Mikrowellenoszillatoren für die Erzeugung von atmosphärischen Mikroplasmen (PDF)

Die vorliegende Arbeit behandelt den Entwicklungsprozess von Mikrowellenplasmaquellen anhand einer speziellen 2,45-GHz-Atmosphärenquelle mit integriertem Solid-State-Oszillator. Dabei regen Mikrowellensignale das Plasma an der Umgebungsluft an. Die Entwicklungen berücksichtigen den Trend, unkompliziert handhabbare Plasmen für technische Anwendungen ohne aufwändige Vakuumkammern zur Verfügung zu stellen. Zusätzlich sind weder Hochspannungsversorgungen noch umfangreiche Generatorsysteme notwendig. Die Untersuchungen reichen von den theoretischen Vorüberlegungen bis hin zur praktischen Realisierung eines Prototyps. Die Arbeit konzentriert sich zunächst auf die Charakterisierung des atmosphärischen Plasmas und dessen Modellierung. Diese Ergebnisse werden in entsprechenden Mikrowellen-Modellen berücksichtigt, die sowohl für die transiente Simulation – bezogen auf den betrachteten Plasmafall – als auch in der Harmonic-Balance-Rechnung nutzbar sind.

Diese mikrowellentechnischen Plasma-Untersuchungen bilden die Grundlage für den Oszillatorentwurf, der im Mittelpunkt der Arbeit steht. Es werden neue Ansätze im Schaltungssimulator aufgezeigt und verfolgt. Das betrifft sowohl generelle Untersuchungen zur Instabilität, die durch Einführen einer neuen Methode erfasst werden können, als auch das Anwenden einer innovativen transienten Simulationstechnik. Die dabei gewonnenen Simulationsergebnisse werden anschließend genutzt, um einen Prototyp der Plasmaquelle zu realisieren. Im Inbetriebnahmeprozess werden gezielt Messungen am realisierten Aufbau durchgeführt, die den Vergleich zur Simulation ermöglichen. Abschließend wird das an der Umgebungsluft erzeugte atmosphärische Plasma umfassend charakterisiert.