СВЧ диагностика газового разряда

Внутри волновода длина волны отличается от длины волны, в свободном пространстве и наблюдается большая дисперсия, т. е. зависимость скорости распространения волн от частоты и различие между фазовой и групповой скоростью.

Прямоугольный волновод.

Рассмотрим простейшую структуру поля в прямоугольном, волноводе при распространении в нем электромагнитного поля. Она называется основным типом волны прямоугольного волно­вода и обозначается ТЕ01. Электрическое поле имеется только в направлении у. Это удовлетворяет граничному условию Et =0 на стенках параллельно плоскости xz, образующих верх и низ волновода. На боковых стенках Еу тоже равно нулю. Поэтому для простейшего распределения поля в  прямоугольном  волноводе, которое удовлетворяет граничным условиям, зависимость Еу от z должна быть синусоидальной, т.е.

     (8)

Величина π/b  в этом уравнении вводится для того, чтобы Еу рав­нялось нулю на боковых стенках волновода, т. е. при z=0 и z=b. Этот же результат дает и реше­ние уравнения поля.

Составляющая Еу, оставаясь перпендикулярной плоскости xz, распространяется в направлении оси х, и поэтому ее зависимость от z и х будет следующая:

 так как

Таким образом, простейшая волна ТЕ01 характеризуется тем, что вдоль большой стороны b поперечного сечения волновода укладывается один максимум поля, а вдоль меньшей стороны сечения а поле не изменяется.

Составляющая магнитного поля Hz также должна меняться синусоидально по z, для того чтобы нормальная составляющая магнитного поля на боковых ее стенках волновода обращалась в ноль, как этого требуют граничные условия. Вдоль оси рас­пространения волны х составляющая Нz изменяется как cos (wt-βgx). Магнитные силовые линии должны быть замкну­ты, поэтому выходят из поперечной плоскости и идут вдоль волновода в направлении оси х, образуя продольную состав­ляющую магнитного поля Нх. Эта составляющая должна  меняться, как , так как она    максимальна    на    боковых стенках волновода, где магнитные силовые линии изгибаются и идут вдоль волновода. Кроме того, она должна быть сдвинута на π/2 по отношению к Еу и Нz в их пространственном измене­нии вдоль оси х. Так как электрическое поле направлено толь­ко по оси у, составляющие Ех и Еz равны нулю. Что касается компоненты Ну, то она равна нулю для этой волны в силу гра­ничных условий. Таким образом, уравнения, описывающие пол­ное поле волны ТЕ01 будут:

   (9)

где b — ширина волновода, λg - длина волны в волноводе, βg = 2π/ λg — фазовая постоянная, Hо — амплитуда магнитного-поля, создаваемая источником в центре волновода в плоскости х = 0, Zw — волновое сопротивление волновода [6].

Волновое сопротивление Zw есть отношение напряженности электрического поля к напряженности магнитного в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны.

Длина волны в волноводе.

Каждая составляющая электрического поля должна удовле­творять волновому уравнению. Составляющая Еу, таким обра­зом, должна удовлетворять уравнению

(10)

Для волны TE01Ey определяется из уравнения (9). Подстав­ляя Еу в уравнение (10), получим        

    (11)

где =2π/λg а c - скорость света в свободном пространстве. Так как

  (12)

где  λ -  длина волны генератора в свободном пространстве, то из уравнения (11) получим

  (13)

Это равенство дает

 (14)

Отсюда видно, что длина волны в трубе больше, чем в свобод­ном пространстве. Это вызвано тем, что фазовая скорость рас­пространения волн в волноводе боль­ше, чем скорость распространения в свободном пространстве. Дифференцируя (11), получим           выражение для группо­вой скорости

  (15)

фазовая скорость  будет

        (16)

Кривая зависимости λg от λ, соответст­вующая уравнению (14), показана на рис. 2. С приближением λ к 2b λg не­ограниченно нарастает. Если λ>2b, то из уравнения (2.30) следует, что дли­на волны в волноводе становится мнимой величиной. Это означает, что при λ>2b всякое распространение волны в волноводе прекращается. Поэтому за предельную длину волны в прямоугольном волноводе с волной TE01 берут λпр = 2b. Ра­венство

  (17)

справедливо для любого типа волны, любого волновода любого сечения при условии, что значение λg соответствует тому типу волны и тому поперечному сечению, которые в этом случае рас­сматриваются.

