Камера для измерения концентрации электронов плазмы и плотности газовых струй

,ЯО 01 й 22/ ПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ оточасзмы9.ысокихадно ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Голант В.Е, Сверхвысоктотные методы исследования плаМ., Наука, 1968, с. 104-142. Харвей А. Техника сверхвчастот. Ч.П. М., .Советское Р19 Б 5, с. 515-518 (прототип).(54) (57) КАМЕРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАПИИ ЭЛЕКТРОНОВ ПЛАЗМЫ И ПЛОТНОСТН.ГАЗОВЫХ СТРуйсодержащая резонатор в виде отрезка круглого волновода и отрезок прямоугольноговолновода, свернутый вокруг отрезкакруглого волновода и связанный с нимчерез отверстия, расположенные вобщей широкой стенке отрезка прямоугольного волновода и стенке отрезкакруглого волновода,о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью расширения пределов значений измеряемых концентраций электронов плазмы и пл ,ностей газовых струй в области малых значений, в нее введен дополнительный отрезок прямоугольного волновода, свернутый вокруг отрезка круглого волновода и связанный с ним через отверстия, расположенные в общей широкой стенке дополнительного отрезка прямоугольного волновода.и стенке отрезка круглого волново да, каждый из отрезков прямоугольного волновода .разделен двумя металлическими.пластинами, установленнжи диаметрально противоположно, при этом . отверстия, расположенные в широкой стенке одного отрезка прямоугольного волновода,.отстоят друг от друга на расстоянии, равном .е /2, а другого - на расстоянии .в,где Ав длина волны в отрезке прямоугольно го волновода, соответствующая резоннансной частоте. резонатора.Изобретение относится к технике измерений на сверхвысоких частотах.Известно устройство для измерения параметров плазмы, содержащее СВЧ резонатор, частота которого зависит от параметррв введенного в .его полость электронного пучка (.1).Однако устройство не обладает высокой чувствительностью.Наиболее близкой по технической сущности является камера для измере ния концентрации электронов плазмы и плотности газовых струй, содержащая резонатор в виде отрезка круглого волновода и отрезок прямоугольного волновода, свернутый вокруг 15 отрезка круглого волновода и связанный с ним через отверсжия, расположенные в общей. широкой стенке отрезка прямоугольного волновода и стенке отрезка круглого волновода 2.).Однако известная камера не обеспечивает измерение малых значений концентраций электронов плазмы и плотностей газовых струй из-за малой чувствите,пьности, обусловленной нестабильностью частоты СВЧ генератора и собственной частоты СВЧ резонатора.Бель изобретения - расширение пределов значений измеряемых концентраций электронов плазмы и плотностей газовых струй.В Поставленная цель достигается тем, что в камеру для измерения концентрации электронов плазмы и 35 плотности газовых струй, содержащую резонатор в виде отрезка круглого волновода и отрезок прямоуголь ного волновода, свернутый вокруг отрезка круглого волновода и свя О занный с ним через отверстия, расположенные в общей широкой стенке отрезка прямоугольного волновода и стенке отрезка круглого волновода, введен дополнительный отрезок 45 прямоугольного волновода, свернутый вокруг отрезка круглого волновода и связанный с ним через отверс тия, расположенные в.общей широкой стенке дополнительного отрезка. прямоугольного волновода и стенке отрезка круглого волновода, каждый из отрезков прямоугольного волновож да разделен двумя металлическими :пластинами, установленными диаметрально противоположно, при этом отверстия, расположенные в широкой стенке одного отрезка прямоугольного волновода отстоят друг от друга на расстоянии, равном/2, а другогона расстоянии 1 , где- длина 60 волны в отрезке прямоугольного волновода, соответствующая резонансной частоте резонатора.На фиг.1 .