Конечным результатом развития одноэлектродного ВЧ разряда является либо полный пробой разрядного промежутка, либо образование одной из стационарных форм одноэлектродного ВЧ разряда. Эти формы в воздухе при атмосферном давлении зависят, прежде всего, от частоты напряжения и мощности, передаваемой в разряд. При мощности около 100 Вт внешняя форма разряда с увеличением частоты изменяется от множества тонких мерцающих каналов лиловато-розового цвета, исходящих с острия и хорошо видимых невооруженным глазом при нормальном освещении, до напоминающей спокойно горящее пламя свечи, в структуре которого можно выделить приэлектродную область, темное пространство, центральный канал пламени и окружающую его менее яркую диффузную оболочку. Переход от одной формы к другой наблюдается в диапазоне частот 6—9 МГц [62]. Исторически сложилось так, что в основу классификации разрядов в первую очередь легла их внешняя форма. Так разряд первого типа принято называть ВЧ короной, второго — факельным. Соответствующие частоты называются либо коронными, либо факельными частотами.
По Кузовникову [62] коронный разряд уступает место факельному, когда стримерные каналы не успевают образоваться во время одного полупериода высокочастотного поля. ВЧ корона от факельного разряда отличается по Трунечеку [63] отсутствием характерных для факельного разряда приэлектродных светлых и темных областей: приэлектродной светящейся зоны и следующего за ней темного пространства. По своей структуре ВЧ корона может быть многоканальной или выступать в виде синевато-диффузного свечения над поверхностью острия. Основное различие между двумя типами разряда, кроме внешней формы, заключается в степени изотермичности плазмы. Плазма в канале факельного разряда не изотермична, но ближе к состоянию термодинамического равновесия, чем в случае ВЧ короны. Одноэлектродный ВЧ разряд является факельным разрядом, если отношение (Те-Тг)/Те стремится к нулю, и ВЧ короной, если оно приближается к единице (Те — электронная температура, Тг — температура газа в канале разряда). Трунечек [63] различает еще одну разновидность одноэлектродного ВЧ разряда — так называемую факельную дугу. Переход ВЧ факельного разряда в факельную дугу происходит с увеличением мощности, когда начинается плавление электрода. В спектре разряда появляются при этом характерные для материала электрода линии. В случае факельного разряда эмиссия электронов с активного электрода в отрицательные полупериоды напряжения происходит под влиянием сильного электрического поля в приэлектродном слое. При факельной дуге эмиссия является термоэлектронной. Свободный факельный разряд или факельная дуга занимают вертикальное положение и стабилизируются в таком положении конвекционными потоками газа. Принудительный продув изменяет положение разряда, позволяя тем самым формировать направленные плазменные струи.
Разряд в виде ВЧ короны может существовать и при частотах 10 МГц и выше, если передаваемая в разряд мощность меньше 30 Вт [63], или если применять модулированное ВЧ напряжение [64], или если искусственно понижать температуру факела, например, продуванием [65].
Лаан [66] предполагает, что вид стационарного ВЧ разряда определяется главным образом отношением τ/Т, где τ — постоянная времени прилипания электронов к атомам и молекулам кислорода, а T — период ВЧ напряжения. Если τ/Т<<1, то к началу очередного полупериода в разрядном канале электронов не остается, ухудшаются условия нагревания и видом разряда является ВЧ корона. С увеличением τ, например, при понижении давления или уменьшением Т в канале остаются электроны, в результате чего становится возможным нагрев газа и видом разряда является факел.
В работе [61] рассчитано изменение концентрации электронов в канале только что возникшего и еще холостого ВЧ разряда в течение периода ВЧ поля в зависимости от частоты и давления. Основными процессами возникновения и потерь электронов считались соответственно ударная ионизация и прилипание. Из этих расчетов вытекает, что концентрация электронов модулирована удвоенной частотой приложенного ВЧ напряжения, а глубина модуляции с увеличением частоты убывает экспоненциально, составляя, например, при частоте 20 МГц и атмосферном давлении примерно 20%. Резкое увеличение модуляции с понижением частоты происходит в диапазоне 5— 10 МГц, т.е. как раз в интервале частот, в котором наблюдается переход ВЧ короны в факельный разряд. Глубина модуляции является функцией отношения давления к частоте.
