化学反应活性较高或具有较高能量的活性粒子一般采用气体放电的方式产生,可用于杀菌消毒以及航天器低地球轨道环境模拟实验等场景。而对于氧气、氮气这类化学键键能较大、分解阈能较高的双原子气体,对电子能量需求也较高,否则分解率不足或效率较低。而基于微波电子回旋共振原理的束流源可以利用高频电场与恒定磁场耦合形成共振加热区域加速电子,使之具有极高的能量与中性气体分子发生碰撞,促使分子分解或电离,提高工质的分解率。基于此本文设计了一款微波活性粒子束流源,对工质为氮气和氧气时的束流源进行了一系列研究,工作如下:在本文的第二章中首先对活性粒子的产生机制进行了分析,有利于后续对微波回旋共振束流源的微波电场、恒定磁场、离子加速电场与机械结构的设计。对不同天线构型与磁场构型的放电效果进行分析,最终选用环形天线与内外磁环等厚的结构,初步实现了氧气与氮气的稳定放电。为对束流源工作特性进行探究,在本章的最后对束流源各性能测试实验系统进行了设计。第三章主要对氮活性粒子束流源的点火特性、放电特性、引出特性以及热平衡过程进行研究,得到了各混气比例下的点火功率下限,总结出其离子引出电流的变化规律和其在不同状态下达到热平衡所需时间以及平衡温度。光示踪法是利用已知的氪原子密度与氮氪混合放电时二者原子光强信号之比来计算氮原子密度的方法,基于此得到了氮原子密度与氮气分解率,并得到二者随微波功率与流量变化的规律。此外,利用法拉第探针收集了氮离子束流的空间离子电流密度分布信息,并在此基础上定义束流发散角为离子电流积分值达到总积分值95%的位置所对应的的角度,逐一分析各种工作条件下束流发散角的变化,总结出束流发散角的调节方法。在第四章中,同样对氧活性粒子束流源模式下的各种工作特性进行了研究,并且通过对比氧工质在不同微波频率下的放电特性,分析了微波频率为2.45GHz时束流源出现的模式转换现象,此外同样利用发射光谱法对氧原子密度和氧气分解率进行监测,使用法拉第探针分析其空间离子电流密度分布以及发散角变化规律。在本章最后还对氧气放电、氮气放电与氙气放电时的离子电流和束流发散角等进行了对比分析,离子电流的引出能力上氮气最弱。在第五章中对束流源的溅射特性和分解特性分别进行研究分析,提出了用于表征沉积金属薄膜厚度的光透过率法,后续通过设计实验发现随着沉积污染时间增加被污染石英玻璃对于不同波长光源的通过率均有一定的衰减,证明利用光透过率来表征沉积污染程度是可行的,基于上述方法提出并设计了束流源应用于航天器等离子体污染地面模拟的方案。