等离子波导的理论研究及其关键实验设备的研制

• 作 者: 程方
• 机 构: 上海交通大学
• 出 处: 上海交通大学
• 发表日期: 2006年期
• 关键词: 等离子波导 等效电路 水冷螺线管线圈 磁化冷等离子体

等离子波导有着普通波导无法比拟的新特性。其优点包括:体积小、重量轻、装载方便快捷、电可调、磁可调及电磁隐身等。基于上述种种优点,对等离子波导的研究显得极富意义,本文正是通过理论研究,数值计算及实验等手段,试图把等离子波导的应用更加推进一步。本文对良导体边界磁化冷等离子波导、介质边界的磁化冷等离子波导的色散关系和传播模式进行了详细研究,然后,在此基础上提出了磁流体近似下较低频段的良导体边界等离子波导的等效电路,同时给出了一款同类产品国内领先的全新实验设备――均匀水冷强磁场螺线管线圈系统的设计,旨在为等离子微波器件的理论研究打下必要的理论基础,并为等离子波导、等离子滤波器的工程实现提供技术准备,推进等离子体技术的工程应用价值。论文首先分析了电磁波在良导体边界等离子波导、介质边界等离子波导中传播的色散关系和模式、导通截至情况,用数学物理方法推导了良导体边界和介质边界的等离子波导场量解析式。然后,由于在磁流体近似的限制下,电场与磁场耦合减弱,等离子波导能在较低的频段(ω∈HF)导行电磁波,因而存在简单的TE、TM模,论文给出了这些模式的解析表达式和基于模式的等效电路,以服务于工程应用。最后,通过大量的仿真计算,设计加工了一种均匀范围长达0.5m,磁场强度在0～1000Gauss范围内可调,重量达407斤,物理尺寸为国内同类线圈中最大的水冷磁场螺线管线圈系统。