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플라즈마 가시광 구동을 위한 초고주파 전계 집속형 도파관 시스템에 관한 연구
A Study on the Microwave Electric-Field Focusing Waveguide Systems for Driving Plasma Visible Light 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.20 no.3 = no.142, 2009년, pp.303 - 312  

전후동 (금오공과대학교 전자공학부) ,  박의준 (금오공과대학교 전자공학부)

초록
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본 연구에서는 초고주파를 사용하여 플라즈마 가시광을 발생시키기 위한 전계 집속형 도파관 시스템을 제안하였다. 이 시스템은 초고주파 전력 공급기인 마그네트론, 전력 전송을 위한 도파관부 및 메쉬형 공동으로 이루어진 반응기로 구성된다. 소량의 황 분말과 버퍼 가스인 Ar이 봉입된 석영 벌브를 반응기 내에 위치시키고, 강한 전계를 집속시킴으로써 황 플라즈마가 생성 및 여기되도록 하였다. 즉, 도파관과 반응기의 내벽에 각각 도체팁을 장착시키고, 그 사이에 플라즈마 벌브를 위치시킴으로써 벌브에 강한 전계가 집중되도록 하였다. 또한 플라즈마 생성 과도기에서, 플라즈마의 전기적 도전성 변화에 따른 정합 특성의 열화를 최소화할 수 있는 도파관부를 설계하여 안정적으로 동작되도록 하였다. 최종적으로 2.45 GHz 알루미늄 도파관 시스템을 제작하고, 400W급 마그네트론을 사용한 가시광 방출 실험을 통해 설계된 시스템의 타당성을 검증하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, a waveguide system for focusing the electric field is presented to emit the microwave-driven plasma visible light. This system consists of a magnetron for the microwave power supply, the waveguide section for power propagation, and the mesh-type cavity reactor. The quartz bulb contain...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 도체 팁을 도파관 내부의 적절한 위치에 장착하여 전계를 집중시킬 수 있는 구조에 대해 연구하였다. 이 구조는 주어진 초고주파 급전 전력에 대해, 기존의 공동 공진기 내부에 형성되는 최대 전계보다 매우 강한 전계를 집중시킬 수 있음을, 상용 소프트웨어 툴을 사용한 시뮬레이션을 통해 보였다.
  • 본 연구에서는 우선 일반적으로 많이 사용하는 슬롯에 의한 도파관 및 공동 공진기(반응기) 결합 구조를 이용한 시스템 특성을 분석함으로써, 그 구조가 갖는 정합 문제에 기인한 공급 전력의 한계점을 보이고, 이를 보완하기 위해, 전계를 벌브에 집 속 시킬 수 있는 구조의 도파관 시스템을 제 안하였다. 즉, 도체 팁을 도파관과 반응기 내부의 적절한 위치에 대향하도록 장착시키고, 그 중간에 벌브를 삽입시킴으로써, 벌브에 전계를 집중시키도록 하였다.

가설 설정

  • 식 (1)의 도전율은 벌브 중심에서부터 거리 , 의 함수로 표현되나, 실제로 벌브에 인가되는 전계의 세기 값을 모르는 상태에서 전자 농도 및 분포를 산출하기에는 어려운 점이 있고, 또한 중력에 의해 벌브 내의 농도가 불균일하게 분포될 수 있으므로 실제 제작 및 실험 시 모터를 이용하여 벌브를 회전시키게 된다. 따라서 본 연구에서는 벌브 내의 도전율이 균일하게 분포된다고 가정하고, 이 도전율 변화에 따른 반응기 내부의 공진 특성을 분석하고, 그 결과를 설계에 적용하였다.
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참고문헌 (17)

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