高频电磁场条件下的束缚等离子体聚集器及采用该聚集器实现的聚集方法
【专利摘要】高频电磁场条件下的束缚等离子体聚集器及采用该聚集器实现的聚集方法，涉及飞行器测控【技术领域】。本发明是为了解决目前缺少获得高频电磁场条件下的束缚等离子体装置的问题。所述等离子体发生器位于真空腔体一端，真空腔体另一端有一个真空泵系统，另一个真空泵系统位于真空腔体中部，在两个真空泵系统之间有两个谐振器，每个谐振器谐振腔分别通过管道与高频电磁信号发生器的电磁信号发送端连通，在真空腔体外缠绕有多组电磁线圈；采用两个真空泵系统将密封腔内的气压抽成真空，再采用等离子体发生器向腔内喷射等离子，采用高频电磁信号发生器和多个电磁线圈使腔内等离子体在高频微波信号和电磁场的作用下产生高频电磁场，利用两个谐振器来调整高频电磁场的基本参数。
【专利说明】高频电磁场条件下的束缚等离子体聚集器及采用该聚集器实现的聚集方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高频电磁场条件下的等离子体聚集作用。属于飞行器测控【技术领域】。【背景技术】
[0002]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。其中等离子体的密度是地面模拟中确保实验真实性的重要参数及关键因素。本发明涉及的是高频电磁场条件下的等离子体聚集作用。
【发明内容】
[0003]本发明是为了解决目前缺少获得高频电磁场条件下的束缚等离子体装置的问题。现提供高频电磁场条件下的束缚等离子体聚集器及采用该聚集器实现的聚集方法。
[0004]高频电磁场条件下的束缚等离子体聚集器，它包括真空腔体、高频电磁信号发生器、两个真空泵系统、谐振器、电磁线圈和等离子体发生器，
[0005]所述等离子体发生器位于真空腔体的一端，真空腔体另一端设有一个真空泵系统，另一个真空泵系统位于真空腔体中部，在两个真空泵系统之间设有两个谐振器，每个谐振器的谐振腔分别通过管道与高频电磁信号发生器的电磁信号发送端连通，在真空腔体外缠绕有多组电磁线圈。
[0006]采用束缚等离子体聚集器实现高频电磁场条件下的束缚等离子体的聚集方法，
[0007]首先采用两个真空泵系统将密封腔内的气压抽成真空，然后采用等离子体发生器向腔内喷射等离子，采用高频电磁信号发生器和多个电磁线圈使腔内等离子体在高频微波信号和电磁场的作用下产生高频电磁场，利用两个谐振器来调整高频电磁场的基本参数，等离子聚集在两个谐振器内。
[0008]本发明的有益效果:首先采用两个真空泵系统将密封腔内的气压抽成真空，然后采用等离子体发生器向腔内喷射等离子，采用高频电磁信号发生器和多个电磁线圈使腔内等离子体在高频微波信号和电磁场的作用下产生高频电磁场，利用两个谐振器来调整高频电磁场的基本参数，以确保等离子体参量能达到所需要求，在高频电磁场的基本参数为4=2375MHz, E0 = 220Vcm^时，本发明所产生的等离子体密度最高可达6X 10lclcm_3，满足了一般等离子射流实验所需的密度，确保地面模拟等离子体密度的真实性。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为【具体实施方式】一所述的高频电磁场条件下的束缚等离子体聚集器的原理示意图。
【具体实施方式】
[0010]【具体实施方式】一:参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的高频电磁场条件下的束缚等离子体聚集器，它包括真空腔体、高频电磁信号发生器1、两个真空泵系统
2、谐振器4、电磁线圈6和等离子体发生器7，
[0011]所述等离子体发生器7位于真空腔体的一端，真空腔体另一端设有一个真空泵系统2，另一个真空泵系统2位于真空腔体中部，在两个真空泵系统2之间设有两个谐振器4，每个谐振器4的谐振腔分别通过管道与高频电磁信号发生器I的电磁信号发送端连通，在真空腔体外缠绕有多组电磁线圈6。
[0012]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一所述的高频电磁场条件下的束缚等离子体聚集器的不同点在于，它还包括多重网格分析器3，
[0013]所述多重网格分析器3位于真空腔体的另一端，用于检测从真空腔内射出的等离子体的参数。
[0014]本实施方式中，等离子体的参数指等离子体密度、等离子体温度以及等离子体的碰撞频率等。
[0015]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一所述的高频电磁场条件下的束缚等离子体聚集器的不同点在于，它还包括静电探针5，
