一種參數可調的微波等離子體產生裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種參數可調的微波等離子體產生裝置，該裝置包括：磁控管、水負載、三銷釘、多級磁場、密度調節(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節(jié)組件，在密度調節(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；密度調節(jié)組件包括前密度調節(jié)板和后密度調節(jié)板，密度調節(jié)板上設有多個密度調節(jié)孔，加速柵上設有兩組直徑不同的加速孔。本發(fā)明等離子體產生裝置的電子密度和離子密度可調。
【專利說明】—種參數可調的微波等離子體產生裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種參數可調的微波等離子體產生裝置，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(電子密度、電子溫度等)具有一定的差別，從而影響了實驗數據的準確性。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)，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)的等離子體產生裝置。
【發(fā)明內容】
[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的是為了解決現有技術的不足，提出一種參數可調的微波等離子體產生裝置。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現的。
[0006]一種參數可調的微波等離子體產生裝置，該裝置包括:磁控管、水負載、三銷釘、多級磁場、密度調節(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節(jié)組件，在密度調節(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]所述密度調節(jié)組件包括前密度調節(jié)板和后密度調節(jié)板，前、后密度調節(jié)板相同，并可繞同一轉動軸相對轉動；其中，密度調節(jié)板上設有多個密度調節(jié)孔，密度調節(jié)孔均勻設置于以轉動軸為圓心的圓上；
[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。
[0009]有益效果
[0010]本發(fā)明通過轉動前、后密度調節(jié)板，調節(jié)前、后密度調節(jié)板上密度調節(jié)孔的相對位置關系，從而使本發(fā)明等離子體產生裝置的電子密度和離子密度可調，且調節(jié)范圍為19/m3 ?1012/m3o
[0011]本發(fā)明通過調節(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)，穩(wěn)定性達到±2% (2h)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明可調諧微波等離子體產生裝置的正視結構示意圖。
[0013]圖2為本發(fā)明可調諧微波等離子體產生裝置的密度調節(jié)板示意圖。
[0014]圖3為本發(fā)明可調諧微波等離子體產生裝置的密度調節(jié)板工作原理示意圖。
[0015]圖4為本發(fā)明可調諧微波等離子體產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)明一種參數可調的微波等離子體產生裝置，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的端面安裝密度調節(jié)組件，在密度調節(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]密度調節(jié)組件5包括前密度調節(jié)板和后密度調節(jié)板，前、后密度調節(jié)板相同，并可繞同一轉動軸相對轉動；其中，密度調節(jié)板上設有多個密度調節(jié)孔，多個密度調節(jié)孔均勻設置于以轉動軸為圓心的圓上。
[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。
[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用來吸收經過環(huán)形器8傳輸過來的反射波功率，三銷釘3用來調節(jié)微波的匹配模式，微波在共振腔6中產生等離子體。密度調節(jié)組件5由前密度調節(jié)板和后密度調節(jié)板組成，通過調節(jié)前密度調節(jié)板和后密度調節(jié)板上密度調節(jié)孔的對準面積來調節(jié)共振腔6中產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，通過調節(jié)加速柵7上所加載的電壓，從而達到調節(jié)離子-能量的要求。
[0022]本發(fā)明可調微波等離子體產生裝置的密度調節(jié)板如圖2所示。為了讓微波等離子體產生裝置產生的電子/離子的密度可調，在微波等離子體產生裝置共振腔的端面安裝密度調節(jié)組件，密度調節(jié)板包括前密度調節(jié)板和后密度調節(jié)板。通過改變前密度調節(jié)孔和后密度調節(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)來實現電子/離子的密度的調節(jié)(如圖3所示)。
[0023]本發(fā)明可調微波等離子體產生裝置的加速柵如圖4所示。為了讓微波等離子體產生裝置產生的離子的能量可調，通過使微波等離子體產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，從而實現離子能量的調節(jié)。通過在加速柵上設置兩組加速孔，可以提高等離子體產生裝置產生的等離子體的均勻性。當微波等離子體產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生電子來實現等離子體的電中性。
【權利要求】
1.一種參數可調的微波等離子體產生裝置，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￠)的端面安裝密度調節(jié)組件，在密度調節(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； 密度調節(jié)組件(5)包括前密度調節(jié)板和后密度調節(jié)板，前、后密度調節(jié)板相同，并可繞同一轉動軸相對轉動；其中，密度調節(jié)板上設有多個密度調節(jié)孔，多個密度調節(jié)孔均勻設置于以轉動軸為圓心的圓上； 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。
【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