一種參數(shù)可調(diào)的微波等離子體產(chǎn)生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種參數(shù)可調(diào)的微波等離子體產(chǎn)生裝置，該裝置包括：磁控管、水負載、三銷釘、多級磁場、密度調(diào)節(jié)組件、過渡段、共振腔、加速柵、環(huán)形器、激勵腔及中和燈絲；其連接關系為：磁控管安裝在激勵腔上，激勵腔與環(huán)形器的一端連接，環(huán)形器的另一端通過過渡段與共振腔連接，三銷釘安裝在過渡段上；環(huán)形器外安裝水負載；多級磁場安裝在共振腔外，共振腔的端面安裝密度調(diào)節(jié)組件，在密度調(diào)節(jié)組件的外表面安裝加速柵，中和燈絲安裝在加速柵的外端面；密度調(diào)節(jié)組件包括前密度調(diào)節(jié)板和后密度調(diào)節(jié)板，密度調(diào)節(jié)板上設有多個密度調(diào)節(jié)孔，加速柵上設有兩組直徑不同的加速孔。本發(fā)明等離子體產(chǎn)生裝置的電子密度和離子密度可調(diào)。
【專利說明】—種參數(shù)可調(diào)的微波等離子體產(chǎn)生裝置

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種參數(shù)可調(diào)的微波等離子體產(chǎn)生裝置，屬于空間應用設備【技術領域】。

【背景技術】
[0002]為了驗證空間有效載荷在軌功能、性能指標的真實性和可靠性，需要在地面等離子體環(huán)境中進行空間有效載荷的實驗驗證、標定、測試與分析評估。在通常情況下，空間低地球軌道等離子體電子密度為109/m3?1012/m3，電子溫度為1000K?5000K?，F(xiàn)有的各種空間等尚子體環(huán)境模擬設備與空間低地球軌道的等尚子體環(huán)境參數(shù)(電子密度、電子溫度等)具有一定的差別，從而影響了實驗數(shù)據(jù)的準確性。如美國海軍的Space PhysicsSimulat1n Chamber(SPSC)空間等離子體環(huán)境模擬實驗設備配置的微波等離子體源,該等離子體源可提供1ltVm3?11Vm3范圍等離子體密度的選擇，電子溫度可從5000K變化到20000K。意大利INAF-1FSI的地面等離子體環(huán)境模擬實驗設備，該設備配置了考夫曼型等離子體源，等離子體密度為IX 11Vm3?3X 1012/m3，電子溫度為2000K?4000K。
[0003]當前，還不存在離子體密度為109/m3?11Vm3(可調(diào))，電子溫度為1000K?10000K，靜態(tài)條件下離子溫度為1000K?5000K，加速條件下離子能量為5?30eV (可調(diào))的等離子體產(chǎn)生裝置。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術的不足，提出一種參數(shù)可調(diào)的微波等離子體產(chǎn)生裝置。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的。
[0006]一種參數(shù)可調(diào)的微波等離子體產(chǎn)生裝置，該裝置包括:磁控管、水負載、三銷釘、多級磁場、密度調(diào)節(jié)組件、過渡段、共振腔、加速柵、環(huán)形器、激勵腔及中和燈絲；其連接關系為:磁控管安裝在激勵腔上，激勵腔與環(huán)形器的一端連接，環(huán)形器的另一端通過過渡段與共振腔連接，三銷釘安裝在過渡段上；環(huán)形器外安裝水負載；多級磁場安裝在共振腔外，共振腔的端面安裝密度調(diào)節(jié)組件，在密度調(diào)節(jié)組件的外表面安裝加速柵，中和燈絲安裝在加速柵的外端面；其中
[0007]所述密度調(diào)節(jié)組件包括前密度調(diào)節(jié)板和后密度調(diào)節(jié)板，前、后密度調(diào)節(jié)板相同，并可繞同一轉(zhuǎn)動軸相對轉(zhuǎn)動；其中，密度調(diào)節(jié)板上設有多個密度調(diào)節(jié)孔，密度調(diào)節(jié)孔均勻設置于以轉(zhuǎn)動軸為圓心的圓上；
[0008]所述加速柵上設有兩組直徑不同的加速孔，兩組加速孔分別設置于以加速柵中心為圓心的兩個同心圓上，且加速柵上所加載的電壓可調(diào)。
[0009]有益效果
[0010]本發(fā)明通過轉(zhuǎn)動前、后密度調(diào)節(jié)板，調(diào)節(jié)前、后密度調(diào)節(jié)板上密度調(diào)節(jié)孔的相對位置關系，從而使本發(fā)明等離子體產(chǎn)生裝置的電子密度和離子密度可調(diào)，且調(diào)節(jié)范圍為19/m3 ?1012/m3o
[0011]本發(fā)明通過調(diào)節(jié)加速柵的電壓，對離子進行加速，使得加速條件下離子能量為5?30eV(可調(diào))，穩(wěn)定性達到±2% (2h)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明可調(diào)諧微波等離子體產(chǎn)生裝置的正視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明可調(diào)諧微波等離子體產(chǎn)生裝置的密度調(diào)節(jié)板示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明可調(diào)諧微波等離子體產(chǎn)生裝置的密度調(diào)節(jié)板工作原理示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明可調(diào)諧微波等離子體產(chǎn)生裝置的加速柵示意圖。
[0016]其中，1-磁控管、2-水負載、3-三銷釘、4-多級磁場、5-密度調(diào)節(jié)組件、6_共振腔、7-加速柵、8-環(huán)形器、9-激勵腔、10-中和燈絲。

