[实用新型]一种大气压低功率微波发卡共振放电器

说明书

本实用新型涉及微波放电等离子领域，具体涉及一种大气压低功率微波发卡共振放电器；包括石英管、U型金属丝、接地铜胶膜及载气输入端，石英管内的U型金属丝分别电连接微波功率计和功率放大器，功率放大器分别电性连接脉冲信号调制器及微波信号发生器，石英管的一端为载气输入端。本实用新型采用发夹形状的微波共振电极作为放电驱动器；在大气压下以不同载气作为工作气体通过载气输入端进入石英管并通过U型金属丝；打开微波信号发生器，设置脉冲信号调制器的脉冲频率值，观察微波功率计的同时调整功率放大器保持特定功率输出；石英管内发生放电现象，U型金属丝的尖端产生等离子体羽流，且呈现清晰的拱形图案。

技术领域

本实用新型涉及微波放电等离子体技术领域，具体涉及一种大气压低功率微波发卡共振放电器。

背景技术

19世纪70年代中期，Stenzel首先设计了一款在低于100Pa气压的条件下诊断电子密度的微波共振探针。这种微波共振探针的形状类似字母U，因此被称作发夹探针。根据微波传输线的工作原理，这种发夹探针是一种四分之一波长微波共振器，它的一端被激励，另一端开口，这种结构确保在开口端的电压拥有最大的电压值，而且局域增强电场分布在发夹探针的开口端。由于发卡电极周围的等离子体鞘结构只有在较低气压范围内有明晰分布，只有明晰鞘层结构才能根据共振微波信号推算得出等离子体参数，所以很多微波发卡探针只能用于测量低气压的等离子体参数。直到2009年，徐金洲等报道了一种用于测量高气压等离子体参数的U型发卡探针，至此微波共振发夹探针成为一种测量等离子体参数的著名工具。

最近几年，大气压微波等离子体的研究获得了足够重视，原因在于微波等离子体具有潜在的应用价值。例如，有害汽车尾气源于火花塞电弧放电点燃速度慢、温度高,而新型微波点火技术，具有燃烧充分、效率高及有害尾气少等优良性能；再如，航空航天发动机(超燃冲压发动机)中的点火难题，其燃料高马赫数喷射，传统的点火技术很难点燃，微波放电点燃高速燃流的研究可以解决此困难；另外，大气压微波放电产生的冷等离子体射流，可以用来杀菌消毒等生物医学应用，操作安全，效果很好；还有，大气压微波微等离子体已在微等离子体激光源、微量元素的光谱检测等方面展示了应用优势；等等。相比于低频电源激励放电等离子体而言，以上这些应用都是源于微波放电等离子体具有密度高、活性强及温度低等优异品性，可是设计微波等离子体源相对复杂。此外，由于大气压及超大气压下激发微波放电需要很高的入射功率(kW级)，为了节能而需要使用高功率脉冲调制微波源，控制困难及代价较高，实用化较难。在大气压下很难激发气体电离产生微波等离子体，这使得微波放电器的应用受到了很大的限制。能否通过创新，实现低功率微波激励大气压气体放电并调制出适合特定用途的放电形貌，是个亟需克服的科技难题。

为了克服这个不足，研究者做了很多尝试。基于微波共振原理，除了发卡探针之外，还有多种微波共振放电器。微波共振放电器具有十分显著的研究价值，是近年来的研究重点。微波共振放电器需要进行优化并作特定设计，以便于满足不同的应用需求和更优异的放电性能。此外，微波脉冲驱动的共振放电器还可以产生具有鲜明特点的等离子体羽状射流，从而大大拓展了微波等离子体的可调参数范围，以便满足不同的微波等离子体应用需求。目前已经有四种大气压微波共振放电器(同轴波导线共振放电器，微带线共振放电器，表面波发生器，表面波共振放电器)分别在等离子体医学、微等离子体源、微波等离子体燃烧、高速燃料点火等领域得到广泛应用。但是，基于发卡共振原理的大气压低功率微波发卡共振放电器未见报道，鉴于此本实用新型报道了一种大气压低功率微波发卡共振放电器。发卡共振放电器相比于已有的四种微波共振放电器，产生的等离子体参数范围更广、等离子体射流空间形貌更容易调制和所需要的微波激发功率更低，即发卡共振放电器产生的微波等离子体综合能效更加优异。

实用新型内容

为了克服大气压微波共振放电器的不足，本实用新型将介绍一种大气压低功率微波发卡共振放电器。我们采用微波发卡探针的电极结构，并进一步创新的将发卡探针作为放电驱动器，构造出微波发卡共振放电器。

具体技术方案如下：