Для того чтобы понять особенности распространения элек­тромагнитной волны в прямоугольном волноводе и наличие в нем критической волны, необходимо исходить из того, что поле в нем есть результат сложения двух плоских волн. В самом деле, рассмотрим плоскости равных фаз и направление распро­странения двух одинаковых плоских электромагнитных волн, изображенных на рис.3. Пусть направления распространения

Рис. 3. Плоскости равных фаз в прямоугольном волноводе

волн I и II образуют одинаковые углы падения с боковыми стенками волновода. Сплошными линиями, перпендикулярными к направлениям волн I и II, показаны плоские фронты этих волн с фазой, соответствующей максимуму бегущей синусои­дальной волны для некоторого момента времени. Пунктирные линии соответствуют плоскостям минимумов бегущей волны. Как это видно из построения, на стенках в местах пересечения максимумов одной волны с минимумом другой автоматически выполняются граничные условия. Фронты максимумов плоских волн пересекаются посередине волновода под такими же угла­ми, как и фронты минимумов. При увеличении длины плоской волны X вертикальные углы между фронтами максимумов и ми­нимумов также увеличиваются и, таким образом, возрастают углы падения и отражения. Это и обусловливает появление пре­дельной волны. Действительно, рассмотрим луч, соответствую­щий направлению волны I и ее фронт, где находится в данный момент максимум бегущей волны. Угол падения луча обозначим через θ. Из треугольника EOF (рис. 4) следует

λ/2=bcosθ,  λ=2bcosθ

Следовательно, максимальная    длина    волны, которая    может распространяться    по волноводу, λпр =2b. В этом случае   угол падения и отражения θ = 0 и фронт плоской волны параллелен оси волно­вода. При таком падении волна будет отражаться от стенки к стенке в вер­тикальном направлении и вдоль вол­новода распространяться не будет. От­сюда следует, что длина волны в вол­новоде, измеряемая вдоль оси волно­вода λg, больше длины волны в сво­бодном пространстве λ, и так как λпр =2b, то cosθ= λ/λпр С другой сто­роны,

и, следовательно,

Скорость движения энергии по волноводу, т. е. групповая ско­рость, меньше фазовой скорости и скорости света с. Из рис. 4 видим, что групповая скорость νгр=csinθ или

Фазовая скорость  больше скорости света и в пределе стремится к бесконечности при  λ→ λпр, это и объясняет то, что длина   волны   в волноводе λg больше, чем в свободном пространстве.

Нас интере­суют размеры поперечного сечения волновода, от которых зави­сят предельные волны всех типов. Если длина волны генерато­ра, питающего волновод, λ, то для распространения волны Н01 необходимо, чтобы размер большей стороны волновода b подчинялся условию λпр = 2b> λ, или b> λ/2, т. е. длина волны в. свободном пространстве должна быть меньше предельной вол­ны типа Н01. Размер стороны a волновода не должен превы­шать длины волны, иначе в нем будет распространяться волна Н02, для которой λпр=a. Таким образом, для заданной волны  λ генератора ширина волновода b определяется из условия  λ /2<b< λ.

Для того, чтобы не распространялась волна Н10, для которой λпр=2a, размер меньшей стороны волновода a должен быть меньше λ /2.

Обычно размер меньшей стороны волновода принимают равным половине большой, т. е. а=b/2 = 0,35 λ.

Таким образом, в волноводе е размерами сторон b = 0,7λ, а = 0,35 λ, может распространяться только волна Н01.

1.5. Эффект Ганна и его использование, в диодах, работающих в генераторном режиме.

