SU911266A1 - Method of plasma parameter determination - Google Patents

Method of plasma parameter determination Download PDF

Info

Publication number
SU911266A1
SU911266A1 SU802946470A SU2946470A SU911266A1 SU 911266 A1 SU911266 A1 SU 911266A1 SU 802946470 A SU802946470 A SU 802946470A SU 2946470 A SU2946470 A SU 2946470A SU 911266 A1 SU911266 A1 SU 911266A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
plasma
waveguide
amplitudes
modes
receiver
Prior art date
Application number
SU802946470A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Михайлович Поляков
Александр Степанович Шмаленюк
Original Assignee
Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники filed Critical Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники
Priority to SU802946470A priority Critical patent/SU911266A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU911266A1 publication Critical patent/SU911266A1/en

Links

Landscapes

  • Plasma Technology (AREA)

Description

Изобретение относитс  к физике плазмы, а конк.ретно к .диагностике равновесных;низкотемпературных плазменных образований по их собственному микроволновому излучению,и может быть использовано дл  определени  характеристик плазмы,образующейс  в различных устройствах,лабораторных установках .The invention relates to plasma physics, and specifically to the diagnosis of equilibrium, low-temperature plasma formations by their own microwave radiation, and can be used to determine the characteristics of plasma produced in various devices, laboratory installations.

Известны способы определени  плазмы по ее собственному микроволновому излучению. Согласно способам параметры плазмы определ ют из измерени  интенсивности излучени  на различных частотах {.Methods are known for determining plasma by its own microwave radiation. According to the methods, the plasma parameters are determined from the measurement of the radiation intensity at various frequencies.

Однако дл  повышени  точности требуетс  проведение измерений в широкой полосе частот, что возможно либо при использовании радиометрических приемников с широким диапазоном перестройки , либо приемников различдых частотных каналов. Все зто усложн ет аппаратуру, проведение калибровок и процедуру измерений.However, in order to increase accuracy, measurements are required in a wide frequency band, which is possible either using radiometric receivers with a wide tuning range, or receivers of different frequency channels. All this complicates the apparatus, the calibration and the measurement procedure.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  способ определени  параметров плазмы , основанный на измерении матрицы рассе ни  мод в многомодовом волно- .воде, конта1ктирую1цём с плазмой.The closest to the proposed technical essence is a method for determining plasma parameters, based on measuring the scattering matrix of modes in a multimode waveguide, contacting a plasma.

Согласно этому способу матрицу рассе ни  определ ют путем возбуждени  мод в волноводе с помощью генератора и измерени  амплитуды и фазы мод, отраженньж от плазмы и распростран ющихс  в обратном направлении . Этот способ  вл етс  более простым, так как измерени  ведутс  на одной частоте. Дл  диагностики использу10 етс  отличие структур полей различ7 ных мод волновода f2.According to this method, the scattering matrix is determined by exciting the modes in the waveguide with a generator and measuring the amplitude and phase of the modes reflected from the plasma and propagating in the opposite direction. This method is simpler as the measurements are carried out at the same frequency. For diagnostics, use is made of the difference in the field structures of various waveguide modes f2.

Однако, этот способ непозвол ет .непосредственно определить температуру плазлвл.г котора   вл етс  важ15 ным параметром, характеризующим плазму. Кроме того, дл  его проведени  требуетс  два оконечных прибора : приемник и генератор. Ак тивный метод диагностики имеет еще However, this method does not allow direct determination of the temperature of the plasma, which is an important parameter characterizing the plasma. In addition, it requires two end devices: a receiver and a generator. The active diagnostic method has

20 тот недостаток, что он вносит возму щени  в плазму. Это ухудшает точность измерени  истинных параметров плазмы.20 the disadvantage that it introduces disturbances in the plasma. This impairs the accuracy of measurement of true plasma parameters.

Цель изобретени  - упрощение The purpose of the invention is to simplify

25 процедуры измерений и определение додолнительного параметра: температу|ры плазмы.25 measurement procedures and determination of an additional parameter: plasma temperatures.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу определе30 ни  параметров плазмы, заключающему-.This goal is achieved by the fact that, according to the method of determining 30 plasma parameters, comprising -.

