环形波导狭缝天线产生的氩等离子体特性研究

研制了一种由环形波导腔环绕直径３０ｃｍ、高５０ｃｍ耐热玻璃圆筒真空室构成的新的大面积微波等离子体源。环形波导内侧开有多个用来激励产生等离子体的狭缝，相邻狭缝间的距离为半个波导波长。利用该装置研究了微波功率、工作气体对氩等离子体特性的影响。静电双探针测量结果表明，当气压在４０－６００Ｐａ，功率在２００－６００Ｗ范围内时，电子温度可达０．８－３．０ｅＶ，离子密度最高达４．３×１０１０ｃｍ－３。

表面波放电狭缝天线辐射电磁场的三维数值分析

针对平板型表面波放电等离子体源,建立了表面波放电狭缝天线辐射电磁波模型,对狭缝天线辐射电磁场分布进行了三维数值计算,并与表面波电磁场进行对比分析,讨论了平板型表面波放电机理。结果表明:整个狭缝天线阵激发的电磁场是每个狭缝天线激发电磁场的线性叠加;狭缝天线阵直接激发的电磁场强度在临近波导壁面处很大,并且随着空间距离的增大迅速衰减;狭缝天线阵直接激发和表面波的电场均远大于各自的磁场,分析电、磁场对带电粒子的力作用时可以忽略磁场力的作用;表面波电磁场远大于狭缝天线阵直接辐射的电磁场,强电磁场范围也远大于狭缝天线阵直接激发的强电磁场范围,等离子体有增强电磁场强度、扩大强电磁场范围的作用。

微带单极子狭缝天线单向辐射特性分析

讨论一种基于单极狭缝天线结构的平面宽带单向性天线,末端凸起结构的反馈线和2个不对称的狭缝产生了寄生电容,改善了天线的阻抗匹配特性.在贴片右边加入两个金属结构,调整地板面的宽度,在地板面嵌入2个不对称的狭缝作为反射器,可以显著改善天线的前后比.使用电磁场仿真软件HFSS对天线进行仿真调试,天线的前后比达到26.10dB.

表面波放电狭缝天线阵优化设计

为优化表面波放电的狭缝天线阵设计,给表面波放电装置的设计提供理论依据,对狭缝天线布局进行了理论和仿真计算分析。结果表明,宽缝辐射的电磁场比纵缝强,同相激励天线辐射的电磁场比异相激励强,更容易击穿空气产生等离子体。基于磁场强度同相分布规律对已经采用的纵缝天线阵进行改进,纵缝按照两侧交互并间隔半个波导波长布置,各个纵缝均为同相,产生等离子体效果更好。

装置参数对狭缝天线激发的等离子体表面波传播的影响

采用时域有限差分法对矩形结构装置的等离子体表面波传播进行了三维数值模拟.研究了装置参数(如介质板相对介电常数、厚度以及介质板上方空气间隙)对天线阵列激发的等离子体表面波传播的影响,给出了合适的介质板相对介电常数和厚度,并指出空气间隙的存在会严重削弱天线阵列对表面波的激发.计算结果可为大面积矩形表面波等离子体源装置的优化设计提供参考.

环形波导微波场分布的计算

提出了环形波导场分布的计算模型 ,计算了环形波导内的微波场分布。结果表明即使在环形腔直径大于微波波长时 ,微波能量也能传到真空室中心附近 。

大面积表面波等离子体的特性研究

介绍一种矩形反应腔体结构的表面波等离子体源,通过对垫层介质及天线结构的优化设计,产生了大面积均匀的等离子体.采用静电探针测量了等离子体参数(密度,电子温度)在不同运行条件(气压,功率)下的空间分布;采用扩散模型,数值模拟了等离子体密度在垂直方向上的空间分布,并比较好地解释了实验测量结果.

大面积表面波等离子体源微波功率吸收的数值模拟研究

建立了大面积矩形表面波等离子体(SWP)源全尺寸的三维模型,用数值模拟的方法研究了SWP源基于碰撞的功率吸收问题,给出了随等离子体参数变化的微波反射率曲线,分析了不同天线对微波功率沉积的影响,并讨论了微波功率吸收和表面波的定性关系.结果发现,均匀放电的SWP源功率沉积本质是由表面波等离子体的性质决定的,等离子体密度太大或太小都不利于功率吸收.在正常工作气压下,SWP源通过碰撞机理即可以实现微波功率的有效沉积,微波吸收率可达80%以上,与已有实验相符.本研究同时发现,天线阵列激发的表面波模式越紧凑,强度越大,越有利于微波的吸收.