         Для усиления и генерации колебаний СВЧ-диапазона может быть использована аномальная зависимость скорости электронов от напряженности электрического поля в некоторых полупроводниковых соединениях, прежде всего в арсениде галлия. При этом основную роль играют процессы, происходящие в объеме полупроводника, а не в p-n-переходе. Генерацию СВЧ-колебаний в однородных образцах GaAs n-типа при напряженности постоянного электрического поля выше порогового значения впервые наблюдал Дж. Ганн в 1963 г. (поэтому такие приборы называют диодами Ганна). В отечественной литературе их называют также приборами с объемной неустойчивостью или с междолинным переносом электронов, поскольку активные свойства диодов обусловлены переходом электронов из «центральной» энергетической долины в «боковую», где они характеризуются большой эффективной массой и малой подвижностью. В иностранной литературе последнему названию соответствует термин ТЭД (Transferred Electron Device).

         В слабом поле подвижность  электронов велика и составляет 6000–8500 см2/(Вс). При напряженности поля выше 3,5 кВ/см за счет перехода части электронов в «боковую» долину средняя дрейфовая скорость электронов уменьшается с ростом поля. Наибольшее значение модуля дифференциальной 10

подвижности  на падающем участке примерно втрое ниже, чем подвижность в слабых полях. При напряженности поля выше 15–20 кВ/см средняя скорость электронов почти не зависит от поля и составляет около 107 см/с, так что отношение , а характеристика скорость–поле может быть приближенно аппроксимирована так, как показано на рис.5. Время установления отрицательной дифференциальной проводимости (ОДП) складывается из времени разогрева электронного газа в «центральной» долине (~10–12 с для GaAs), определяемого постоянной времени релаксации по энергии и времени междолинного перехода (~5-10–14 с).

         Можно было бы ожидать, что наличие падающего участка характеристики  в области ОДП при однородном распределении электрического поля вдоль однородно легированного образца GaAs приведет к появлению падающего участка на вольт-амперной характеристике диода, поскольку значение конвекционного тока через диод определяется как , где ; –площадь сечения; –длина образца между контактами. На этом участке диод характеризовался бы отрицательной активной проводимостью и мог бы использоваться для генерирования и усиления колебаний аналогично туннельному диоду. Однако на практике осуществление такого режима в образце полупроводникового материала с ОДП затруднено из-за неустойчивости поля и объемного заряда, флюктуация объемного заряда в этом случае приводит к нарастанию объемного заряда по закону

,

где –постоянная диэлектрической релаксации; –концентрация электронов в исходном n-GaAs. В однородном образце, к которому приложено постоянное напряжение , локальное повышение концентрации электронов приводит к появлению отрицательно заряженного слоя (рис. 6), перемещающегося вдоль образца от катода к аноду.

Рис.5. Аппроксимированная зависимость дрейфовой скорости электронов от напряженности электрического поля для GaAs.

Рис.6. К пояснению процесса формирования слоя накопления в однородно легированном GaAs.

Под катодом понимается контакт к образцу, на который подан отрицательный потенциал. Возникающие при этом внутренние электрические поля  и  накладываются на постоянное поле , увеличивая напряженность поля справа от слоя и уменьшая ее слева (рис.6, а). Скорость электронов справа от слоя уменьшается, а слева – возрастает. Это приводит к дальнейшему нарастанию движущегося слоя накопления и к соответствующему перераспределению поля в образце (рис.6, б). Обычно слой объемного заряда зарождается у катода, так как вблизи катодного омического контакта имеется область с повышенной концентрацией электронов и малой напряженностью электрического поля. Флюктуации, возникающие вблизи анодного контакта, вследствие движения электронов к аноду не успевают развиться.

