Influence of Upstream Grid Sheath Oscillation on Beam Extraction Characteristics in Radio-frequency Self-biased Ion Thrusters
Year: 2026
Type: article
Abstract: 射频自中和离子推力器通过射频栅极交替引出离子和电子，可在无中和器的条件下实现羽流中和。屏栅上游鞘层可能因放电腔杂散电容发生射频振荡，影响屏栅自偏压建立规律。为揭示其对束流引出特性的影响，本文建立射频栅极单孔束流引出粒子仿真模型，分析不同鞘层振荡幅值下栅极系统的电势分布、带电粒子输运和屏栅自偏压变化。结果表明，鞘层振荡会增大屏栅射频负半周期内上游等离子体与屏栅之间的电势差，且随着鞘层振荡幅值增大，屏栅自偏压逐渐降低，离子聚焦和加速性能随之下降。轴线电势分析表明，鞘层振荡下屏栅孔局部电势最低值会改变电子引出需要跨越的势垒，限制电子引出能力。进一步通过理论分析发现，当鞘层振荡较强、束流空间电荷难以补偿电子势垒变化时，系统需降低屏栅自偏压以增强加速栅电势渗入，维持电子有效引出。上述结果揭示了屏栅上游鞘层振荡通过削弱屏栅自偏压影响束流引出的物理机理，为鞘层振荡条件下的束流引出性能评估提供了物理依据。
Source: Acta Physica Sinica
Language: Chinese
Subfield: Electrical and Electronic Engineering
Field: Engineering
Domain: Physical Sciences
Open Access status: diamond
OpenAlex ID: W7224663811