CN106124868A - 一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明的一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，包括等离子发生腔体，还包括设置于等离子发生腔体内的环状高压电极和环状地电极，环状高压电极和环状地电极绝缘连接，环状地电极与等离子发生腔体的内壁固定连接。该装置利用低气压下辉光放电产生的等离子体内部无电势差的技术，使产生的等离子体稳定期延长，利于研究各频段电磁波在等离子体中的传播特性，为研究等离子体对于入射的电磁波的吸收和散射作用、对探索太空领域的飞行器再入大气的跟踪识别技术、等离子体隐身技术、等离子体消噪声技术及等离子体天线技术等提供了一个良好的实验环境，具有很高的科学实验应用价值和市场前景。

Description

一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置

技术领域

本发明属于电波传播试验测试技术领域，尤其涉及到一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置。

背景技术

等离子体是由带等量电荷的自由电子、正离子和中性原子组成，是物质存在的第四种状态。等离子体作为一种特殊的色散介质，对电磁波有着独特的吸收、反射和散射特性；当电磁波在等离子体中传播时，其电场将对自由电子和正离子产生作用力，从而影响电磁波在等离子体中的传播特性，尤其是等离子体对于入射平面波的吸收、散射作用，对探索太空领域的再入体跟踪识别技术、等离子体隐身技术以、等离子体消噪声技术以及等离子体天线技术方面等都具有重要指导意义。

目前研究低温等离子体对电磁波传播影响的地面实验的等离子产生方式主要是激管法和人造等离子体。激管法采用爆炸的方式，产生超高声速的激波，通过压缩试验段的气体从而产生等离子体，这种含等离子体的高速激波穿过电磁波试验区的时间仅有几百微秒，其中稳定期仅能维持约数十微秒；由于电磁波传播特性的测量必须在稳定期内完成，这样就需要借助高速采样和定时触发机制，这样使得实验难度大、效率低下且重复性较差；此外，激管法采用的腔体多为石英管腔体，该腔体易损坏，实验重复性较差。另一方面，人造等离子体利用微波、电弧和等离子体喷焰产生的等离子体，虽然可以长时间工作，也较为稳定，但由于环境中存在高温，其电子密度难以测量，控制精度低。

发明内容

针对上述背景技术中所存在的缺陷和问题，本发明目的是提供一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置。该装置利用低气压下辉光放电产生的等离子体内部无电势差的技术，使产生的等离子体稳定期延长，利于研究多种频段电磁波在等离子体中的传播特性，并且产生的等离子场更均匀、密度和能量更高。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，包括等离子发生腔体，还包括设置于等离子发生腔体内的环状高压电极和环状地电极，所述环状高压电极和环状地电极绝缘连接，所述环状地电极与等离子发生腔体的内壁固定连接。

进一步地，所述环状地电极包括内圈环状地电极和外圈环状地电极，所述内圈环状地电极和外圈环状地电极同心套设；其中，所述环状高压电极设置在所述内圈环状地电极和外圈环状地电极之间，且分别与所述内圈环状地电极和外圈环状地电极绝缘连接。

进一步地，所述环状高压电极和环状地电极均为金属电极；其中，环状高压电极表面为网状结构。

进一步地，所述等离子发生腔体的内腔形状为圆柱体，其侧壁上开设进气口、出气口、观察窗和等离子浓度检测口。

进一步地，所述的低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，还包括腔门，所述等离子发生腔体的一个底面为腔门；其中，所述腔门上设置锁扣开关。

进一步地，所述的低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，还包括真空系统，所述真空系统的抽真空口与所述等离子体发生腔体连通。

进一步地，所述的低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，还包括等离子发生电源和高压接线盒，所述等离子发生电源通过所述高压接线盒与所述环状高压电极连接。

进一步地，所述的低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，还包括控制系统，所述控制系统包括控制主机和控制面板，所述控制面板与所述控制主机电连接；所述控制主机分别与所述等离子发生电源和所述真空系统的控制端控制连接。

优选地，所述的低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，还包括控制柜，所述等离子体发生腔体固定在所述控制柜上，所述等离子发生电源、真空系统和控制主机设置在所述控制柜内部，所述控制面板嵌设在所述控制柜的表面。

优选地，所述的低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，还包括底脚，所述底脚连接在所述控制柜的底部。

本发明的一种低温等离子体中电波传播实验装置与现有技术相比，其有益效果是：该测试装置利用低气压下辉光放电产生的等离子体内部无电势差的技术，将高压电极和地电极设置为同圆心的环状结构，通过外加电源激励方式，产生大功率并且稳定的高频高压电场，并由高压头输入到高压电极，将一定真空度的等离子发生腔体内部的气体击穿，产生等离体子，同时保证其等离子体场长期稳定的存在；该等离子体场不仅稳定均匀，而且密度高、能量高。因此，本装置产生的长时间持续的等离子体，很大程度上降低了电磁波传播特性测试实验研究的难度，并且利于研究多种频段电磁波在等离子体中的传播特性，可以在短时间内获得大量的、并且重复性好的实验数据。另一方面，该特性测试装置能够产生非磁化且内部无电势差、不带电的等离子体，通过环状高压电极表面网状结构的圆孔均匀扩散至整个等离子发生腔体内部，同时腔体内的电磁波的传播路径上没有金属阻挡物，可以避免电磁波在传播过程中发生的干扰现象。该装置为研究等离子体对于入射平面波的吸收和散射作用、对探索太空领域的飞行器再入大气跟踪识别技术、等离子体隐身技术、等离子体消噪声技术及等离子体天线技术提供了一个良好的实验环境，具有很高的科学实验应用价值和市场前景。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为本发明提供的一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置结构示意图；