         Однако такое распределение электрического поля неустойчиво и при наличии в образце неоднородности в виде скачков концентрации, подвижности или температуры может преобразоваться в так называемый домен сильного поля. Напряженность электрического поля связана с концентрацией электронов уравнением Пуассона, которое для одномерного случая имеет вид

                                                                                (18)

Повышение электрического поля в части образца будет сопровождаться появлением на границах этого участка объемного заряда, отрицательного со стороны катода и положительного со стороны анода (рис.7, а). При этом скорость электронов внутри участка падает в соответствии с рис.5. Электроны со стороны катода будут догонять электроны внутри этого участка, за счет чего увеличивается отрицательный заряд и образуется обогащенный электронами слой. Электроны со стороны анода будут уходить вперед, за счет чего увеличивается положительный заряд и образуется обедненный слой, в котором . Это приводит к дальнейшему увеличению поля в области флюктуации по мере движения заряда к аноду и к возрастанию протяженности дипольной области объемного заряда. Если напряжение, приложенное к диоду, поддерживается постоянным, то с ростом дипольного домена поле вне его будет уменьшаться (рис.7, б). Нарастание поля в домене прекратится, когда его скорость  сравняется со скоростью электронов вне домена. Очевидно, что . Напряженность электрического поля вне домена (рис.7, в) будет ниже пороговой напряженности , из-за чего становится невозможным междолинный переход электронов вне домена и образование другого домена вплоть до исчезновения сформировавшегося ранее на аноде. После образования стабильного домена сильного поля в течение времени его движения от катода к аноду ток через диод остается постоянным.

Рис.7. К пояснению процесса формирования дипольного домена.

После того как домен исчезнет на аноде, напряженность поля в образце повышается, а когда она достигнет значения , начинается образование нового домена. При этом ток достигает максимального значения, равного (рис.8, в)

                                                                                     (19)

         Такой режим работы диода Ганна называют пролетным режимом. В пролетном режиме ток через диод представляет собой импульсы, следующие с периодом . Диод генерирует СВЧ-колебания с пролетной частотой , определяемой в основном длиной образца и слабо зависящей от нагрузки (именно такие колебания наблюдал Ганн при исследовании образцов из GaAs и InР).

         Электронные процессы в диоде Ганна должны рассматриваться с учетом уравнений Пуассона, непрерывности и полной плотности тока, имеющих для одномерного случая следующий вид:

; (20)

.             (21)

Мгновенное напряжение на диоде . Полный ток не зависит от координаты и является функцией времени. Часто коэффициент диффузии  считают не зависящим от электрического поля.

         В зависимости от параметров диода (степени и профиля легирования материала, длины и площади сечения образца и его температуры), а также от напряжения питания и свойств нагрузки диод Ганна, как генератор и усилитель СВЧ-диапазона, может работать в различных режимах: доменных, ограничения накопления объемного заряда (ОНОЗ, в иностранной литературе LSA–Limited Space Charge Accumulation), гибридном, бегущих волн объемного заряда, отрицательной проводимости.

Рассмотренные процессы в диоде Ганна в доменных режимах являются, по существу, идеализированными, так как реализуются на сравнительно низких частотах (1–3 ГГц), где период колебаний значительно меньше времени формирования домена, а длина диода много больше длины домена при обычных уровнях легирования . Чаще всего диоды Ганна в непрерывном режиме используют на более высоких частотах в так называемых гибридных режимах. Гибридные режимы работы диодов Ганна являются промежуточными между режимами. Для гибридных режимов характерно, что образование домена занимает большую часть периода колебаний. Не полностью сформировавшийся домен рассасывается, когда мгновенное напряжение на диоде снижается до значений, меньших порогового. Напряженность электрического поля вне области нарастающего объемного заряда остается в основном больше порогового. Процессы, происходящие в диоде в гибридном режиме, анализируют с применением ЭВМ при использовании уравнений (18), (20) и (21). Гибридные режимы занимают широкую область значений  и не столь чувствительны к параметрам схемы, как режим ОНОЗ.

Режим ОНОЗ и гибридные режимы работы диода Ганна относят к режимам с «жестким» самовозбуждением, для которых характерна зависимость отрицательной электронной проводимости от амплитуды высокочастотного напряжения. Ввод генератора в гибридный режим (как и в режим ОНОЗ) представляет сложную задачу и обычно осуществляется последовательным переходом диода из пролетного режима в гибридные.

1.6.Детекторный СВЧ диод.