с  в измерении на одной частоте характеристики мод электромагнитного пол  в многомодовой системе, измер ют крвариации амплитуд мод собственного микроволнового излучени  плазмы и по ним определ ют параметры плазмы.The measurements at one frequency of the characteristics of the modes of an electromagnetic field in a multimode system measure the cropping of the amplitudes of the modes of the natural microwave radiation of the plasma and determine the plasma parameters from them.

Дл  ковариаций амплитуд мод, возбужденных собственным излучением плазмы, справедлив обобщенный закон Кирхгофа, который можно записать в следующей форме:For covariance of the amplitudes of modes excited by the plasma's own radiation, the generalized Kirchhoff's law is valid, which can be written in the following form:

%,m:I Зи WS wa п u,v)dqv,w, (.z),%, m: I Zi WS wa p u, v) dqv, w, (.z),

-оо-oh

где S - ковариаци  п-ой и т-ой where S is the covariance of pth and mth

мод;Maud;

ayi(t) - флуктуирующие амплитуды От C-t) мод;ayi (t) — fluctuating amplitudes of C – t) modes;

Т(Х;У,2)- температура элементарного объема: dv в точке (x,y,z) ;T (X; Y, 2) is the temperature of the elementary volume: dv at the point (x, y, z);

dQ(x,y,z)- смешанные потериполейdQ (x, y, z) - mixed loss of fields

п-6й и т-ой мод в объеме dv ;p-6th and t-th modes in the volume dv;

С. - нормирующа  константа. Это означает, что вклад отдельных участков пла;змы в ковариацию двух мод пропорционален температуре этого участка и смешанным потер м полей, этих мод, которые равны:C. is a normalizing constant. This means that the contribution of individual sections of the plasma to the covariance of two modes is proportional to the temperature of this section and the mixed losses of the fields of these modes, which are equal to:

ЗЯ,У |wE,(Xjy, z)E(x,y,z)E,U,y, г) WL, Y | wE, (Xjy, z) E (x, y, z) E, U, y, g)

где Е (x,y,z) --мнима  часть диэлектрической проницаемости плазмы;where E (x, y, z) is the fraction of the dielectric constant of the plasma;

Е„(х у, z) ,E „(x y, z),

,(х, у, 2) - электрические напр  еннЪсти в точке () полей п-ой и га-ой мод соответственно , возникающих в плазме, если ее зондировать на этих модах на частоте w., (x, y, 2) are the electric directions at the point () of the fields of the nth and gh modes, respectively, appearing in the plasma, if it is probed on these modes at the frequency w.

Моды отличаютс  между собой струк турой пол , т. е. раепределением электрической и магнитной напр женности электромагнитного пол  по пространству, где провод тс  измерени . Поэтому будут различны эти распределени  и в плазме, если проводить зондирование ее на этих модах Таким образом, ковариаций амплитуд мод собственного микроволнового излучени  плазмы будут дл  различных ndp мод по разному зависеть от элект рофизических парг1метров и температур О гдельных участков плазмы, т. е. при различных профил х изменени  параметров плазмы значени  ковариаций будут различны. Рассчитыва  эти значени  дл  ожидаемых возможных профилей и сравнива  с измеренными значени ми можно определить истинный профиль изменени  параметров. При использовании ЭВМ такой выбор производитс  по программе по заданному критерию, с заданной точностью.The modes differ in the structure of the field, i.e., the distribution of the electric and magnetic strength of the electromagnetic field in the space where the measurements are made. Therefore, these distributions will also be different in plasma if probed on these modes. Thus, the covariances of the amplitudes of the modes of the intrinsic microwave radiation of the plasma for different ndp modes depend differently on the electrical parameters of the plasma, i.e. different profiles of plasma parameters change; the covariance values will be different. By calculating these values for the expected possible profiles and comparing with the measured values, you can determine the true profile of the parameter changes. When using a computer, such a choice is made according to a program according to a given criterion, with a given accuracy.

На фиг. 1 показано распределение значений диагональных элементов матрицы ковариаций мод в плоском волноводе дл  различных профилей изменени  температуры в плазме; на фиг. 2 - взаимное расположение волновода и плазмы; на фиг. 3 - устройство , с помощью которого реализуетс  предлагаемый способ.FIG. Figure 1 shows the distribution of the values of the diagonal elements of the mode covariance matrix in a plane waveguide for various profiles of temperature variation in plasma; in fig. 2 - mutual arrangement of the waveguide and plasma; in fig. 3 shows the device by which the proposed method is implemented.