图2为本发明提供的一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置侧视结构示意图；

图3为为本发明提供的一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置部分结构示意图。

附图标记说明：

1、控制柜，2、底脚，3、等离子发生腔体，4、控制面板，5、等离子发生电源，6、真空系统，7、环状高压电极，8、内圈环状地电极，81、外圈环状地电极，9、出气口，10、高压接线盒，11、绝缘柱，12、观察窗，13、等离子浓度探测仪接口，14、进气口，15、锁扣开关。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，具体如图1-3所示，包括：由控制柜1和固定设置在柜体上方中心位置的等离子体发生腔体3构成；等离子体发生腔体3内设有环状高压电极7、内圈环状地电极8和外圈环状地电极81，内圈环状地电极8和外圈环状地电极81同心套设；其中，环状高压电极7设置在上述内圈环状地电极8和外圈环状地电极81之间，且分别与内圈环状地电极和外圈环状地电极通过绝缘柱11连接；环状高压电极7、内圈环状地电极8和外圈环状地电极81均为金属环状电极，环状高压电极7的表面为网状结构；上述内圈环状地电极8和外圈环状地电极81分别与等离子发生腔体3的内壁固定连接；在上述等离子体发生腔体3下方，与控制柜1连接部位设有高压接线盒10；上述控制柜1内设有等离子发生电源5，等离子发生电源5通过高压接线盒10与环状高压电极7连接；等离子发生电源5的一侧设有真空系统6，本实施例优选为真空泵，真空泵的抽真空口与上述等离子体发生腔体3连通；控制柜1内设有控制主机，控制柜1表面嵌设控制面板4，上述控制面板4与控制主机电连接；控制主机分别与上述等离子发生电源5和真空泵的控制端控制连接。

上述内圈环状地电极8和外圈环状地电极81上分别引出地线连接到等离子体发生腔体3上，使产生的等离子体窗口区间为零点位，便于设置电子探针；控制柜1内的控制主机分别与等离子发生电源5、真空泵6连接，进而便于通过控制面板4设置试验参数，进行人机交互控制。

其中，等离子体发生腔体3表面还开设进气口14、出气口9、观察窗12和等离子浓度探测仪接口13；在产生等离子体之前，由真空泵6将等离子体发生腔3抽真空，然后由进气口14向腔体内部通入氩气、氦气、等惰性气体，模拟不同的等离子体场稳定的氛围，便于进行后续实验；将等离子浓度探测仪通过标准CF35法兰连接到等离子浓度探测仪接口13上，测定不同电源电压、不同真空度以及不同气体氛围时的等离子体浓度。

本装置的等离子发生腔体3内腔为圆柱体，且其一个底面为腔门，腔门上设有锁扣开关15，通过锁扣开关15可以将等离子发生腔体3自由启闭；控制柜1的底部还设有底脚2，使整个实验装置安全稳定。

在进行低温等离子体中电磁波传播实验时，将电磁波发射和接收设备放置在控制柜体上的等离子体发生腔体3两侧；接通电源，开启本实验装置，在控制液晶屏上设置好电源电压以及腔体内真空度，待真空泵6将低温等离子体发生腔体3内抽到设定真空度后，等离子电源发生器5产生高频高压电，通过高压头输入到高压电极7，将等离子体发生腔3内的气体击穿，在高压电极7和地电极之间产生无电势差、非磁化的等离子体，再通过电极之间的间隙扩散至整个腔体内，形成均匀稳定的等离子介质场，此时可以进行低温等离子体中电磁波传播实验研究。

以上论述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的论述说明，操作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，包括等离子发生腔体，其特征在于，还包括设置于等离子发生腔体内的环状高压电极和环状地电极，所述环状高压电极和环状地电极绝缘连接，所述环状地电极与等离子发生腔体的内壁固定连接。

2.根据权利要求1所述的一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，其特征在于，所述环状地电极包括内圈环状地电极和外圈环状地电极，所述内圈环状地电极和外圈环状地电极同心套设；其中，所述环状高压电极设置在所述内圈环状地电极和外圈环状地电极之间，且分别与所述内圈环状地电极和外圈环状地电极绝缘连接。

3.根据权利要求1所述的一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，其特征在于，所述环状高压电极和环状地电极均为金属电极；其中，环状高压电极表面为网状结构。

4.根据权利要求1所述的一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，其特征在于，所述等离子发生腔体的内腔形状为圆柱体，其侧壁上开设进气口、出气口、观察窗和等离子浓度检测口。

5.根据权利要求4所述的一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，其特征在于，还包括腔门，所述等离子发生腔体的一个底面为腔门；其中，所述腔门上设置锁扣开关。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，其特征在于，还包括真空系统，所述真空系统的抽真空口与所述等离子体发生腔体连通。

7.根据权利要求6所述的一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，其特征在于，还包括等离子发生电源和高压接线盒，所述等离子发生电源通过所述高压接线盒与所述环状高压电极连接。

8.根据权利要求7所述的一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统包括控制主机和控制面板，所述控制面板与所述控制主机电连接；所述控制主机分别与所述等离子发生电源和所述真空系统的控制端控制连接。

9.根据权利要求8所述的一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，其特征在于，还包括控制柜，所述等离子体发生腔体固定在所述控制柜上，所述等离子发生电源、真空系统和控制主机设置在所述控制柜内部，所述控制面板嵌设在所述控制柜的表面。

10.根据权利要求9所述的一种低温等离子体中电磁波传播特性测试装置，其特征在于，还包括底脚，所述底脚连接在所述控制柜的底部。