微波传输特性的影响研究

发布时间：2024-02-22 01:41

　　大功率微波技术在军事和民用领域都具有广阔的应用前景。近年来,随着微波源技术的快速发展,微波器件中所传输微波的电场幅值越来越接近背景气体的击穿阈值,此时,如果微波系统内背景气体压强较低或微波器件内存在如金属毛刺、耦合孔等不连续结构时,气体击穿就有可能发生。而一旦气体击穿发生,该过程中产生的等离子体将对微波的传输特性产生极大影响,进一步影响到微波器件的性能。因此,结合电磁场理论与等离子体物理相关知识,对大功率微波器件中的等离子体及其对微波传输特性的影响进行研究具有重要意义。本文基于电子流体模型,模拟了不同条件下微波器件内的大功率微波气体击穿过程,计算了击穿产生的等离子体的各项参数,研究了等离子体对微波传输特性的影响。研究工作对深入揭示大功率微波气体击穿物理机理具有重要意义,可为规避和应对微波器件内的气体击穿提供理论依据,对大功率微波器件的设计和制造具有重要参考价值。本文的主要创新性工作如下:1.建立了一种用于分析大功率微波器件内气体击穿过程的三维电子流体模型,通过引入等效电子能量分布函数、实时更新输运系数等方式提高了流体模型的精度。使用该模型计算得到了击穿区域内的电子密度、电子温度、电场强...

【文章页数】：139 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１－１微波等离子体絮状轮廓［８］??Ｆｉｇ．?１－１?Ｆｉｌａｍｅｎｔａｒｙ?ｐａｔｔｅｒｎ?ｏｆ?ｍｉｃｒｏｗａｖｅ?ｐｌａｓｍａ??

建立了一种适用于快速计算的二维简化流体模型，并采用时域有限差分法对其进??行了求解［７，８］。基于这种模型模拟了?１１０?ＧＨｚ微波入射时的等离子体生成过程，??得到了与实际相符的絮状等离子体轮廓（图１－１）。??ｘ?１０２１???ｘ?１０２１??１３??Ｐ２．５??１?１１．５....

图１－４基于结构代换的研究示意图（ａ）?ＩＴＥＲ装置内部示意图（ｂ）小型实验装置示意??

程中高气压下非线性过程、电场分布等对气体放电相似性的影响［５７＿６（）］。中国核工??业西南物理研宄院承接的ＩＴＥＲ装置的ＧＤＣ任务中，他们将一个近似１２?ｍ直径??的ＩＴＥＲ装置成比例缩小后设立了一个直径约为１．４?ｍ的小型实验装置（如图１－??４），并利用实验装置中的实验结果....

图１－５含有分布式探头的微波加热谐振腔示意图??．１－ｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ＨＰＭ?ｈｅａｔｉｎｄｅｖｉｃｅ?ｗｉｔｈ?ｍｕｌｔｉｌｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｒｏｂｅｓ??

述两个参数都会对计算微波在击穿后的微波器件内的传输特性产生影响。在如图??１－６所示的例子中，氩气在圆柱形石英管中被击穿形成等离子体，微波由波导左??侧入射［１３］。诚然，使用如图１－６?（ｂ）所示的二维模型可以快速求得各项参数，然??而我们可以做出一个直观判断：在传统二维模型中....

图１－６包含圆柱形击穿区域的矩形波导示意图［１３］?（ａ）三维模型（ｂ）二维模型??Ｆｉｇ．?１－６?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ?ｏｆ?ｍｉｃｒｏｗａｖｅ?ｐｌａｓｍａ?ｅｘｃｉｔｅｄ?ｉｎ?ａ?ｑｕａｒｔｚ?ｔｕｂｅ?（ａ）?３－Ｄ?ｍｏｄｅｌ?（ｂ）?２－Ｄ?ｍｏｄｅｌ??

｜＼丨丨丨丨丨丨ｉ＼??＼、、、、、＇??图１－５含有分布式探头的微波加热谐振腔示意图??Ｆｉｇ．?１－５?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ＨＰＭ?ｈｅａｔｉｎｇ?ｄｅｖｉｃｅ?ｗｉｔｈ?ｍｕｌｔｉｐｌｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ?ｐｒｏｂｅｓ??（２）器件内击穿区域对微波传输特性的影响....

本文编号：3906205