射频夹层等离子体对X波段衰减的影响

汪建

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<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1011cm-3的高密度等离子体，通过控制氩工作气压（10～50Pa）和输入功率，研究此等离子体对微波（主要是9～12GHz）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9～10GHz进行测量，衰减吸收的实验结果如图2所示。

工作气压10Pa，在9.85GHz频点的衰减吸收达 3dB。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23dB。其中，9.65～9.8GHz范圍内，衰减吸收效果高于20dB。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）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β之间是非线性相关的。

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，随着输入功率增加，衰减吸收效果不断增强，在1700W达到32dB。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（9～10GHz）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32dB。

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.

作者单位

1.中国电子科技集团公司第三十八研究所 安徽省合肥市 230088

2.孔径阵列与空间探测安徽省重点实验室 安徽省合肥市 230088