Загрузил Егор Чистяков

Лекция 03

Реклама
Интерферометрия,
рефлектометрия, Доплеровская
рефлектометрия….
Бесконтактная радиофизическая
плазменная диагностика
3 часть
1
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЛАЗМЫ ПО ПРОХОДЯЩЕЙ ЧЕРЕЗ
НЕЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЕ. МЕТОД ОТСЕЧКИ
И МЕТОД ИНТЕРФЕРЕНЦИИ
Определение концентрации электронов по измерению сдвига
фазы зондирующего сигнала.
Интерферометры.
Интерферометрия плазмы основана на измерении сдвига фазы
электромагнитной волны прошедшей через плазму, величина которого
зависит от электронной концентрации.
На следующих рисунках представлены три типа
интерферометров, предназначенных для измерения сдвига фазы
зондирующей волны. На каждом из рисунков стрелками указано
направление распространения зондирующей электромагнитной волны.
Над стрелками указана фаза распространяющейся волны. Рассмотрим
подробно каждую из предложенных интерферометрических схем.
В первой схеме на стандартных волноводах зондирующий СВЧ сигнал
тройником Т1 делится на два сигнала. Первый сигнал является опорным,
он поступает через аттенюатор и тройник Т2 на детектор. Фаза опорного
сигнала постоянна. Второй зондирующий сигнал проходит через плазму и
тройник Т2 и подается на тот же детектор. Фаза этого сигнала зависит от
свойств исследуемой плазмы.
А1
плазма
А2
t 
фазовращатель
t
генератор
t
Т2
Т1
СН2
СН1
детектор
t
аттенюатер
На детекторе, характеристика которого квадратична происходит смешение
двух сигналов и ток детектора будет определяться следующим выражением
I a  [ A0 sin(t )  A1 sin(t  t )]  1 / 2( A02  A12 )  A0 A1 cos 
При измерении малых сдвигов фазы < p можно воспользоваться тем обстоятельством,
что приемлемая линейность сохраняется до сдвига фазы равного 1200.
отградуированным фазовращателем.
Схема, собрання на сверхразмерных волноводных элементах (СРВ),
базовый волновод сечением 11х5,5 мм2..
НР1
используется
для
разделения сигнала, подаваемого от генератора и объединения опорного и
передаваемого сигналов НР2 на детекторе. В качестве фазовращателя Ф
применена отражающая пластина, которую можно перемещать по
направлению , указанном на рисунке стрелкой. Достоинство схемы
интерферометра на СРВ - это простота его изготовления, а также
возможность применения его в широком диапазоне частот.
Ф
А1
плазма
А2
t
t
НР1
t
НР2
детектор
генератор
СН1
СН2
Интерферометр на СРВ, в котором зондирующий сигнал проходит через
плазму дважды отражаясь от зеркала 3. Стрелками указано прохождение
опорного и измеряемых сигналов. В качестве калиброванного
фазовращателя Ф используется подвижное отражающее зеркало.
Ф
t
генератор
вентиль
t
детектор
t

плазма
Уменьшение амплитуды сигнала на детекторе при нарастании или
уменьшении концентрации плазмы может быть связано с затуханием
электромагнитной волны в плазме при высоких частотах соударений
или рассеянием электромагнитной волны плазмой.
Измеряемый сигнал от генератора 1 проходил через вентиль 2 и по
волноводу поступал на излучающую антенну 3. Антенны (излучающая и
приемная) выполнены из кварцевых стержней, что позволили ввести
зондирующий сигнал в разрядную камеру 4, в которой создавалась плазма 5
мощным микроволновым излучением подаваемым по коаксиалу 6. Сигнал,
отраженный от подложки 7, принимался приемной антенной и через аттенюатор
8 и фазовращатель 9 через двойной тройник 10 попадал на детектор 11. На этот
же детектор подавался через направленный ответвитель 12 и калиброванный
фазовращателя опорный сигнал.
Измерения концентрации проводились следующим образом. В
отсутствии плазмы калибровочный фазовращатель устанавливался на нулевое
показание шкалы, и с помощью вспомогательного фазовращателя 13 на
осциллографе 14 устанавливался начальный нулевой сдвиг фазы. При создании
плазмы происходит разбаланс схемы за счет сдвига фазы вносимой плазмой. С
помощью градуированного фазовращателя устанавливался начальный нулевой
сдвиг. Отсчет сдвига фазы производился по шкале фазовращателя.
Отражение от слоя, рефлектометры.
Схемы применялись для диагностики плазмы на
длинах волн от 4 до 11 мм.
Схема рефлектометра
на волноводном тройнике собран на базе двойного
тройника Т. В качестве фазовращателя используется подвижный поршень П.
плазма
t

генератор
вентиль
t
П

t
nc
t
детектор

Схема рефлектометра с использованием НО.
Подвижный поршень П служит фазовращателем.

t
HO
генератор
плазма
вентиль
t
t
детектор
t
П
nc
Схема рефлектометра на сверхразмерных элементаизготовленный
на основе волновода сечением 11х5,5 мм2. Роль фазовращателя Ф
играет пластинка, перемещаемая согласно стрелки х
Ф

t
НР
генератор
плазма
вентиль
t
детектор
t
nc
dH/dt
0
-10
-20
0
20
40
60
80
0
20
40
60
80
амплитуда, отн.ед.
14
12
10
8
6
4
2
0
Время, мкс
Осциллограмма интерференционного сигнала отраженной волны. Частота
зондирующего сигнала 36 ГГц. Верхняя кривая - производная сжимающегося
магнитного поля dH/dt, нижняя кривая - интерференционный сигнал (стрелкой
обозначено начало отсчета фазы).
Уменьшение амплитуды сигнала на детекторе при нарастании или уменьшении
концентрации плазмы может быть связано с затуханием электромагнитной волны в
плазме при высоких частотах соударений или рассеянием электромагнитной волны
плазмой.
На
рис.4.2
приведена
характерная
осциллограмма
интерференционного сигнала отраженной волны, полученной в
экспериментах по сжатию плазмы. На первой стадии (рис.4.2 начало
сжатия показано стрелкой) отражающая граница отходит от излучателя,
т.е. происходит сжатие; в дальнейшем граница плазмы снова
приближается к излучателю - происходит расширение плазмы.
С помощью осциллограммы нетрудно определить скорость
сжатия плазмы, а также определить положение отражающей границы
плазмы. Отметим, что для определения положения отражающего слоя
проводить предварительные измерения для определения начальной
фазы , связывающего положение отражающего слоя с фазой.
Скачать