[发明专利]用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器

权利要求书

1.用于微波等离子体增强化学气相沉积的波导同轴转换器，其特征在于：所述波导同轴转换器由馈入波导、聚四氟乙烯挡板、矩形波导腔、渐变角锥铜块、水冷铝块、通风圆波导、屏蔽网、短路滑块、驻波腔、同轴内导体以及同轴外导体组成；其中，馈入波导连接于矩形波导腔的下方，中间由聚四氟乙烯挡板隔开；在矩形波导腔宽边的中心位置放置渐变角锥铜块，渐变角锥铜块与同轴内导体连接，矩形波导腔右侧连接同轴外导体；在矩形波导腔的上侧连接驻波腔，驻波腔上壁由短路滑块组成，短路滑块与通风圆波导连接，通风圆波导与自由空间之间由屏蔽网隔开；渐变角锥铜块底部通过矩形波导腔的左侧壁与水冷铝块紧贴；

馈入波导由工作频率覆盖2.45GHz的BJ-26标准金属波导构成，馈入波导的宽边a＝86.4mm，窄边b＝43.2mm，馈入波导的长度由微波源决定，至少20mm，以方便装配；馈入波导用于馈入2.45GHz的千瓦级大功率微波；

聚四氟乙烯挡板由长a₁＝90.4mm，宽b₁＝47.2mm，厚t₁＝2mm的聚四氟乙烯板制成，用于隔离馈入波导和矩形波导腔，防止由屏蔽网处的异物由馈入波导进入2.45GHz千瓦级大功率微波源；

矩形波导腔由高H＝100mm的BJ-26标准金属波导构成，宽边a＝86.4mm，窄边为b＝43.2mm；在矩形波导腔左侧宽边中心位置高0.5H处，开直径R₁＝8.1mm的通孔，方便同轴内导体的插入；矩形波导腔右侧宽边中心位置高0.5H处，开直径R₂＝26mm的通孔，以配合同轴外导体接入；矩形波导腔下方，预留a₁＝90.4mm，宽b₁＝47.2mm，厚t＝2mm的金属台阶，以放入聚四氟乙烯挡板；矩形波导腔用于放置渐变角锥铜块，使矩形波导的TE₁₀模式电场由原来垂直于矩形波导宽边两波导壁，逐渐演变为一侧垂直于矩形波导宽边，一侧垂直于渐变角锥铜块的锥面；

渐变角锥铜块为一块底面直径R₀＝99mm、顶面直径D₀＝8mm、高度为H₁＝38.5mm的黄铜制成的角锥，为使渐变角锥铜块放入矩形波导腔，在渐变角锥铜块两侧与渐变角锥铜块底面直径垂直的方向各切削掉ΔR₁＝0.5*(R₀-a)，使其侧面变为与矩形波导腔内壁紧密贴合的平面，且两平面的距离L₁＝a＝86.4mm；ΔR₁切削完毕后，将渐变角锥铜块绕其轴线旋转90°，在渐变角锥铜块未切削的一侧与底面直径垂直的方向切削掉ΔR₂＝0.5*H-0.5*R₀+2；最后，将渐变角锥铜块沿轴线方向开一个与顶面直径D₀相同的通孔，D₀略小于R₁，保证同轴内导体方便插入矩形波导腔，并与渐变角锥铜块有良好的电接触；所述渐变角锥铜块起阻抗渐变作用，由于渐变角锥铜块的锥面逐渐向同轴内导体汇聚，因此在矩形波导腔内将矩形波导TE₁₀模式转换为同轴TEM模式；

水冷铝块为一块长a₂＝90mm，宽b₂＝70mm，厚度t₂＝10.6mm的铝块；水冷铝块内部预留横截面直径R₃＝8mm的圆环形水槽，其中圆环中心位于水冷铝块长宽所在面的中心位置，中心直径R₄＝24mm；为方便圆环形水槽加工，水冷铝块由长a₂，宽b₂，厚度为0.5t₂的两块铝块在其各自的表面分别挖出一个中心直径R₄、横截面直径R₃的半圆形凹槽后再焊接而成，其中一块铝块的长宽面钻两个直径R₅＝8mm的通孔，通孔的间距L₂＝30mm，通孔圆心距宽边距离L₃＝20mm，两个通孔圆心关于水冷块宽边中心轴对称，两个通孔各自通过截面直径R₅＝8mm的圆柱与圆环形水槽相连，其中一个通孔作为进水口，另一个作为出水口；水冷铝块长宽面中心位置开直径R₁＝8.1mm的通孔，方便同轴内导体的插入；所述水冷铝块用于冷却矩形波导腔，防止矩形波导腔温度过高而造成表面导电性能下降；

驻波腔由高H₂＝127mm的BJ-26标准金属波导构成，a＝86.4mm，窄边b＝43.2mm，在驻波腔侧壁预留有用于固定短路滑块的销钉；驻波腔连接于矩形波导腔的上方，用于调节、抵消沿同轴内导体反射回来的微波，从而使微波全部进入等离子体作用区；

短路滑块为一块a₃＝42mm，宽b₃＝85.2mm，高H₃＝80mm的方形铝块，在短路滑块长宽面的中心位置钻半径r₁＝14mm的通孔，然后在通孔顶部预留高度为H₄＝26mm的M32×2内螺纹，以便通风圆波导旋入；短路滑块的通孔对2.45GHz微波截止，因此其下端面可视为短路面以反射微波；短路滑块可在驻波腔内上下自由滑动，通过通风圆波导的拉动可调节短路滑块底面与矩形波导腔顶面的距离，使驻波腔的高度在0～61.3mm的范围内变化，以方便找到最佳反射匹配点，使微波能量进入等离子体区被吸收；

通风圆波导为内半径r₁＝14mm，外半径r₂＝16mm，长L₄＝140mm圆柱波导，在通风圆波导底部，预留高度为H₅＝26mm的M32×2外螺纹，通风圆波导材料为标号是304的不锈钢；通风圆波导用于交换波导同轴转换器内外的冷热空气，对渐变角锥铜块、驻波腔，同轴内导体等区域降温；

屏蔽网为一块厚度t₃＝1mm，直径R₆＝32mm的圆形铝板，铝板上钻直径R₇＝2mm，相邻孔间距L₅＝5mm方形阵列型圆孔，即圆孔列、行间距均为L₅＝5mm；屏蔽网用于防止微波经通风圆波导泄露到自由空间，对人员和设备造成伤害；

同轴内导体为直径R₅＝8mm的黄铜杆，同轴外导体为直径R₂＝26mm铝制圆波导；同轴内导体用于与同轴外导体共同组成同轴波导，传输经矩形波导腔、渐变角锥铜块转换而来的2.45GHz微波，输入等离子体作用区。