Для регистрации СВЧ излучения используется детекторный полупроводниковый диод. Работа детекторного СВЧ диода в схеме детектора основана на использовании зависимости полного электрического сопротивления диода от величины внешнего сигнала. Если СВЧ сигнал модулирован по амплитуде НЧ сигналом, то при детектировании помимо постоянной составляющей тока (напряжения) появляется НЧ сигнал (видеосигнал), повторяющий огибающую СВЧ сигнала.

В качестве детектирующего СВЧ диода чаще всего используют ПП диоды с точечным прижимным контактом, с микровплавным (точечным сварным) контактом, плоскостные диоды с барьером Шоттки, туннельные диоды, диоды на основе термоэлектрического эффекта горячих носителей заряда. По конструкции детекторные СВЧ диоды сходны со смесительными СВЧ диодами (отличаются от них режимами работы).

Одним из важнейших параметров является тангенцальная чувствительность Ptg – шумовой параметр, определяемый как значение импульсной мощности СВЧ сигнала, при которой на экране осциллографа, включенного на выходе системы детектор – видеоусилитель, наблюдается совпадение верхней границы полосы шумов (при отсутствии сигнала СВЧ) с нижней границей этой полосы (при его наличии); Ptg выражают в дБ относительно уровня мощности в 1 мВт.

1.6. Газоразрядная лампа ДРЛ

Газоразрядные источники света - это приборы, в которых электрическая энергия преобразуется в оптическое излучение при прохождении тока через газы, в частности, через ртуть, находящуюся в парообразном состоянии. Под воздействием электрического поля в парах ртути образуется незаметное для человеческого глаза ультрафиолетовое излучение. Чтобы теперь превратить его в видимое, на внутреннюю поверхность трубки наносят особое вещество - люминофор.  Характерным признаком разряда высокого давления является стягивание его к оси трубки.

Повышение эффективности разряда связано с наличием нерезонансного излучения. Вследствие относительно малого потенциала ионизации ртути зажигание разряда при наличии аргона возможно при том давлении паров ртути, которое имеется при нормальной температуре. По мере прохождения тока через газоразрядный промежуток стенки трубки нагреваются, что приводит к росту давления паров ртути. Когда температура стенки достигает температуры кипения ртути, она полностью испаряется и дальнейший рост давления её паров становится пропорциональным средней температуре стенки. Конечное давление, которого достигнут пары ртути в лампе, будет зависеть от количества ртути и тока, определяемого для газоразрядной лампы параметрами балласта, т.е. давление паров ртути зависит от количества введённой в лампу ртути, рассеиваемой в лампе мощности, размеров её колбы и условий охлаждения. Давление ртутного пара  примерно 105 Па.

В лампах высокого давления с ростом давления в результате увеличения числа упругих соударений атомы приобретают всё большее количество энергии. Это приводит к уменьшению разницы между температурой электронного газа и температурой газа. Для ртутного разряда высокого давления абсолютная температура разряда, при которой наступает температурное равновесие, приблизительно равна 5500 К. Стягивание разряда является следствием высокой температуры на оси разряда при температуре стенки трубки около 1000 К. Теоретические расчёты и экспериментальные исследования показали, что градиент температуры в направлении от оси разряда к стенке колбы резко падает, объёмная мощность излучения очень быстро уменьшается по мере удаления от оси разряда, что зрительно воспринимается как стягивание разряда в светящийся шнур. По этой части разряда проходит основная часть тока.

Применяемая в работе ртутная лампа высокого давления имеет следующие параметры: рабочее напряжение 125 В, ток 1,15 А, температура плазменного шнура ~5500 К, парциально давление паров ртути 105 Па.

Глава 2. Разработка СВЧ установок для исследований плазмы

2.1. Структурная схема  установки с рупорными антеннами

При изучении раздела физики "Колебание и волны" в последние годы в школьной практике применялась установка с генератором СВЧ. Она в 3х сантиметровом диапазоне позволяла демонстрировать практически все свойства электромагнитных волн (отражение, преломление, фокусировки, интерференции, дифракции и т.д.). В данной работе предложено применение принципиально иного устройства, использующего в качестве СВЧ генератора маломощный диод Ганна.

