[发明专利]一种用于高温等离子体诊断技术的耐高温聚焦透镜天线

说明书

本发明属于等离子体参数诊断及测量技术领域，公开了一种用于高温等离子体诊断技术的耐高温聚焦透镜天线，耐高温聚焦透镜，用于对电磁波的折射及聚焦；喇叭馈源，用于发射或接收电磁波信号；天线支架，用于耐高温聚焦透镜及喇叭馈源的支撑及固定；配重块，用于平衡耐高温透镜和喇叭馈源的重量。本发明提供了适用于高温等离子体透射诊断、点聚焦透镜天线，解决了传统喇叭天线不能聚焦、无法耐受高温的缺点。聚焦透镜天线的口径为200mm，聚焦位置位于透镜前方350mm。实测聚焦焦斑＜22mm，极大的减小了电磁波对等离子体绕射的影响。透镜采用耐高温石英材料，在温度低于1100℃下长期稳定工作。

技术领域

本发明属于等离子体参数诊断或测量技术领域，尤其涉及高温等离子体的参数诊断及测量。

背景技术

目前，等离子体参数的诊断和测量是研究热点，其最新的诊断和测量技术如下：静电探针法，光谱学法，微波诊断法等。

静电探针法又称为朗缪尔探针法，由Irving Langmuir于1924年提出，是最早用于等离子体特性诊断的方法，并且一直被沿用至今。该方法利用导电针尖测量等离子体的伏安特性曲线，进而推算出等离子体有关参数。由于探针的针尖与等离子体直接接触，不可避免会扰动被测等离子体，同时探针尖端的材料常会对等离子体环境造成一定程度的污染，因此也存在一些缺点。光谱法测量是对等离子体没有影响的一种测量方法，其通过对等离子体中离子或中性粒子的发射光谱进行分析，从而也是一种研究离子输运行为和测量等离子体参数的重要手段。微波诊断法是从20世纪六、七十年代发展起来的一种非接触式的等离子体密度诊断方法。其基本原理是将等离子体视为具有色散特性的电介质，当微波穿透不同的等离子体时，会产生不同的衰减和传播时延，通过测量透射信号(等离子体存在时)和参考信号(等离子体不存在时)的不同衰减和相位差，再根据电磁波理论便可间接推导出电子密度等关键参数。

综合以上对等离子诊断的研究方法中，静电探针需要深入到等离子体内部，对等离子体环境会产生干扰和污染，光谱学测量尽管不需要深入到等离子体内部，但其设备及测量成本较高，因而微波透射诊断是一种最有效且简便的方法。

微波透射诊断是在等离子体区域的两侧架设一对收发天线，天线一般选用聚焦透镜天线。原因是将聚焦天线的焦点放在等离子体区域的中心部分，从而尽量减小微波信号绕开等离子传播的绕射现象，因此聚焦透镜天线是等离子体诊断的必备部件。然而传统的聚焦透镜天线采用聚四氟乙烯为透镜，聚四氟乙烯的熔点仅为327℃。结合热力学仿真软件，透镜处的温度约1000℃，因而若采用聚四氟乙烯材料做透镜，在1000℃时会被瞬间气化，因而是无法使用的。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)现有的静电探针深入到等离子体内部，对等离子体环境会产生干扰和污染，光谱学测量尽管不需要深入到等离子体内部，但其设备及测量成本较高。

(2)现有的微波透射诊断在等离子体区域的两侧架设一对收发天线，采用聚四氟乙烯为透镜，聚四氟乙烯的熔点为327℃，在温度高于1000℃时肯定是瞬间被气化，因而是无法使用的。

解决上述技术问题的难度：1)等离子体的诊断需要采用微波透射诊断，而微波天线需要具有聚焦功能，焦斑尺寸越小越好；2)聚焦透镜需要承受高温，耐高温必须＞1000℃。

解决上述技术问题的意义：1)可对高温等离子体进行更精确的诊断；2)加深对等离子体与电磁场的相互作用的理解；3)对聚焦透镜天线耐高温材料的选择进行更广阔的拓展。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种用于高温等离子体诊断技术的耐高温聚焦透镜天线。

本发明是这样实现的，一种用于高温等离子体诊断技术的耐高温聚焦透镜天线，所述耐高温聚焦透镜天线包括：

耐高温聚焦透镜，用于对电磁波的折射及聚焦；

喇叭馈源，用于将电磁波对透镜天线进行照射馈电；