Физика распространения СВЧ-энергии в прямоугольном волноводе
ВВЕДЕНИЕ
Роль диапазона СВЧ непрерывно возрастает с бурным развитием самых разнообразных областей науки и техники. Сверхвысокочастотные приборы широко используются в ракетной и атомной технике и во многих областях физических исследований.
Наиболее востребованными в промышленных задачах по модификации поверхности материала являются способы, не прибегающие к нагреву всего объема материала. С этой задачей отлично справляется плазменное излучение, способствующее в том числе созданию уникальных структур.
Самым молодым и исследуемым способом генерации плазмы на текущий момент является использование СВЧ-разряда.
Поддержание плазмы, пригодной для промышленного использования с помощью СВЧ-разряда является трудной задачей в виду необходимости создания мощных высокочастотных полей необходимых для пробоя газа. Для передачи энергии подобного рода полей нужны технологии, которые могли бы без существенных потерь передавать эту энергию.
В современное время существует достаточное количество
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1 Литературный обзор 4
1.1 Особенности диапазона сверхвысоких частот 4
1.2 Направляющие системы 6
1.3 Электромагнитные волны в прямоугольном волноводе 9
1.4 Классификация волн в волноводах 13
1.5 Основные свойства полей в волноводах 16
1.6 Электромагнитные волны в прямоугольном волноводе 18
1.7 Физика зажигания плазмы с помощью газового разряда 22
1.8 Плазма коронного разряда. 24
1.9 Дуговой разряд 26
1.10 Плазма СВЧ-разряда атмосферного давления 27
Глава 2 Оборудование и экспериментальные методы 29
2.1 Экспериментальный волновод 29
2.2 Расчёт параметров волновода 30
2.3 Эксперимент с поршнем 32
ВЫВОДЫ 35
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 36
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Том 1. Учебник для студентов. -1970 г. – 9с.
2 Светцов В.И. Вакуумная и плазменная электроника. Учебное пособие – 2003 г. – 26с.
3 Гольдштейн Л. Д., Зернов Н. В. Электромагнитные поля и волны / Л. Д. Гольдштейн, Н. В. Зернов. – M. : Советское радио, 1971. – 664 с
4. Юрцев О. А., Рунов А. В., Казарин А. Н. Спиральные антенны / О. А. Юрцев, А. В. Рунов, А. Н. Казарин – М. : Сов. Радио, 1974. – 224 с.
5. Власов В.В. Физика и техника СВЧ диапазона электромагнитных колебаний. Учебное пособие. - 2011г. – 8с
6. Кураев А.А., Попкова Т.Л., Синицын А.К. Электродинамика и распространение радиоволн - –Мн.: Бестпринт, 2004
7. Расчет прямоугольного волновода и исследование влияния покрытий стенок на характеристики волновода, [Электронный ресурс], http://ucom.ru/doc/na.2014.01.203.pdf8. Вольман В.И., Пименов Ю.В., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика. – М.: Радио и связь, 2002.
9. Никольский В.В., Никольская Т.И. Электродинамика и распространение радиоволн. – М.: Наука, 1989. – 543
10. Пегель И.В. Электродинамика сверхвысоких частот. – Томск. Изд-во Томского политехнического университета, 2009 – 158 с
11. И.П. Соловьянова, Ю.Е. Мительман, Расчет и измерение параметров электромагнитных волн в направляющих системах и на естественных трассах, 2015г
12. Электрофизические основы техники высоких напряжений: учеб. для вузов / И. М. Бортник, И. П. Верещагин, Ю. Н. Вершинин и др.; под ред. И. П. Верещагина, В. П. Ларионова — М.: Энергоатомиздат, 1993. — 543 c.
13. Сивухин Д.В. Общий курс физики. — Т. III. Электричество. — М.: Наука, 1983. — 640 c.
14. Куртенков Г.Е. Разрядные процессы в газах. – Томск: издательство ТПУ, 1993 – 71 с.
15. Райзер Ю. П. Физика газового разряда. — М.: Наука, 1987. — 536 c.
16. Электрофизические основы техники высоких напряжений: учеб. для вузов / И. М. Бортник, И. П. Верещагин, Ю. Н. Вершинин и др.; под ред. И. П. Верещагина, В. П. Ларионова — М.
Чтобы описать явление газового пробоя необходимо рассказать о образовании электронной лавины, являющейся основным элементом разряда. Лавина возникает спонтанно, вследствие ионизации газа вблизи одного из электродов. Электрон, под действием ускоряющего электрического поля, получает энергию выше потенциала ионизации и передает её молекуле. Электрон теряет свою энергию, но взамен вылетают два подобные ему, но имеющие меньшую энергию. Под воздействием поля эти электроны ускоряются и вызывают ионизацию у еще нескольких электронов, в результате чего и появляется электронная лавина.
Процесс образования электронной лавины является пороговым из-за того, что сильно зависит от скорости ионизации атомов электронами, которая в свою очередь определяется параметрами электрического поля электрода и частотой столкновения.
Основной критерием газового пробоя является выполнение условия самостоятельности разряда, при котором появление заряженных частиц, необходимых для поддержания разряда, обусловлено ионизацией, происходящей в промежутке газа и на поверхности катода без подведения дополнительной энергии от сторонних источников [14].
Будет ли газ ионизироваться