Упрощенный вариант данной установки представлен на рисунке 9.

Блок схема УНП:

1 - генератор СВЧ; 2 - модулятор; 3 - передающая антенна; 4 - приемная дипольная антенна с диодом (ДКВ - 7М); 5 - индикатор излучения (гальванометр М1032, осциллограф); 6 - блок питания (ВС - 24 М).

На рисунке 10 приведена принципиальная схема передающего устройства (1,2, рис.9). Данной схемы нет ни в одном описании к данной установке широко распространенной в школе. Режим внутренней модуляции осуществляется с помощью ВК-1 который представляет собой переключатель типа тумблер установленный  с соответствующим обозначением.

Рис. 10

В результате проведенных исследований предложен элементарный вариант установки.

Схема элементарного передающего устройства. 1-Х1 КД 202В (защитный диод), 2- диод Ганна АА723А.

Вариант представленный на рис. 11 также хорошо работает, но модуляции осуществляется за счет пульсирующего тока стандартного блока питания ВС-24М (см. рис.9).

2.1. Исследование газоразрядной плазмы лампы дневного света.

В эксперименте использовалась демонстрационная СВЧ-установка, изготовленная на кафедре радиофизики и электроники ЧелГУ. Лампа дневного света [3] размещается в фокусе рупора антенны СВЧ-передатчика. Приёмная антенна располагается либо за лампой – исследования на поглощение, либо исследования проводятся на отражение, если приёмная антенна находится под углом 90о. Схема экспериментальной установки представлена на рис. 12.

Параметры газоразрядной лампы дневного света: цеховой светильник из двух ламп дневного света, напряжение питания 220 В, частота 50 Гц, мощность лампы 60 Вт, габариты 36 мм х 120 см. Схема включения представлена на рис. 13  [10].

Параметры СВЧ-генератора: частота 10 ГГц, длина волны 3 см, используется диод Гана. мощность излучения 2 мВт, амплитудная модуляция  [4]. Детектор выполнен на СВЧ-диоде. Выходной сигнал звуковой частоты либо воспроизводится динамиком, либо просматривается на осциллографе.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ

         В экспериментах на просвет и на отражение наблюдается модуляция излучения с двойной промышленной частотой, а именно с частотой 100 Гц. Это объяснимо, т.к. все процессы в лампе происходят каждый период. На рис. 14 изображена осциллограмма при исследовании плазмы на просвет.

         Обработка и анализ сигнала детектора показывает следующее. Во-первых, газоразрядная среда становится непрозрачной на частоте просвечивания при высоком напряжении. Во-вторых, для состояния ГРП определяется максвелловское время релаксации зарядов – это 10–11 с. Действительно,

tМ  = 1/w = (2π∙10∙109  Гц) –1 ≈10–11 с.                                                        (8)

2.3. Структурные схемы  установок  на волноводе

Для более качественного исследования свойств газоразрядной плазмы используется модернизированная установка, состоящая из волновода (22,5х10 мм) внутри которого располагается лампа ДРЛ (125(8)-1).  Источником СВЧ колебаний является диод Ганна АА723А (λ=3 см). На обоих концах волновода стоят заглушки для образования стоячей волны внутри волновода. В Н01 моде вектор электрического поля параллелен узкой стенке волновода. Напряжённость электрического поля в этом направлении постоянна, а вдоль широкой стенки меняется по закону косинуса.

Рис. 15 Распространение Н01 волны в волноводе.

1- Диод Ганна; 2 – детектирующий СВЧ диод; 3 – заглушки на концах волновода

          Размеры лампы (13 мм) меньше длины волны в волноводе (54 мм),  лампа находится в пучности стоячей волны, то есть влияет в целом  на характеристики стоячей волны образовавшейся внутри волновода. При определённой концентрации электронов волна будет проходить, а при некоторой критической концентрации будет происходить полное экранирование СВЧ сигнала. По критической частоте можно определить tМ  (см. ф. (8)).

