[发明专利]一种基于流体模型的微波干涉诊断法

说明书

本发明公开的属于低温等离子体模拟方法技术领域，具体为一种基于流体模型的微波干涉诊断法，其结构包括微波矢量网络分析仪、同轴电缆、天线、微波暗室、电源接孔、外接端口和等离子体，其特征在于：所述微波矢量网络分析仪的左侧壁电性连接有同轴电缆，该种适用于透波腔低温等离子体的电子密度诊断方法，将数值模拟和波干涉法进行了结合，针对两种透波腔平板感性耦合等离子体放电源的腔体结构，研究了基于流体模型的微波单/双端反射干涉诊断法，可以更加精确地测量薄层等离子体的相移量，在放电中等离子体会出现显著地不均匀分布现象，可利用微波诊断法时需要移动天线的中心轴位置，使相移量达到最大。

技术领域

本发明涉及微波干涉技术领域，具体为一种基于流体模型的微波干涉诊断法。

背景技术

当前，数值模拟方法发展较为迅速，已经有文献通过粒子模拟-蒙特卡洛法PIC/MC(Particle In Cell/Monte Carlo)、流体力学建模以及混合建模等方法对感性耦合等离子体源进行了数值模拟，大量的数值仿真结果表明，在给定准确的电子能量分布函数(EEDF)、反应速率、扩散系数的前提下，流体模型可以精确地计算出n_e分布随外部放电条件的变化，但由于在数值模拟中常常忽略次要因素和功率损失，导致数值模拟结果高于实验测量值，相比光谱和探针法，虽然一定程度上解决了波干涉法对n_e空间分布的诊断，但求解不同条件下的扩散方程是困难的，固定的n_e轮廓函数不能反映外部放电条件对该分布的影响，为此，我们提出一种基于流体模型的微波干涉诊断法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于流体模型的微波干涉诊断法，以解决上述背景技术中提出的由于在数值模拟中常常忽略次要因素和功率损失，导致数值模拟结果高于实验测量值，相比光谱和探针法，虽然一定程度上解决了波干涉法对n_e空间分布的诊断，但求解不同条件下的扩散方程是困难的，固定的n_e轮廓函数不能反映外部放电条件对该分布影响的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于流体模型的微波干涉诊断法，其结构包括微波矢量网络分析仪、同轴电缆、天线、微波暗室、电源接孔、外接端口和等离子体，所述微波矢量网络分析仪的左侧壁电性连接有同轴电缆，所述同轴电缆贯穿于微波暗室的内腔右侧壁，且同轴电缆的左侧壁电性连接有天线，所述微波暗室的内腔包括等离子体，且微波暗室的左侧壁和底部分别开设有电源接孔和外接端口。

优选的，所述等离子体包括金属反射器、绝缘板和线圈天线。

优选的，所述外接端口包括气氛系统管和真空系统管。

优选的，所述天线包括三组标准增益喇叭天线和两组透镜喇叭天线。

该适用于透波腔低温等离子体的电子密度诊断方法具体操作步骤如下：

a)建立相应的流体模型：配合微波矢量网络分析仪，根据感性放电系统中的天线和腔体的几何结构在COMSOL中建立相应的流体模型；

b)轮廓曲线离散化：对n_e的二维分布进行求解，并采集相应波干涉路径上的n_e轮廓曲线，对轮廓曲线进行离散化，离散区间的个数为N，区间的宽度为Δl＝l/N；

c)对比离散系数：通过对比离散区间i的电子密度n_e-i和数值模拟结果中的n_e-max得到离散系数α_i＝n_e-i/n_e-max，根据公式可以直接求解n_e-max，进而获得在波干涉路径上的n_e分布

优选的，所述步骤a)中天线为透镜天线，且透镜天线直接对S₁₁参数进行测量得到相移量，通过公式求解出在干涉波传输路径上的n_e分布。