CN103968882B - 微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置 - Google Patents
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Abstract
微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置，涉及一种测试装置。为了解决目前缺少获得微波与等离子体相互作用的装置的问题。它的微波源产生的微波输出给铁氧体绝缘衰减器，铁氧体绝缘衰减器输出的微波输入给定向耦合器，定向耦合器输出的微波经真空微波窗透射后输入至第一段波导管的一个端口，第一段波导管的另一个端口通过活塞与过度锥体管的窄端口连通，过度锥体管的宽端口与第二段波导管的一个端口连通，第二段波导管的另一个端口固定有吸波负载，所述吸波负载的下方设置有真空泵系统；在过度锥体管与吸波负载之间的第二段波导管内依次设置有等离子体发生器和探针系统。它用于测量微波与弱磁等离子体相互作用的实验参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种测试装置，特别涉及一种微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置。
背景技术
目前，高超飞行器的黑障问题广泛存在于空间等离子体学科。由于黑障是航天飞行器返回地球过程中测控通信的难题。研究发现，它与航天飞行器在大气中的速度、高度、几何外型、推力和材料等因素有着密切关系，迄今它仍处于研究和探索的阶段。所谓黑障，就是当卫星、航天飞机、洲际导弹、宇宙飞船等航天飞行器以超高速度再入大气层时，与大气层摩擦使得航天器表面产生一层致密等离子体鞘层，由于等离子体密度很高，使得外界电磁波无法反射，在一定的高度和时间内与地面之间的通信联络严重恶化，甚至完全中断，这种现象被称为“黑障”。黑障的出现，给航天器再入大气层带来了很大的危害。当卫星返回时，黑障会使对卫星的捕获增大难度，地面无法准确计算卫星的落点，给指挥搜索回收部队带来一定困难，延迟卫星的回收时间，更有甚者会找不到卫星。对载人宇宙飞船或航天飞机而言，航天员安全返回地面是载人航天飞行成败的关键，而且航天器的返回再入段是事故的多发段。因此，全世界各国都在集中攻破黑障问题，但由于目前科技手段尚不完美，因此对于黑障的研究主要集中在理论研究以及地面模拟。而地面模拟中产生等的等离子体源与电磁波间的相互作用是决定结果的关键所在。
微波与等离子体相互作用时，等离子体对微波具有一定的吸收和反射的能力，同时微波也会对等离子体发生加热等作用，其相互间作用机理十分复杂，目前对此了解尚不明确，因此急需一个能够两者相互作用、并从中其作用结果的装置。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前缺少获得微波与等离子体相互作用的装置的问题，本发明提供一种微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置。
本发明的微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置，它包括微波源、铁氧体绝缘衰减器、定向耦合器、真空微波窗、第一段波导管、活塞、过度锥体管、第二段波导管、吸波负载、真空泵系统、探针系统和等离子体发生器；
微波源产生的微波输出给铁氧体绝缘衰减器，铁氧体绝缘衰减器输出的微波输入给定向耦合器，定向耦合器输出的微波经真空微波窗透射后输入至第一段波导管的一个端口，第一段波导管的另一个端口通过活塞与过度锥体管的窄端口连通，过度锥体管的宽端口与第二段波导管的一个端口连通，第二段波导管的另一个端口固定有吸波负载，所述吸波负载的下方设置有真空泵系统；
在过度锥体管与吸波负载之间的第二段波导管内依次设置有等离子体发生器和探针系统。
本发明的有益效果在于，铁氧体绝缘衰减器可以调节进入波导的微波的频率与强度；等离子体发生器可以通过调节电压的方式调节等离子体参数，使之满足实验所需精度；本发明整体系统内包含了等离子体发生器与微波源，不仅可以直接观测不同初始条件下微波与等离子体的相互作用过程，由于是系统内部所产生的源，因此不会对所产生的等离子体产生二次染污，实验所得到的结果更真实可靠。
附图说明
图1为本发明所述的微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置原理示意图。
图2为具体实施方式三所述的探测头的原理示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置，它包括微波源1、铁氧体绝缘衰减器2、定向耦合器3、真空微波窗4、第一段波导管5、活塞6、过度锥体管8、第二段波导管9、吸波负载10、真空泵系统、探针系统和等离子体发生器16；
微波源1产生的微波输出给铁氧体绝缘衰减器2，铁氧体绝缘衰减器2输出的微波输入给定向耦合器3，定向耦合器3输出的微波经真空微波窗4透射后输入至第一段波导管5的一个端口，第一段波导管5的另一个端口通过活塞6与过度锥体管8的窄端口连通，过度锥体管8的宽端口与第二段波导管9的一个端口连通，第二段波导管9的另一个端口固定有吸波负载10，所述吸波负载10的下方设置有真空泵系统；
在过度锥体管8与吸波负载10之间的第二段波导管9内依次设置有等离子体发生器16和探针系统。