На предлагаемой установке за счёт высокой добротности Q чувствительность метода определения tМ    и концентрации электронов увеличивается во столько же раз (т.е. в Q раз). В отличие от ранее предлагаемого метода диагностики газоразрядной плазмы, предлагается измерять амплитуду, а не изменение фазы колебания (изменение фазы должно приводить к изменению резонансной частоты, что требует сложной СВЧ аппаратуры).

2.4. Определение концентрации электронов по критической частоте

Для ГРП  νe>>ωe и, как следствие, переход от диэлектрика к проводнику формально происходит при ω<<ωe. Для области частот ω<ωe при νe>>ωe получаем следующее выражение:

   (22) , где νe – частота столкновений, ωe- расчётная плазменная частота.

Назовём критической частотой такую частоту, для которой ГРП переходит от состояния с преобладанием диэлектрических свойств к состоянию с преобладанием свойств проводника. Из  (22), приравнивая действительную и мнимую части, получаем

ωкр=ωe2/νe  (23)

Если говорить о дисперсной зависимости, то для ГРП она должна обрываться внизу при частоте ωкр . Необходимо также отметить, что в области ω> ωкр дисперсия линейная: ω/k=c. Если для ГРП выполняется условие ωe > νe , то дисперсия практически не отличается от приведённого выше соотношения:

,  (24)

т.к. в выражении (24) под корнем можно пренебречь вторым слагаемым.

Выражение (23) позволяет написать соотношение для концентрации электронов

Здесь Se – сечение упругого взаимодействия электрона с нейтральными частицами.

Размер молекулы аргона 3,8·10-10 м, Se=11,34·10-20 м2

Температура газа в трубке Т  до 5500 К. Давление в трубке Р=105 Па

=8,85·10-12 Ф·м-1 ,k=1,38·10-23 Дж·К-1 ,me=9,1·10-31 кг.

Тогда получается, что ne=2,27·1017 м-3 , что соответствует параметрам плазмы газового разряда (рис. 1).

По данным книги автора Голанта, если отсечка проходящей волны происходит на частоте генерации 10 ГГц, то концентрация электронов ne=3·1017 м-3.

Заключение. Основные результаты

Разработана методика определения параметров газоразрядной плазмы, позволяющая определить концентрацию электронов по частоте отсечки.

Исследования на просвечивание и отражение с применением установки на рупорных антеннах позволили определить максвелловское время релаксации для газоразрядной плазмы лампы дневного света.

Разработана установка на волноводе, которая отличается от ранее предложенных установок тем, что плазма размещается внутри пучности стоячей волны. Данная установка значительно более чувствительна и обладает меньшими потерями (в 10-20 раз).

В заключение отмечу, что в дальнейшем предполагается разработка датчика для использования на космической станции.

Список используемой литературы

1. Грудинская Г.П. Распространение радиоволн. – Москва: ВШ, 1973 г.

2. Тамбовцев В.И. Разделение зарядов в ионизованных потоках //Известия вузов, Радиофизика. Том XLШ, № 9, 2000 г.

3. Энциклопедия низкотемпературной плазмы. М., 2004 г.

4. Подгорный И. М. Лекции по диагностики плазмы. М., 1968 г.

5. Голант В. И.СВЧ методы исследования плазмы. М., 1968 г

6. Потёмкин В. В. Радиофизика. М. 1988 г.

7. Никольский В. В. Электродинамика и распространение радиоволн. «Наука», 1989 г.

Кристи Р., Питти А. Строение вещества: введение в современную физику. – Москва: Мир. 1969 г.

 8. Горбачёв А. И., Кукарин С. В. Полупроводниковые СВЧ диоды. М., 1968 г.

9. М.Т. Иванов и др. Теоретические основы радиотехники. - М: ВШ. 2002 г.

10. Подгорный И. М. Лекции по диагностики плазмы. М., 1968 г.

11. Цеховой светильник дневного света. Инструкция. М – Л, «Энергия», 1977 г.

Страницы: 1, 2