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单极子天线探针测量低温等离子体密度

Monopole Antenna Probe for Density Measurements in Cold Plasmas

  • 摘要: 本文提出了一种局域测量等离子体密度的新的诊断方法――单极子天线探针。测量基于单极子天线在介质中的传播性质以及等离子体介电常数与等离子体密度的关系ε=1-ƒp22。当单极子天线探针伸入等离子体中, 微波矢量网络分析仪发出的微波信号通过单极子天线探针向等离子体中发射, 当单极子天线探针的长度与微波的波长成一定关系时发生共振, 此时微波发射达到极大, 反射为极小, 我们即用这种关系来测量等离子体电子密度。同时, 我们将测量结果与双探针测量结果进行对比, 可以认为单极子天线探针是一种有效的测量方法, 并且这种测量方法避免了双探针所存在的等离子体电位干扰等问题。

     

    Abstract: A simple diagnostic tool for density measurements in plasma with a certain spatial resolution is proposed in the this paper. It uses the emission characteristics of monopole antenna to determine the dielectic property of plasma ε=1-ƒp22, with ƒpthe electron plasma frequency related to plasma density. We immersed a monopole antenna probe into plasma and introduced a microwave signal via a network analyzer. When the emitted power is maximized, the reflected power is minimized and there occurs a resonance. Since ε can be derived from the resonant frequency, this is actually a method to measure the absolute electron density. Validated by a comparison with the amended Langmuir double-probe method, the monopole antenna probe is valuable. In addition, it is free from the difficulties, such as fluctuation in plasma potential.

     

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