一種利用準(zhǔn)光學(xué)諧振腔快速實(shí)時(shí)診斷等離子體的新方法
【專利摘要】一種利用準(zhǔn)光學(xué)諧振腔快速實(shí)時(shí)診斷等離子體的新方法，屬于等離子診斷領(lǐng)域。診斷裝置包括準(zhǔn)光學(xué)諧振腔和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，其中準(zhǔn)光學(xué)諧振腔為對稱雙凹腔或平凹腔。測試信號經(jīng)同軸線，耦合輸入孔進(jìn)入諧振腔；信號穿過諧振腔后經(jīng)耦合輸出孔、同軸線傳回矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。用兩臺或更多臺矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀選取不同頻率進(jìn)行點(diǎn)頻測試(CW Sweep)，根據(jù)測量結(jié)果計(jì)算出等離子體的參數(shù)。本發(fā)明適用于診斷如飛行尾跡類的等離子體，具有快速、準(zhǔn)確和測量范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種利用準(zhǔn)光學(xué)諧振腔快速實(shí)時(shí)診斷等離子體的新方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于等離子體診斷領(lǐng)域，涉及微波，毫米波頻段介質(zhì)材料復(fù)介電常數(shù)測試 用準(zhǔn)光學(xué)諧振腔。

【背景技術(shù)】
[0002] 等離子體微波診斷方法主要包括靜電探針法和微波診斷法。靜電探針法常用于低 溫等離子體的診斷，微波診斷法則常用于高溫等離子體的診斷。微波診斷法又分為微波探 針診斷法，微波腔診斷法，等離子體輻射診斷法。微波腔診斷法中的開腔診斷法常用于毫米 波頻段的等離子體診斷中。
[0003] 準(zhǔn)光學(xué)諧振腔，簡稱準(zhǔn)光腔。常用的準(zhǔn)光腔結(jié)構(gòu)有兩種：一種是對稱雙凹腔結(jié)構(gòu)， 由兩個(gè)凹面鏡正對放置而成；另一種是平凹腔結(jié)構(gòu)，由一個(gè)平面鏡和一個(gè)凹面鏡正對放置 而成。傳統(tǒng)開腔診斷方法適用于等離子體在一段時(shí)間內(nèi)可以保持穩(wěn)定的情況，不適用于診 斷類似飛行尾跡之類的瞬態(tài)等離子體。微波干涉儀診斷技術(shù)是一種可以快速實(shí)時(shí)測量等離 子體的方法，但是該方法的測量精度和測量范圍往往不能達(dá)到要求。本發(fā)明將準(zhǔn)光學(xué)諧振 腔運(yùn)用于類似飛行尾跡之類的非穩(wěn)定等離子體診斷中，利用了準(zhǔn)光學(xué)諧振腔對微擾極其敏 感的特性；診斷裝置結(jié)構(gòu)簡單，操作方便


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明對數(shù)據(jù)的測量采用點(diǎn)頻測試（cw Sweep)，數(shù)據(jù)測量和提取十分迅速，可以 跟上非穩(wěn)定等離子體的變化速度。 _
[0005] 本發(fā)明提供的利用準(zhǔn)光學(xué)諧振腔快速診斷等離子體的方法，運(yùn)用兩臺或更多臺矢 量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行點(diǎn)頻測試（cw Sweep)，測量等離子體經(jīng)過準(zhǔn)光學(xué)諧振腔時(shí)信號的幅值和 相位，利用測得的兩個(gè)或多個(gè)頻率點(diǎn)的數(shù)據(jù)計(jì)算出等離子體的電子濃度和電子溫度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006] 圖1是本發(fā)明提供的基于準(zhǔn)光學(xué)諧振腔的快速實(shí)時(shí)診斷等離子體裝置結(jié)構(gòu)示意 圖，左側(cè)是準(zhǔn)光學(xué)諧振腔為對稱雙凹腔的結(jié)構(gòu)示意圖，右側(cè)是準(zhǔn)光學(xué)諧振腔為平凹腔的結(jié) 構(gòu)示意圖。
[0007] 圖2是對稱雙凹腔的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008] 圖3是平凹腔的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009] 圖4是對稱雙凹腔中凹面鏡示意圖
[0010] 圖5是平凹腔中凹面鏡示意圖。
[0011 ]圖1至圖5中：1是準(zhǔn)光學(xué)諧振腔，2是矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀；11是對稱雙凹腔中第一 凹面鏡或平凹腔中凹面鏡，12是對稱雙凹腔中第二凹面鏡，111、112是對稱雙凹腔中第一 凹面鏡中心的輸入能量耦合孔或平凹腔中凹面鏡中心附近的輸入能量耦合孔， 121、122是 對稱雙凹腔中第二凹面鏡中心的輸出能力耦合孔或平凹腔中凹面鏡中心附近的輸出能量 耦合孔。