Значени  ковариаций на фиг. 1 приведены в зависимости от параметр У)Х/2С1/ где Д. - длина волны микроволновогоThe covariance values in FIG. 1 are given depending on the parameter Y) X / 2C1 / where D. is the microwave wavelength

излучени ;radiation;

2а - щирина волновода; п - номер моды.2a is the width of the waveguide; p - the number of fashion.

Кривые 1-3 соответствуют профилю температурыCurves 1-3 correspond to the temperature profile

Т 300 + BZ, кривые 4-6 профилюT 300 + BZ, curves 4-6 profile

Т 300+BZ+B sin{-| - BZ)T 300 + BZ + B sin {- | - BZ)

Зависимости построены дл  различных градиентов В t 10 , 5.10 10 /с Считалось, что параметры плазмы иэмен ютс  только в направлении перпендикул рном фланцу волновода. Коэффициенты рассчитывались по следующей формуле:The dependences are plotted for various gradients B t 10, 5.10 10 / s. It was considered that the plasma parameters were only in the direction perpendicular to the waveguide flange. The coefficients were calculated using the following formula:

«.T(x)g.g.(z)exp (-йкГХу Ve.(2:)) V)".T (x) g.g. (z) exp (ikHU Ve. (2 :)) V)

.-С,.-WITH,

Vetz)-(MM2c()Vetz) - (MM2c ()

где T(-z-) - термодинамическа where T (-z-) is thermodynamic

температура плазмы в сечении 2;plasma temperature in section 2;

Е(2.} - комплексна  диэлектрическа  прон ицаемость плазмы, Е(Z) - мнима  часть комплексноE (2.} Is the complex dielectric penetrability of the plasma, E (Z) is the imaginary part of the complex

диэлектрической прони , цаемости, К - волновое число;dielectric constant, cementability, K - wave number;

С 2 - нормирующа  константа, Номера мод, числа п - целые числа. Дл  волновода конечной ширины общее число мод равно и на изображенной оси значени  коэффициента будут расположены дискретно. В результате измерени получают значений диагональных элементов. Вертикальными лини ми на фиг. 1 показаны такие значени ковариаций дл  волновода шириной 2а 10 X при профиле температуры Т 300 + 5-loV 5-10 siri(-iCz/o,47 , т. е. совпавшие с кривой 5.C 2 is the normalizing constant, the mod numbers, and the numbers n, are integers. For a waveguide of finite width, the total number of modes is equal and on the axis shown the coefficient value will be located discretely. As a result, the measurements receive the values of the diagonal elements. The vertical lines in FIG. Figure 1 shows such covariance values for a waveguide 2A 10 X with a temperature profile T 300 + 5-loV 5-10 siri (-iCz / o, 47, i.e., coinciding with curve 5.

Claims (2)