приведена конструкция камеры на Фиг,2 - разрез А-А на 65 фиг,1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1.Камера для измерения концентрации электронов плазмы и плотности газовых струй содержит резонаторв виде отрезка 1 круглого волновода, отрезок 2 прямоугольного волновода, дополнительный отрезок 3 прямоугольного волновода, отверстия 4, расположенные на расстоянииэ друг от друга в общейширокой стенке отрезка 2 пря моугольного волновода и стенке отрез. ка 1 круглого волновода, отверстия 5, расположенные на расстоянии 8/2 друг от друга в общей широкой стенке дополнительного отрезка 3 прямоугольного волновода и стенке отрезка 1 круглого волновода, металлические пластины б - 9 установленные диаметрально противоположно в отрезке 2 и дополнительном отрезке 3 прямоугольного волноводаи делящие их соответственно на два участка - 10, 11 и 12, 13, а также выводящие волноводы 14- 17.Диаметр (2 а) отрезка 1 круглого волновода должен в несколько раз превышать размер измеряемого пучка электронов или газовой струи. Диапазон рабочих длин волн Л резонатора таков,2 счто (, длина 1 резонатора 10.Пары участков 10, 11 и 12, 13 отрезков 2 и 3 прямоугольного волновода образуют системы связи, рассчитанные на возбуждения и прием двух различных типов колебаний. Эти типы колебаний подбираются из спектра собственных частот резонатора по следующим признакам:а)кмеют близкие или равные частоты; б)одно из них должно характеризоваться азимуаальным индексом и 1= О, а другое - индексом юегдето)щ азимутальный индекс колебания, ран. диальный индекс которого И = 1; 2.Частоты различных типов колебаний воткрытых цилиндрических резонаторах (для определенности будем считать их ТМ-.колебаниями) определя-.ются по формулеС айвиВИф Огде а - радиус резонаторас - скорость света в вакууме;Ещ - корень в-й Функции Бесселя;щ - собственная частота резонамитора,Таким образом, условия, налагаемыена выбираемые типы колебаний, могутбыть удовлетворены, если выбратьи и И такими, чтобы ЕомЕ=.77,765, поэтому можно выбрать колебания ТМО и ТИ 4,При описанной выше конструкцииучасток 11 возбузщает преимуществен-.,1046661 Са -баЮ о Составитель В.Ежор О.Бугир Техред М,Тепер илак Ре Корректо каз 7721/43 Тираж 873 Подписное ВНИИПИ ГосударСтвенного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж,.Раушская наб., дл ППП Патент, г,ужгород, ул.Проек но колебания, имеющие однородное по азимуту поле, т.е. колебания с ю-.-О. Напротив, участок 13 создает в отрезке 1 круглого волновода законопеременное сильно модулированное по азимуту поле, при этом возбуж дается колебание се=щмо . Поэтому, несмотря на равенство собственных частот, участок 11 возбуждает только моду ТМок 1 а участок 13 - только ТМ в ок и. Поскольку участки 10 и 10 12 устроейы аналогично, то участок 10 принимает колебания ТМои , а учас. ток 12 - колебаниясмокеПри пролете пучка электронов или струи газа сквозь отрезок 1 круг лого волновода вдоль его оси (6 о И ) частота колебания ТМне смещается, так как пучокмоксине взаймодействует с СВЧ полем, (оно занимает область шириной -м , при О жатую к стенке резонатора). Напротив, частота колебания ТМ 0 и смещается, так как электрическое поле этой моды имеет максимум на оси отрезка 1 круглого волновода.МА А С другой стороны, при тепловых и механических поводках происходит изменение собственных частот резона тора, связанное в основном с измене-. нием размеров резонатора Приведенное соотношение показы-, вает, что величина и направление дрейФа частот для обеих мод ТМби и ТМмм р одинаковы и поэтому разница между резонансными частотами не зависит от поводок. Использование изобретения позволяет увеличить чувствительность резонаторного метода измерения . концентраций электронов и плотности .газовых струй в 10-100 раз за счет исключения влияния нестабильности частоты СВЧ генератора и механических и тепловых поводок на точность измерений.