在本实施方式中，微波源1所产生的微波依次通过带有绝缘层的铁氧体衰减器2、定向耦合器3、密封的真空微波窗4并与第一段波导管5相连。当原始微波源所产生的微波通过上述装置时，输出的微波为实验所需的强度波。当所需微波强度及频率不同时，可通过调整铁氧体衰减器2来使之满足实验精度，并利用定向耦合器3检测并验证该控制的准确性；
在实际测试时，首先开启真空泵系统，将第二段波导管9内工作环境抽至满足实验要求的真空度；使用电源给等离子体发生器16通电，等离子体发生器16向第二段波导管9中射出等离子体，其密度由电源电压决定。然后利用微波源1产生所需的微波，并通过铁氧体绝缘衰减器2调节其频率，使之满足实验所需。通过密封的真空微波窗4产生的微波进入与等离子体接触的区域并发生相互作用。等离子体与微波在第二段波导管9中发生相互作用，最后通过安置在第二段波导管9内的探针系统获得实验数据，最后在吸波负载10处被吸收；
所述泵源可以将整体系统中的真空度控制在0～10-4pa。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置的进一步限定，它还包括共振窗7；
所述共振窗7位于活塞6与过度锥体管8的窄端口连通。
具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一或二所述的微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置的进一步限定，探针系统包括探测头13和电磁微波探针14；
电磁微波探针14用于检测等离子体的实验参数，探测头13用于检测等离子体的密度。
所述等离子体的实验参数包括很多，例如：等离子体温度、等离子体碰撞频率等；但是电磁微波探针14并不能测量等离子体的密度，所以增加了探测头13。
电磁微波探针14位于等离子体发生器16右侧的第二段波导管9内，探测头13位于电磁微波探针14右侧的第二段波导管9内。
如图2所示，所述探测头13包括微波天线15、同轴导向管17、绝缘覆盖物18和对称平衡段19。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置的进一步限定，所述等离子体发生器16、探测头13和电磁微波探针14均与第二段波导管9绝缘设置。
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式四所述的微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置的进一步限定，
所述第二段波导管9的内径为14mm。
具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式四所述的微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置的进一步限定，所述微波源1为产生功率P＝1MW、脉冲时间τ＝2/40us的脉冲微波的微波源。
Claims (6)
1.微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置，其特征是在于，它包括微波源(1)、铁氧体绝缘衰减器(2)、定向耦合器(3)、真空微波窗(4)、第一段波导管(5)、活塞(6)、过度锥体管(8)、第二段波导管(9)、吸波负载(10)、真空泵系统、探针系统和等离子体发生器(16)；
微波源(1)产生的微波输出给铁氧体绝缘衰减器(2)，铁氧体绝缘衰减器(2)输出的微波输入给定向耦合器(3)，定向耦合器(3)输出的微波经真空微波窗(4)透射后输入至第一段波导管(5)的一个端口，第一段波导管(5)的另一个端口通过活塞(6)与过度锥体管(8)的窄端口连通，过度锥体管(8)的宽端口与第二段波导管(9)的一个端口连通，第二段波导管(9)的另一个端口固定有吸波负载(10)，所述吸波负载(10)的下方设置有真空泵系统；
在过度锥体管(8)与吸波负载(10)之间的第二段波导管(9)内依次设置有等离子体发生器(16)和探针系统。
2.根据权利要求1所述的微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置，其特征在于，它还包括共振窗(7)；
所述共振窗(7)位于活塞(6)与过度锥体管(8)的窄端口连通处。
3.根据权利要求1或2所述的微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置，其特征在于，探针系统包括探测头(13)和电磁微波探针(14)；
电磁微波探针(14)用于检测等离子体的实验参数，探测头(13)用于检测等离子体的密度。
4.根据权利要求3所述的微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置，其特征在于，所述等离子体发生器(16)、探测头(13)和电磁微波探针(14)均与第二段波导管(9)绝缘设置。
5.根据权利要求4所述的微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置，其特征在于，
所述第二段波导管(9)的内径为14mm。
6.根据权利要求4所述的微波与弱磁等离子体相互作用的测试装置，其特征在于，所述微波源(1)为产生功率P＝1MW、脉冲时间τ＝2/40us的脉冲微波的微波源。
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