目前,随着卫星平台任务的不断升级,高比冲、大功率的电推进技术成为未来卫星推力系统的主流发展方向,霍尔推力器作为其中的佼佼者在不断更新换代的同时发现了羽流区多价离子显著增多的特点。众所周知,羽流是推力产生的原因,工质的电离情况不仅从根本上决定了推力器的性能,还会对卫星表面环境产生严重的影响。目前对于电推力器多价离子占比的诊断技术主要为E×B探针,因此本文针对E×B探针结构设计、诊断技术及各领域应用进行了一系列研究,如下:首先,本文以E×B探针诊断理论为基础,对探针整体结构进行了三维设计,结合探针分辨率原理,提出了用展宽裕度VW量化表征探针关键结构尺寸对诊断结果影响的描述方法,并通过实验对比对应不同展宽裕度的结构尺寸对诊断图像离子峰独立性的影响,确定了VW应至少大于0.78的探针设计原则。其次,通过对E×B探针离子漂移段正交电磁场的设计,进一步完善了其整体结构。运用仿真的手段探究动态电场在离子漂移通道中心线上的分布情况,完成了匀强电场的建立。通过对比有无磁屏蔽结构及磁屏蔽结构形状对磁场沿离子漂移通道分布均匀性的影响,最终确定锥形磁屏蔽结构的效果最佳,并完成了恒定磁场与动态电场的耦合工作。此外,从隔热与减压的角度完成了环境适应性设计。再次,本文对E×B探针诊断技术进行了深入研究。根据所设计的探针收集电路使用Lab VIEW编写相关程序,探究背景噪声的产生因素后通过实验的手段提出了有效的噪声抑制方法,具体包括采用屏蔽线减小空间电磁干扰、使用静电计检测收集电流、静电计负极与壳体分别接地等方法。然后根据探针诊断电路对比了三角积分法与参数拟合法的数据处理结果并分析两者的特点,通过对CEX碰撞模型建模及优化,修正离子从电推力器出口到探针收集端的衰减损失,得到修正参数,提高了诊断准确性。最终分析探针诊断各环节系统性总结了误差产生的因素,经计算保守估计一价离子误差约为10%、二价离子约为17%、三价离子约为24%。最后,运用本文所设计E×B探针探究射频离子推力器混合工质各组分电离特性,通过对比Xe、Ar不同比例混合工质在不同屏栅电压工况下的电离规律,发现离子推力器加速电压对工质电离几乎没有影响;实验对比不同工质总流量以及不同馈入功率的电离规律,结果表明,高混合比、大流量工况更有助于Xe电离;低混合比、高馈入功率更有助于Ar电离。此外,运用E×B探针对600W霍尔推力器在不同工况下的多价离子电离规律进行了诊断研究,通过对比不同放电电压发现:随电压增加,一价离子占比显著降低,二价离子占比显著增加,三价离子占比虽有增长但却出现上限;通过对比不同工质流量发现,一价离子占比随流量增加有小幅减少,二价离子占比则有小幅增加,三价离子占比随流量增加几乎不变。