Исследуема  плазма 7 расположена вплотную к фланцу волновода 8. Устройство содержит многомодовый волновод 8, одномодовый волновод 9, направленные ответвители 10 отдельных мод, согласованную нагрузку 11, схему 12 устройств дл  перемножени  амплитуд мод, на 1-ой выходе которой амплитуда сигнала равна U;, (t) a,(t) ) , где a(t) и aj(t) флуктуирующие амплитуды мод п и т,, соответст венно, переключатель 13 каналов, приемник 14. Подключа  приемник последовател но к выходам устройства и устанавл . ва  большое врем  интегрировани  приемника, получают N N значений ковариаций амплитуд мод в много .«i модовом волноводе, где N 2. После этого сравнивают полученные значени  с расчитанными дл  различ ных профилей (фиг. 1) и наход т и комый профиль температуры. Согласно способу дл  проведени  измерений используетс  только один Оконечный прибор - радиометричес кий приемник, работак ций на фиксированной частоте, не требуетс  проведени  калибровок на нескольки частотах и знание частотной зависи мости параметров плазмы, что повышает точность измерений. Формула изобретени  Способ определени  параметров плазмы, заключающийс  в измерении на одной частоте характеристики мод электромахнитного пол  в многомодовой системе, отличающийс   тем, что, с целью упрощени  процедуры измерений и определени  температуры плазмы, измер ют ковариаций по времени амплитуд мод собственного микроволнового излучени . Источники информации, прин тые во внимание при- экспертизе 1.Ваширинов А.Е. и др. СВЧ-излучение низкотемпературной плазмы. Под. ред. Баширинова А.Е. Советское радио, 1974, с. 97 - 108. The investigated plasma 7 is located close to the flange of the waveguide 8. The device contains a multimode waveguide 8, a single mode waveguide 9, directional couplers 10 individual modes, matched load 11, a circuit 12 of devices for multiplying mode amplitudes, at the 1st output of which the signal amplitude is U ;, (t) a, (t)), where a (t) and aj (t) fluctuating amplitudes of the modes p and m ,, respectively, a switch of 13 channels, receiver 14. Connecting the receiver to the outputs of the device and installing it. Your large receiver integration time gives you N N values of mode amplitudes covariances in many. "i mode waveguide, where N 2. After that, the obtained values are compared with those calculated for different profiles (Fig. 1) and a coma temperature profile is found. According to the method, only one End Device is used for measurements - a radiometric receiver, operations at a fixed frequency, no calibrations at several frequencies and knowledge of the frequency dependence of plasma parameters, which increases the accuracy of measurements, are not required. Claims The method of determining plasma parameters, which consists in measuring at one frequency the characteristics of an electromagnetized field in a multimode system, characterized in that, in order to simplify the measurement procedure and determine the plasma temperature, the covariances in time of the amplitudes of the natural microwave radiation are measured. Sources of information taken into account during the examination 1.Vashirinov A.E. and others. Microwave radiation of low-temperature plasma. Under. ed. Bashirinova A.E. Soviet Radio, 1974, p. 97 - 108. 2.Авторское свидетельство СССР № 527097, кл. G 01 N 21700,16.11.73 (прототип).2. USSR author's certificate number 527097, cl. G 01 N 21700,16.11.73 (prototype). 3...3|Ci С3 ... 3 | Ci С //// RR о сabout with обо 6 оob 6 o
SU802946470A 1980-06-26 1980-06-26 Method of plasma parameter determination SU911266A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802946470A SU911266A1 (en) 1980-06-26 1980-06-26 Method of plasma parameter determination

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU802946470A SU911266A1 (en) 1980-06-26 1980-06-26 Method of plasma parameter determination

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU911266A1 true SU911266A1 (en) 1982-03-07

Family

ID=20904404

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU802946470A SU911266A1 (en) 1980-06-26 1980-06-26 Method of plasma parameter determination

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU911266A1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4721901A (en) Method and apparatus for reflection coefficient measurements
Nelson A system for measuring dielectric properties at frequencies from 8.2 to 12.4 GHz
RU2665593C1 (en) Material dielectric properties measuring method and device for its implementation
CN112558001B (en) Pulse high-power field calibration device and method
SU911266A1 (en) Method of plasma parameter determination
US6344743B1 (en) Standing wave magnetometer
Price Measurement of harmonic power generated by microwave transmitters
Baird et al. A Method for the Estimation of the Relative Intensities of Microwave Absorption Lines
SU720567A1 (en) Method of measuring electron temperature of plasma placed in magnetic field
US3448380A (en) Method for use in spectroscopic analysis
RU2116653C1 (en) Method for measuring antenna gain
Lindberg et al. Optimum design of a microwave interferometer for plasma density measurements
RU2503021C2 (en) Method to measure coefficient of reflection of flat reflector in microwave range and device for its realisation
US3317827A (en) Microwave spectrometer having individually adjustable reference and test channels
JPH0514230B2 (en)
SU1218347A1 (en) Method of determining coeficient of aerial converter non-linearity
SU650026A1 (en) Radio wave field overall vector measuring method
SU1585692A1 (en) Method of measuring amplitude of axially symmetric objects
SU1552080A1 (en) Device for determining dynamic characteristics of object
SU714307A1 (en) Method of measuring amplitude-frequency error of phase meters
SU1363086A1 (en) Method of determining complex reflection factor of microwave load
Mironenko et al. Dielectric Resonator as Primary Transducer of Liquid Hydrocarbons Moisture. Applicability. Potentials. Prospects
RU2022283C1 (en) Method of measurement of parameters of waveguide
SU881538A1 (en) Method of measuring radiation intensity spectral distribution
RU2009452C1 (en) Device for remote measuring of parameters of oscillating objects