【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖和具體實例對本發(fā)明進行詳細說明。
[0018]本發(fā)明一種參數(shù)可調(diào)的微波等離子體產(chǎn)生裝置，如圖1所示，該裝置包括磁控管
1、水負載2、三銷釘3、多級磁場4、密度調(diào)節(jié)板5、共振腔6、加速柵7、環(huán)形器8、激勵腔9、中和燈絲10及過渡段；其連接關系為:磁控管I安裝在激勵腔9上，激勵腔9與環(huán)形器8的一端連接，環(huán)形器8的另一端通過過渡段與共振腔6連接，三銷釘3安裝在過渡段上；環(huán)形器8外安裝水負載2 ;共振腔6外安裝多級磁場4，共振腔6的端面安裝密度調(diào)節(jié)組件，在密度調(diào)節(jié)組件5的外表面安裝加速柵7，中和燈絲10安裝在加速柵7的外端面。
[0019]密度調(diào)節(jié)組件5包括前密度調(diào)節(jié)板和后密度調(diào)節(jié)板，前、后密度調(diào)節(jié)板相同，并可繞同一轉(zhuǎn)動軸相對轉(zhuǎn)動；其中，密度調(diào)節(jié)板上設有多個密度調(diào)節(jié)孔，多個密度調(diào)節(jié)孔均勻設置于以轉(zhuǎn)動軸為圓心的圓上。
[0020]加速柵7上設有兩組直徑不同的加速孔，兩組加速孔分別設置于以加速柵中心為圓心的兩個同心圓上，且加速柵上所加載的電壓可調(diào)。
[0021]本發(fā)明的工作原理是:環(huán)形器8用來阻止反射波進入磁控管1，水負載2用來吸收經(jīng)過環(huán)形器8傳輸過來的反射波功率，三銷釘3用來調(diào)節(jié)微波的匹配模式，微波在共振腔6中產(chǎn)生等離子體。密度調(diào)節(jié)組件5由前密度調(diào)節(jié)板和后密度調(diào)節(jié)板組成，通過調(diào)節(jié)前密度調(diào)節(jié)板和后密度調(diào)節(jié)板上密度調(diào)節(jié)孔的對準面積來調(diào)節(jié)共振腔6中產(chǎn)生的等離子體的密度，加速柵7用來加速離子達到要求的能量，通過調(diào)節(jié)加速柵7上所加載的電壓，從而達到調(diào)節(jié)離子-能量的要求。
[0022]本發(fā)明可調(diào)微波等離子體產(chǎn)生裝置的密度調(diào)節(jié)板如圖2所示。為了讓微波等離子體產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的電子/離子的密度可調(diào)，在微波等離子體產(chǎn)生裝置共振腔的端面安裝密度調(diào)節(jié)組件，密度調(diào)節(jié)板包括前密度調(diào)節(jié)板和后密度調(diào)節(jié)板。通過改變前密度調(diào)節(jié)孔和后密度調(diào)節(jié)孔的重合程度(完全重合時電子/離子的密度最大，部分重合時電子/離子的密度減少)來實現(xiàn)電子/離子的密度的調(diào)節(jié)(如圖3所示)。
[0023]本發(fā)明可調(diào)微波等離子體產(chǎn)生裝置的加速柵如圖4所示。為了讓微波等離子體產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的離子的能量可調(diào)，通過使微波等離子體產(chǎn)生裝置共振腔的出口擋板與共振腔的其他部分電絕緣，并在加速柵上施加電壓以加速離子，從而實現(xiàn)離子能量的調(diào)節(jié)。通過在加速柵上設置兩組加速孔，可以提高等離子體產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的等離子體的均勻性。當微波等離子體產(chǎn)生裝置運行于加速狀態(tài)時，由于等離子體中的電子和離子電性相反，使得輸出的等離子體偏離了電中性。為了保持等離子體的電中性，在加速柵的外端面安裝了中和燈絲，通過加熱中和燈絲產(chǎn)生電子來實現(xiàn)等離子體的電中性。
【權利要求】
1.一種參數(shù)可調(diào)的微波等離子體產(chǎn)生裝置，其特征在于，該裝置包括磁控管(I)、水負載(2)、三銷釘(3)、多級磁場(4)、密度調(diào)節(jié)板(5)、共振腔(6)、加速柵(7)、環(huán)形器⑶、激勵腔(9)、中和燈絲(10)及過渡段；其連接關系為:磁控管(I)安裝在激勵腔(9)上，激勵腔(9)與環(huán)形器(8)的一端連接，環(huán)形器(8)的另一端通過過渡段與共振腔(6)連接，三銷釘(3)安裝在過渡段上；環(huán)形器(8)外安裝水負載(2);共振腔(6)外安裝多級磁場(4)，共振腔￠)的端面安裝密度調(diào)節(jié)組件，在密度調(diào)節(jié)組件(5)的外表面安裝加速柵(7)，中和燈絲(10)安裝在加速柵(7)的外端面； 密度調(diào)節(jié)組件(5)包括前密度調(diào)節(jié)板和后密度調(diào)節(jié)板，前、后密度調(diào)節(jié)板相同，并可繞同一轉(zhuǎn)動軸相對轉(zhuǎn)動；其中，密度調(diào)節(jié)板上設有多個密度調(diào)節(jié)孔，多個密度調(diào)節(jié)孔均勻設置于以轉(zhuǎn)動軸為圓心的圓上； 加速柵(7)上設有兩組直徑不同的加速孔，兩組加速孔分別設置于以加速柵中心為圓心的兩個同心圓上，且加速柵上所加載的電壓可調(diào)。
【文檔編號】H05H1/46GK104363691SQ201410578255
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權日:2014年10月24日
【發(fā)明者】陳燾, 任兆杏, 馬勉軍, 王佐磊, 霍紅慶, 高青松 申請人:蘭州空間技術物理研究所