低温等离子体技术应用研究(硕士论文)

中图分类号：TN713论文编号：102870414-S033学科分类号：080904硕士学位论文低温等离子体技术应用研究研究生姓名赵会超学科、专业电磁场与微波技术研究方向近代天线理论和技术指导教师刘少斌教授南京航空航天大学研究生院电子信息工程学院二О一三年十二月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofElectronicandInformationEngineeringResearchonApplicationoflowtemperatureplasmatechnologyAThesisinElectromagneticFieldandMicrowaveTechnologybyZhaoHuichaoAdvisedbyProf.LiuShaobinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDecember,2013承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文I摘要本文针对低温等离子体技术在隐身天线和杀菌消毒方面的应用，设计了一款等离子体八木天线并研制出两款低温等离子体杀菌消毒仪。主要内容包括：在等离子体天线和八木天线理论分析的基础上，参照金属八木天线结构，设计了一款等离子体八木天线。使用CST三维电磁场仿真软件建立天线模型，对其结构参数进行优化仿真，得到S11参数、辐射方向图和天线振子单元周围的电磁场分布。最后加工制作出等离子体八木天线的原理样机，用高性能矢量网络分析仪对原理样机的S11参数进行测量，得到与仿真相一致的结果。理论分析、仿真优化和实践验证三种方式相结合的研究结果表明，当等离子体密度足够大时，等离子体八木天线具有很好地定向性以及较高的增益，具有与金属天线可比拟的性能。基于介质阻挡放电理论，对低温等离子体产生模型进行分析并结合实验测量验证，研制出网罩阴极式低温等离子体产生设备，并研制出能给设备供电的小功率脉冲电源；根据实验过程中偶然发现高压绝缘导线对人体安全放电现象得到的启示，研制出基于介质阻挡放电悬浮电极式低温等离子体产生设备。通过两款低温等离子体产生设备对大肠杆菌和手上细菌进行的灭活实验发现，对大肠杆菌照射10秒以上，可使照射区大肠杆菌死亡率达到100%；对手上多种细菌照射20秒，能使其全部死亡。实验结果表明所研制的低温等离子体产生设备有很好的杀菌消毒效果，因此所研制的设备命名为“低温等离子体杀菌消毒仪”。关键词：低温等离子体，等离子体八木天线，介质阻挡放电，杀菌消毒低温等离子体技术应用研究IIABSTRACTInthispaper,fortheapplicationsoflow-temperatureplasmatechnologyinstealthantennasandsterilizationareas,aplasmaYagiantennahasbeendesignedandtwolow-temperatureplasmasterilizationinstrumentshavebeendeveloped.Themaincontentsinclude:onthebasisoftheplasmaantennaandYagiantennatheoryanalysis,referringtothemetalYagiantennastructure,aplasmaYagiantennawasdesigned.Weestablishedathree-dimensionalantennamodelinCSTelectromagneticsimulationsoftware,optimizedandsimulateditsstructureparameters,finallygotitsS11parameters,radiationpattern,theelectromagneticfielddistributionaroundtheantennaelementunit.ThentheplasmaYagiantennaprototypewasmanufactured,weusedhighperformancevectornetworkanalyzertomeasuretheS11parametersoftheprototypeandgottheresultsconsistentwiththesimulation.Bytheoreticalanalysis,simulationandoptimization,theresultsoftheresearchonplasmaYagiantennaindicatesthattheplasmaYagiantennahasgooddirectionalandhighgainandhascomparableperformancewiththemetalantenna.whentheplasmadensityissufficientlylarge.Basedonthetheoreticalmodelofdielectricbarrierdischargeanalysisandexperimentalverificationmeasurements,alow-temperatureplasmageneratingdeviceofdielectricbarrierdischargegrillecathodetype,withasmallpowerpulsepowersupplywasdeveloped.Basedontherevelationofthephenomenonthathigh-voltageinsulatedwiresafelydischargesonhuman,alow-temperatureplasmageneratingdeviceoffloatingelectrodedielectricbarrierdischargewasdeveloped.Weusedthetwolow-temperatureplasmageneratingdevicestodotheinactivationexperimentsofescherichiacoliandbacteriaonhands,theresultsshowthatthemortalityofscherichiacoliirradiationareacanreach100%whentheirradiationtimeismore10secondsandavarietyofbacteriaonhandscanbeallkilledwhentheirradiationtimeismore20seconds.Experimentalresultsshowthatthetwolow-temperatureplasmageneratingdeviceshavegoodsterilizingeffect,sothedevicesarenamedLowTemperaturePlasmaSterilizationInstrument.Keywords:low-temperatureplasma,plasmaYagiantenna,Dielectricbarrierdischarge,disinfection南京航空航天大学硕士学位论文III目录第一章绪论............................................................................................................................................11.1研究背景和意义............................................................................................................................11.2国内外研究现状............................................................................................................................11.3主要研究内容及安排....................................................................................................................4第二章低温等离子体的产生及特性.....................................................................................................52.1气体放电的基本理论....................................................................................................................52.2等离子体的主要参数和特性分析................................................................................................92.2.1等离子体的主要参数...........................................................................................................102.2.2等离子体的特性分析...........................................................................................................102.3本章小节......................................................................................................................................12第三章基于辉光放电等离子体八木天线的研究设计.......................................................................133.1辉光放电等离子体八木天线的理论分析..................................................................................143.1.1等离子体天线分析...............................................................................................................143.1.2八木天线理论分析......................................