[发明专利]一种大气压低功率脉冲微波冷等离子体射流发生器

说明书

技术领域：

本发明属于微波等离子技术领域，特别是涉及公开了一种大气压低功率脉冲微波冷等离子体射流发生器。

背景技术：

传统的微波等离子体射流设备，所使用的微波源产生微波功率达1kW，其磁控管的阳极电压达5kV，因此脉冲调制1kW的微波功率比较困难，且微波放电系统的体积大，设备笨重，价格较高。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种大气压低功率脉冲微波冷等离子体射流发生器，可以产生低温的、高电子浓度的和活性高的等离子体。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明采用以下技术方案：

一种大气压低功率脉冲微波冷等离子体射流发生器，它由脉冲调制微波源、微波信号源、可调功率放大器、双定向耦合器、放电器组成，微波信号和脉冲调制信号通过同轴电缆与可调功率放大器连接，可调功率放大器通过同轴射频线与双定向耦合器连接，双定向耦合器通过同轴射频线与放电器连接，其中：放电器包含石英玻璃管，其玻璃管上包裹着一层铜膜，并且把玻璃管的一端封着，铜膜封口上均匀分布着直径为0.3mm的8个小孔，其配气系统所供的氩气通过小孔流入玻璃管中，玻璃管中间有一个离管口3mm的直径为1mm的钢针，离封口处有一个开口，其接SMA头(SMA是Sub-Miniature-A的简称，常用的SMA同轴接口全称应为SMA反极性公头，就是同轴接头是内部有螺纹的里面触点是针(而母SMA接头是外部有螺纹里面触点是孔)。

进一步地，所述的脉冲调制微波源是固态微波源。

进一步地，所述的所述的微波信号源工作频率为2.4～2.5GHz的可调标准频率，脉冲调制输出信号的频率为200Hz～100kHz、占空比在1：100％范围内可调，mW级的微波信号通过可调功率放大器放大成W级的脉冲微波功率。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：此微波等离子体发生装置可以产生低温的、高电子浓度的和活性高的等离子体，并且本发明其易集成化、体积小、可便携；操作安全；易实现、价格较便宜。

附图说明：

图1是放电器图。

图2该发明的装置结构图。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

一种大气压低功率脉冲微波冷等离子体射流发生器，如图2所示由脉冲调制微波源、微波信号源、可调功率放大器、双定向耦合器、放电器组成，微波信号和脉冲调制信号通过同轴电缆与可调功率放大器连接，可调功率放大器通过同轴射频线与双定向耦合器连接，双定向耦合器通过同轴射频线与放电器连接。

放电器(图1所示)由石英玻璃管(1)(长52mm，直径6mm)，其玻璃管上包裹着一层铜膜(2)，并且把玻璃管的一端封着，铜膜封口上均匀分布着直径为0.3mm的8个小孔(5)，其配气系统所供的氩气通过小孔流入玻璃管中，玻璃管中间有一个离管口3mm的直径为1mm的钢针(3)，离封口处有一个开口，其接SMA头(4)，等离子体射流为(6)。

进一步地，所述的脉冲调制微波源是固态微波源。

进一步地，所述的所述的微波信号源工作频率为2.4～2.5GHz的可调标准频率，脉冲调制输出信号的频率为200Hz～100kHz、占空比在1：100％范围内可调，mW级的微波信号通过可调功率放大器放大成W级的脉冲微波功率。

所述的放电器的工作原理：2.4～2.5GHz的微波在放电器内发生共振效应，沿着钢针(3)表面出现局域增强电场，尤其是在钢针(3)的针尖处电场值最强；当增大微波功率至2W时，针尖处的微波电场值大于工作气体的起晕初始电场，而出现放电；采用脉冲调制的微波功率激励气体放电，可以显著减少等离子体的加热时间，进而减少等离子体的温度，因而实现了冷等离子体射流；调节脉冲调制信号的频率及占空比、功率放大器的输出功率值，可以显著改变等离子体射流的参数。

工作时，首先设定微波信号源的工作频率(2.4～2.5GHz内的一个数值)，同时设定脉冲调制信号的输出频率及占空比(频率为200Hz～100kHz、占空比在1：100％)，mW级的微波信号和5V的脉冲调制信号通过波阻抗为75欧姆的Q9同轴电缆(7，8)与可调功率放大器连接，可调功率放大器的输出为W级的可调脉冲微波功率，再由波阻抗为50欧姆的同轴射频线(9)传给双定向耦合器，接着通过波阻抗为50欧姆可弯曲同轴射频线(10)与放电器连接。调节可调功率放大器的功率输出，实现放电；放电后，可以调节脉冲调制信号的频率及占空比、脉冲微波的功率大小，来得到不同放电参数的冷等离子体射流。