射頻夾層等離子體對(duì)X波段衰減的影響

汪建

我們?cè)谀硦A層腔內(nèi)通過(guò)射頻耦合方式產(chǎn)生等離子體，該等離子體對(duì)X波段（9-12GHz）微波具有良好的衰減吸收。

【關(guān)鍵詞】等離子體 X波段 衰減

1 引言

等離子體對(duì)微波存在衰減吸收，包含正常吸收以及反常吸收。正常吸收即碰撞吸收，其基本原理是微波通過(guò)等離子體時(shí)，電子在微波的作用下發(fā)生高速振蕩，電子動(dòng)能通過(guò)碰撞可以轉(zhuǎn)化成熱能。反常吸收是微波與等離子體的一種集體的相互作用，包含共振吸收、湍流吸收、以及衰變模吸收等等。此外，等離子體的折射率n<1，對(duì)微波存在折射，使微波回波偏離原傳播方向，從而降低目標(biāo)的雷達(dá)散射截面?？傊入x子體對(duì)在微波存在吸收和折射等作用，從而表現(xiàn)出明顯的幅度降低或者衰減現(xiàn)象。

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)多組小電極配合，采用射頻耦合放電的方式在一夾層腔內(nèi)產(chǎn)生了高達(dá)1011cm-3的高密度等離子體，通過(guò)控制氬工作氣壓（10～50Pa）和輸入功率，研究此等離子體對(duì)微波（主要是9～12GHz）幅度的衰減吸收效果，實(shí)驗(yàn)裝置如圖1。等離子體的厚度25cm，微波天線的間距50cm。天線與矢網(wǎng)（型號(hào)E8362B）通過(guò)高頻傳輸線相連。

3 掃頻結(jié)果分析

對(duì)該等離子體在9～10GHz進(jìn)行測(cè)量，衰減吸收的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

工作氣壓10Pa，在9.85GHz頻點(diǎn)的衰減吸收達(dá) 3dB。隨著功率的提高，微波衰減吸收緩慢增強(qiáng)。當(dāng)氣壓升高到20Pa時(shí)，隨著輸入功率的增加，衰減吸收顯著增強(qiáng)，輸入功率為1600W時(shí)，9.8GHz附近開(kāi)始出現(xiàn)衰減峰，衰減23dB。其中，9.65～9.8GHz范圍內(nèi)，衰減吸收效果高于20dB。工作氣壓25Pa、30Pa和40Pa時(shí)，也發(fā)現(xiàn)了同樣的衰減現(xiàn)象。當(dāng)工作氣壓達(dá)到50Pa，微波的衰減吸收效果開(kāi)始逐步降低。在功率1400W和1600W時(shí)，隨著氣壓的升高，衰減峰還存在偏移的現(xiàn)象：從9.6GHz（1400W）偏移到9.8GHz（1600W）。這種偏移主要在于等離子體密度和衰減系數(shù)β之間是非線性相關(guān)的。

4 點(diǎn)頻結(jié)果分析

根據(jù)掃頻的結(jié)果，選擇衰減效果最佳的9.8GHz進(jìn)行點(diǎn)頻測(cè)量，工作氣壓控制在最佳工作氣壓25Pa。通過(guò)調(diào)節(jié)輸入功率從1000W緩慢增加到1860W，臺(tái)階為100W（1700W后一個(gè)臺(tái)階1760W，1800W后一個(gè)臺(tái)階1860W），測(cè)量此等離子體對(duì)9.8GHz微波的衰減吸收效果，如圖3所示。很明顯，隨著輸入功率增加，衰減吸收效果不斷增強(qiáng)，在1700W達(dá)到32dB。但是功率進(jìn)一步增加，衰減吸收開(kāi)始逐漸降低。

5 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了一種多電極組合放電的等離子體。該等離子體對(duì)X波段（9～10GHz）具有的較好的衰減吸收效果，在氬工作氣壓25Pa，輸入功率1700W時(shí)，衰減達(dá)32dB。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所 安徽省合肥市 230088

2.孔徑陣列與空間探測(cè)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 安徽省合肥市 230088