1、射频夹层等离子体对 X 波段衰减的影响 汪建 杜寅昌 中国电子科技集团公司第三十八研究所 孔径阵列与空间探测安徽省重点实验室 摘 要： 我们在某夹层腔内通过射频耦合方式产生等离子体, 该等离子体对 X 波段 (9-12GHz) 微波具有良好的衰减吸收。关键词： 等离子体; X 波段; 衰减; 1 引言等离子体对微波存在衰减吸收, 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过等离子体时, 电子在微波的作用下发生高速振荡, 电子动能通过碰撞可以转化成热能。反常吸收是微波与等离子体的一种集体的相互作用, 包含共振吸收、湍流吸收、以及衰变模吸收等等。此外, 等离子体的折射率 n
2、1, 对微波存在折射, 使微波回波偏离原传播方向, 从而降低目标的雷达散射截面。总之, 等离子体对在微波存在吸收和折射等作用, 从而表现出明显的幅度降低或者衰减现象。2 实验设计通过多组小电极配合, 采用射频耦合放电的方式在一夹层腔内产生了高达 10cm的高密度等离子体, 通过控制氩工作气压 (1050Pa) 和输入功率, 研究此等离子体对微波 (主要是 912GHz) 幅度的衰减吸收效果, 实验装置如图 1。等离子体的厚度 25cm, 微波天线的间距 50cm。天线与矢网 (型号 E8362B) 通过高频传输线相连。3 扫频结果分析对该等离子体在 910GHz 进行测量, 衰减吸收的实验结果
3、如图 2 所示。工作气压 10Pa, 在 9.85GHz 频点的衰减吸收达 3d B。随着功率的提高, 微波衰减吸收缓慢增强。当气压升高到 20Pa 时, 随着输入功率的增加, 衰减吸收显著增强, 输入功率为 1600W 时, 9.8GHz 附近开始出现衰减峰, 衰减 23d B。其中, 9.659.8GHz 范围内, 衰减吸收效果高于 20d B。工作气压 25Pa、30Pa 和 40Pa时, 也发现了同样的衰减现象。当工作气压达到 50Pa, 微波的衰减吸收效果开始逐步降低。在功率 1400W 和 1600W 时, 随着气压的升高, 衰减峰还存在偏移的现象:从 9.6GHz (1400W)
4、 偏移到 9.8GHz (1600W) 。这种偏移主要在于等离子体密度和衰减系数 之间是非线性相关的。图 1:等离子体对微波衰减的实验设计 下载原图图 2:氩气压分别是 10-50Pa, 等离子体对 X 波段微波的衰减效果 下载原图4 点频结果分析根据扫频的结果, 选择衰减效果最佳的 9.8GHz 进行点频测量, 工作气压控制在最佳工作气压 25Pa。通过调节输入功率从 1000W 缓慢增加到 1860W, 台阶为100W (1700W 后一个台阶 1760W, 1800W 后一个台阶 1860W) , 测量此等离子体对 9.8GHz 微波的衰减吸收效果, 如图 3 所示。很明显, 随着输入功
5、率增加, 衰减吸收效果不断增强, 在 1700W 达到 32d B。但是功率进一步增加, 衰减吸收开始逐渐降低。5 结语本文设计了一种多电极组合放电的等离子体。该等离子体对 X 波段 (910GHz) 具有的较好的衰减吸收效果, 在氩工作气压 25Pa, 输入功率 1700W 时, 衰减达32d B。图 3:输入功率不断提高, 等离子体对 9.8GHz 的衰减效果 下载原图参考文献1王龙等.等离子体低目标特征技术原理J.物理学报, 2004, 33 (01) :18. 2袁忠才等.碰撞频率对等离子体吸波特性的影响J.微波学报, 2005, 21:49. 3王艳.隐身等离子体中电磁波的传输实验与诊断技术D.中国科学技术大学, 2007.