【具體實(shí)施方式】
[0012] 一種利用準(zhǔn)光學(xué)諧振腔快速實(shí)時(shí)診斷等離子體的新方法，裝置如圖1所示，包括 準(zhǔn)光學(xué)諧振腔1和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀2。所述準(zhǔn)光學(xué)諧振腔1可為對稱雙凹腔或平凹腔。對 于準(zhǔn)光學(xué)諧振腔為對稱雙凹腔的裝置而言，第一臺矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)生的測試信號通過一 段同軸線傳輸，穿過對稱雙凹腔中位于凹面鏡11中心的輸入耦合孔111后耦合入對稱雙凹 腔；信號穿過對稱雙凹腔后，經(jīng)對稱雙凹腔中位于凹面鏡12中心的輸出耦合孔121耦合入 另一段同軸線傳回至矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。第二臺矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)生的測試信號通過一段同 軸線傳輸，穿過對稱雙凹腔中位于凹面鏡11中心的輸入耦合孔112后耦合入對稱雙凹腔； 信號穿過對稱雙凹腔后，經(jīng)對稱雙凹腔中位于凹面鏡12中心的輸出耦合孔122耦合入另一 段同軸線傳回至矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。為了提高測量精度，可增加準(zhǔn)光學(xué)諧振腔的耦合孔數(shù)量 以連接更多的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測量。
[0013] 對于準(zhǔn)光學(xué)諧振腔為平凹腔的裝置而言，第一臺矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)生的測試信號 通過一段同軸線傳輸，穿過平凹腔中位于凹面鏡11中心附近的輸入耦合孔111后耦合入平 凹腔；平凹腔所產(chǎn)生的輸出信號穿過平凹腔中位于凹面鏡11中心附近的輸出耦合孔121后 經(jīng)另一段同軸線傳回至矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。第二臺矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀產(chǎn)生的測試信號通過一段 同軸線傳輸，穿過平凹腔中位于凹面鏡11中心附近的輸入耦合孔121后耦合入平凹腔；平 凹腔所產(chǎn)生的輸出信號穿過平凹腔中位于凹面鏡11中心附近的輸出耦合孔122后經(jīng)另一 段同軸線傳回至矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。為了提高測量精度，可增加準(zhǔn)光學(xué)諧振腔的耦合孔數(shù)量 以連接更多的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行測量。
[0014] 利用準(zhǔn)光學(xué)諧振腔診斷等離子體時(shí)，首先利用網(wǎng)絡(luò)分析儀2測出準(zhǔn)光學(xué)諧振腔1 空腔時(shí)的諧振頻率和品質(zhì)因素 Q。。選取f。附近的兩個(gè)頻率點(diǎn)^和^，用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 進(jìn)行點(diǎn)頻測試（CW Swe?。?。兩臺矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀中任選一臺測量&頻率信號的幅值和相 位，另一臺測量f2頻率的信號幅值和相位。由于諧振腔內(nèi)有等離子體時(shí)，諧振頻率將增大， 所以選取的測試頻率和f 2 -般大于f。。為了提高精度，可以增加矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀，選取 更多頻率點(diǎn)進(jìn)行測量。
[0015] 對矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，令|H(f\) I表示1頻率的信號幅值，《?(乂） 表示A頻率信號的相位；|H(f2) I表示f2頻率信號的幅值，^(Λ)表示f2頻率信號的相位。
[0016] 對于諧振系統(tǒng)，有 "(/)=--J-- _7] Ui〇{L_k) (1) l/o f)
[0018] ^(/) =-arctan Q A (2) V v/〇 f)) _9] 其中，H(f)表示信號，4/)表示信號的相位，Q表示品質(zhì)因數(shù)，fQ表示諧振頻率，f 表不信號的頻率。
[0020] 利用測量數(shù)據(jù)0(_/；)和《?(/2)，得到方程：
[0021] ⑶

【權(quán)利要求】
1. 一種利用準(zhǔn)光學(xué)諧振腔快速實(shí)時(shí)診斷等離子體的新方法，診斷裝置包括準(zhǔn)光學(xué)諧振 腔（1)和矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（2)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用準(zhǔn)光學(xué)諧振腔快速實(shí)時(shí)診斷等離子體的方法，其特征 在于：對于準(zhǔn)光學(xué)諧振腔（1)而言，矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（2)產(chǎn)生的測試信號通過同軸線、耦合 孔進(jìn)入諧振腔；諧振腔產(chǎn)生的輸出信號經(jīng)另一耦合孔、同軸傳輸線傳回至矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀 ⑵。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用準(zhǔn)光學(xué)諧振腔快速實(shí)時(shí)診斷等離子體的方法，其特 征在于：用兩臺或更多臺矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀選取不同頻率進(jìn)行點(diǎn)頻測試（CW Sweep)，測量等 離子體經(jīng)過準(zhǔn)光學(xué)諧振腔時(shí)信號的幅值和相位，利用測得的兩個(gè)或多個(gè)頻率點(diǎn)信號的幅值 和相位計(jì)算出等離子體的電子濃度和電子溫度。
【文檔編號】H05H1/00GK104244554SQ201310247383
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月21日
【發(fā)明者】陶冰潔, 謝冰, 郭高鳳, 李恩, 高源慈, 鄭虎 申請人:電子科技大學(xué)