Зависимость геометрических характеристик факельного разряда от частоты и мощности в диапазоне 10—100 МГц и 20—30 Вт изучена наиболее полно в работе Григоровича и Кристеску [67]. Результаты их измерений представлены в табл. 3-1, где Р — мощность, подводимая к разряду, rк — радиус канала, rф — радиус оболочки и l — длина канала.
Таблица 3-1
Характеристики факельного разряда
Температура газа в канале факельного разряда по данным разных авторов лежит в интервале 2720—5700 К и не зависит от передаваемой в разряд мощности. В интервале частот 10—100 МГц температура газа пропорциональна корню квадратному из частоты.
Напряженность поля в канале факельного разряда имеет значение 250-700 В/см [63, 68, 69].
Эквивалентное сопротивление Rp и емкость Сp стационарного одноэлектродного ВЧ разряда в интервале частот 1,5—8 МГц равны, соответственно, 100 кОм и 0,2 пФ [62]. При частоте 27 МГц с увеличением мощности факельного разряда от 30 до 350 Вт Rpизменилось от 100 до 15 кОм и Ср от 0,05 до 0,5 пФ [47]. При частоте 40 МГц и изменении длины факела от 5 до 22 см Rpизменилось от 1,75 до 5,76 кОм и Ср от 1,36 до 3,12 [71]. При частоте 20 МГц зависимости Rp и Ср от длины факела приведены на рис. 3-23.
Падение напряжения в приэлектродной слое U3 оценивалось разными способами. Эффективные значения Uэ у разных авторов лежат в интервале от 150 до 750 В.
Плотность тока в приэлектродной слое факельного разряда j=4— 10 А/см2 [63, 73, 74], и не зависит от формы электрода и значения тока.
Косинус разности фаз между напряжением и током в приэлектродной слое равен единице [73]. Мощность на электроде по [73] равна 2√2ImUэ, что составляет 20—40% от мощности, поглощаемой разрядом.
Наиболее признанной теоретической моделью факельного разряда в настоящее время является электродинамическая модель, предложенная Качановым и Треховым [68, 69]. В этой модели канал разряда рассматривается как тонкий уединенный проводящий стержень, направляющий электромагнитную волну и поглощающий мощность из этой волны в результате омических потерь. Рассматривается решение электродинамической задачи о распространении электромагнитных волн вдоль осесимметричного плазменного канала. При этом пренебрегается проводимостью оболочки по сравнению с проводимостью канала. Предполагается, что все параметры плазмы постоянны вдоль канала и по его сечению. При. тепловом балансе учитывается как теплопроводность, так и конвекционные потоки. Устойчивое состояние разряда с определенной газовой температурой в канале поддерживается благодаря взаимодействию поперечной магнитной волны (так называемые волны Зоммерфельда) с плазмой канала и тепловому взаимодействию канала с окружающей его оболочкой. При этом температура газа в канале разряда в воздухе, как и в азоте, устанавливается на уровне, близком к значению, соответствующему первому максимуму зависимости теплопроводности от температуры. Хотя плазма и не является изотермической, Качанов утверждает, как это раньше делал и Трунечек [63], что концентрация электронов определяется термическим характером ионизации, т.е. значение ее соответствует ионизационному равновесию при температуре, равной температуре газа в канале.
Электродинамическая модель позволяет вычислить напряженность поля в канале разряда, активную и реактивную составляющие сопротивления разряда, проводимость плазмы и концентрацию электронов. Зависимости температуры Тг, напряженности поля Е и погонной мощности, выделяемой в разряде 
, от частоты f оказались следующими:
. Выводы из теории проверялись экспериментально [67] в диапазоне частот 10—100 МГц. Согласие между теорией и экспериментом хорошее как в случае свободно горящего разряда, так и в случае принудительного осевого продува. Из электродинамической модели вытекает также возможность описания факельного разряда при помощи эквивалентной схемы (рис. 3-20) и телеграфного, уравнения. Эта схема была использована для описания нестационарного, распространяющегося канала ВЧ разряда.
