Plasma diagnostics are methods and instruments that serve to measure different properties of plasma, such as electron and ion distribution functions. Due to being easy to construct, Langmuir probes are often used for conducting plasma diagnostics. From spherical to cylindrical, they can have a variety of shapes. They work by using one or more electrodes that are inserted into plasma and are biased by a constant or time-varying voltage with respect to the plasma potential. Electrical currents can be measured this way to determine plasma parameters and obtain its current-voltage characteristic. This thesis focuses on the prototype circuit board of a Langmuir probe system that was designed for two spherical probes with the dimension of 2 cm in radius. The final Langmuir probe instrument will be carried by the ROMEO (Research and Observation in Medium Earth Orbit) satellite, currently being developed by the University of Stuttgart Institute of Space Systems. The target of the mission is the plasma dominant Medium Earth Orbit (MEO) region with harsh radiation environment, due to the high-energetic particles trapped in the Van Allen belts. The primary goal is to operate in the lower MEO regimes, as utilizing MEO would enable to reduce the growing number of spacecrafts in the more radiation protected Low Earth Orbits. The satellite will reach an elliptical orbit of 330 x 2,500 km. The measurement device is a mixed-signal electronics containing an analog and a digital circuit section. The measurement ranges used for designing the system were calculated based on the orbit requirements and expected plasma parameters. The degree project describes the design choices, implementation and testing of the prototype, with further development suggestions for the final flight version.

Plasmadiagnostik är metoder och instrument som används för att mäta olika egenskaper hos plasma, t.ex. elektron- och jonfördelningsfunktioner. Eftersom Langmuir-prober är lätta att konstruera används de ofta för plasmadiagnostik. De kan ha en mängd olika former, från sfäriska till cylindriska. De fungerar med hjälp av en eller flera elektroder som förs in i plasmat och förspänns med en konstant eller tidsvarierande spänning i förhållande till plasmapotentialen. Elektriska strömmar kan mätas på detta sätt för att bestämma plasmaparamet- rar och erhålla dess strömspänningskarakteristik. Denna avhandling fokuserar på prototypkretskortet för ett Langmuir-probesystem som utformades för två sfäriska prober med dimensionen 2 cm i radie. Langmuir-sondens sista instrument kommer att transporteras av satelliten ROMEO (Research and Observation in Medium Earth Orbit), som för närvarande utvecklas av Institutet för rymdsystem vid universitetet i Stuttgart. Målet för uppdraget är den plasmadominerade regionen Medium Earth Orbit (MEO) med tuff strålningsmiljö, på grund av de högenergiska partiklar som fångas i Van Allen-bältena. Det primära målet är att verka i de lägre MEO-regimerna, eftersom utnyttjandet av MEO skulle göra det möjligt att minska det växande antalet rymdfarkoster i de mer strålningsskyddade låga jordbanorna. Satelliten kommer att nå en elliptisk omloppsbana på 330 x 2,500 km. Mätinstrumentet är en elektronik med blandade signaler som innehåller en analog och en digital kretsdel. De mätområden som användes för att utforma systemet beräknades utifrån kraven på omloppsbanan och förväntade plasmaparametrar. Examensarbetet beskriver designval, implementering och testning av prototypen, med förslag på vidareutveckling för den slutliga flygversionen.