[0016]所述静电探针5位于两个谐振器4之间的真空腔的内部，用于检测真空腔体内等离子体的密度。
[0017]【具体实施方式】四:采用【具体实施方式】一所述的束缚等离子体聚集器实现高频电磁场条件下的束缚等离子体的聚集方法，
[0018]首先采用两个真空泵系统2将密封腔内的气压抽成真空，然后采用等离子体发生器7向腔内喷射等离子，采用高频电磁信号发生器I和多个电磁线圈6使腔内等离子体在高频微波信号和电磁场的作用下产生高频电磁场，利用两个谐振器4来调整高频电磁场的基本参数，等离子聚集在两个谐振器4内。
[0019]本实施方式中，当需要得到高密度等离子体时，打开高频信号发生器I及电磁线圈6，使腔内产生一个高频电磁场，所产生的高频电磁场的基本参数(幅值、频率)可由谐振器4来调整，由于腔内存在高频电磁场，会对喷射进来的等离子体起到束缚作用，因此可以大大提高等离子体密度。 [0020]【具体实施方式】五:本实施方式与【具体实施方式】四所述的采用束缚等离子体聚集器实现高频电磁场条件下的束缚等离子体的聚集方法的不同点在于，所述束缚等离子体聚集器还包括多重网格分析器3，所述多重网格分析器3位于真空腔体的另一端；
[0021]所述多重网格分析器3用来检测聚集的高频等离子体的参数。
[0022]本实施方式中，等离子体的参数指等离子体密度、等离子体温度以及等离子体的碰撞频率等。
[0023]【具体实施方式】六:本实施方式与【具体实施方式】四所述的采用束缚等离子体聚集器实现高频电磁场条件下的束缚等离子体的聚集方法的不同点在于，所述束缚等离子体聚集器还包括静电探针5，所述静电探针5位于两个谐振器4之间的真空腔的内部，
[0024]所述静电探针5用来检测真空腔内的等离子体密度，如果所述密度低于设定的等离子体密度，则改变谐振器4的频率调整高频电磁场的基本参数，使得等离子体密度等于设定密度。
【权利要求】
1.高频电磁场条件下的束缚等离子体聚集器，其特征在于，它包括真空腔体、高频电磁信号发生器(I)、两个真空泵系统(2)、谐振器(4)、电磁线圈(6)和等离子体发生器(7)， 所述等离子体发生器(7)位于真空腔体的一端，真空腔体另一端设有一个真空泵系统(2)，另一个真空泵系统(2)位于真空腔体中部，在两个真空泵系统(2)之间设有两个谐振器(4)，每个谐振器(4)的谐振腔分别通过管道与高频电磁信号发生器(I)的电磁信号发送端连通，在真空腔体外缠绕有多组电磁线圈(6)。
2.根据权利要求1所述的高频电磁场条件下的束缚等离子体聚集器，其特征在于，它还包括多重网格分析器(3)， 所述多重网格分析器(3)位于真空腔体的另一端，用于检测从真空腔内射出的等离子体的参数。
3.根据权利要求1所述的高频电磁场条件下的束缚等离子体聚集器，其特征在于，它还包括静电探针(5), 所述静电探针(5)位于两个谐振器(4)之间的真空腔的内部，用于检测真空腔体内等离子体的密度。
4.采用权利要求1所述的束缚等离子体聚集器实现高频电磁场条件下的束缚等离子体的聚集方法，其特征在于， 首先采用两个真空泵系统(2)将密封腔内的气压抽成真空，然后采用等离子体发生器(7)向腔内喷射等离子，采用高频电磁信号发生器(I)和多个电磁线圈(6)使腔内等离子体在高频微波信号和电磁场的作用下产生高频电磁场，利用两个谐振器(4)来调整高频电磁场的基本参数，等离子聚集在两个谐振器(4)内。
5.根据权利要求4所述的采用束缚等离子体聚集器实现高频电磁场条件下的束缚等离子体的聚集方法，其特征在于，所述束缚等离子体聚集器还包括多重网格分析器(3)，所述多重网格分析器(3)位于真空腔体的另一端； 所述多重网格分析器(3)用来检测聚集的高频等离子体的参数。
6.根据权利要求4所述的采用束缚等离子体聚集器实现高频电磁场条件下的束缚等离子体的聚集方法，其特征在于，所述束缚等离子体聚集器还包括静电探针(5)，所述静电探针(5)位于两个谐振器⑷之间的真空腔的内部， 所述静电探针(5)用来检测真空腔内的等离子体密度，如果所述密度低于设定的等离子体密度，则改变谐振器(4)的频率调整高频电磁场的基本参数，使得等离子体密度等于设定密度。
【文档编号】H05H1/18GK103974517SQ201410219015
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月22日 优先权日:2014年5月22日
【发明者】江滨浩, 张仲麟, 王春生 申请人:哈尔滨工业大学