高气压等离子体微波共振探针的优化研究

摘要

本文主要通过模拟与实验两种方法将微波共振探针的品质因子Q有效的提升。模拟中，对品质因子Q的主要从储能与损耗的能量两个方面进行分析，对其中U型探针与耦合线圈的几何结构进行优化，改变U型探针与耦合线圈的位置，增加二者之间的耦合。最后使用优化后的U型探针与耦合线圈对高气压等离子体射流进行诊断。
　　首先，对微波共振探针的几何结构进行优化。改变探针的臂长，臂间距，以及制作探针的金属线直径，计算具有不同几何结构的探针的品质因子；改变耦合线圈的匝数、半径和制作耦合线圈的金属线直径，计算不同几何结构的耦合线圈的品质因子。确定品质因子Q最大的U型探针与耦合线圈的几何结构，并采取该结构进行后续的诊断。
　　然后，改变U型探针与耦合线圈的摆放位置，横向与纵向相对位置。通过改变二者的相对位置，应用品质因子Q分析不同位置处的耦合情况的好坏，确定品质因子Q最大时，二者的最佳横向与纵向相对位置。
　　在研究U型探针与耦合线圈的最佳相对位置时，本文提出了添加屏蔽的方法来降低U型探针的辐射并增强近电场场强，通过模拟与实验相互验证，证明了添加屏蔽方法的正确性与可行性。
　　应用优化后的U型探针对高气压等离子体射流进行诊断。从诊断结果中可以看出，放电功率或气体流量越大时，测量的反射共振频谱的半高宽越大，说明射流区域产生的电子数越多，探针周围的能量消耗越多，品质因子Q越小。应用电子数密度计算公式，计算30W、40W、50W与60W时，射流区域的电子数密度。

目录

声明

第一章绪论

1.1常用的等离子体探针诊断方法

1.1.1朗缪尔探针诊断方法

1.1.2磁探针诊断方法

1.1.3微波共振探针诊断方法

1.2简介品质因子Q

1.3论文主要研究的内容和意义

第二章优化共振探针系统几何结构

2.1 U型探针几何结构优化

2.1.1 U型探针弯曲角度对辐射和近电场场强分布的影响

2.1.2 U型探针的臂长对辐射和近电场场强分布的影响

2.1.3 U型探针的臂间距对辐射和近电场场强分布的影响

2.1.4 优化 U型探针几何结构实验

2.2耦合线圈几何结构优化

2.2.1耦合线圈的匝数对探针品质因子的影响

2.2.2耦合线圈的半径对辐射和近电场场强分布的影响

2.2.3制作耦合线圈金属线的直径对辐射和近电场场强分布的影响

2.3本章小结

第三章U型探针与耦合线圈相对位置对品质因子Q影响探究

3.1 改变 U型探针与耦合线圈横向相对位置时辐射和近电场场强分布

3.2改变U型探针与耦合线圈纵向相对位置时辐射和近电场场强分布

3.3应用导电布对共振结构处进行包裹后Q值变化

3.4应用频谱仪测量空间点辐射

3.5本章小结

第四章应用微波共振探针诊断大气压辉光射流

4.1U型探针诊断大气压等离子体参数的原理

4.2放电装置及实验仪器

4.3U型探针诊断高气压等离子体参数

4.3.1放电功率对品质因子的影响

4.3.2气体流量对品质因子的影响

4.4不同功率时电子数密度的计算

4.5本章小结

第五章全文总结

参考文献

致谢