[发明专利]波导馈入式微波耦合等离子体发生装置

说明书

本发明的波导馈入式微波耦合等离子体发生装置，属于微波能应用技术领域。由波导部分和同轴谐振腔部分组成；所述的波导部分包括标准波导(2)、波导‑同轴转换锥(11)、短路活塞(12)和调节杆(13)；同轴谐振腔部分包括外导体(1)、内导体(3)、中管(4)、内管(5)、样品管(6)、样品入口(7)、内层气入口(8)、中层气入口(9)、外层气入口(10)、冷却环(14)和阻抗匹配锥(15)。本发明的装置，无射频同轴连接器与微波天线的功率输入限制，具有馈入功率大，稳定工作时间长、微波能耦合效率高等优点。

技术领域

本发明属于微波能应用技术领域，特别涉及一种波导馈入式微波耦合等离子体发生装置，具体为一种适用于千瓦级以上功率输入的微波耦合等离子体(Microwave CoupledPlasma，简称MCP)发生器。

背景技术

微波等离子体炬(MPT)光谱仪激发光源所用微波谐振腔，是基于射频同轴连接器的内芯连接微波天线，经微波天线馈入微波能的一种谐振腔，相关专利如CN94205428.8。该谐振腔采用L16-KF型射频同轴连接器，长时间稳定可靠工作的平均功率仅仅为200瓦以下。再如专利CN106304602 A，采用L29-KF型射频同轴连接器连接微波天线，长时间稳定可靠工作的最高平均功率也不过在1000瓦左右。采用L16-KF或L29-KF型射频同轴连接器连接微波天线时，馈入谐振腔的微波功率受到限制，并且还存在以下两个问题：

1)馈入功率过大时，由于天线发热，引起支撑同轴连接器内芯的聚四氟乙烯支撑件变形，导致天线位置偏离正常尺寸，进而引起微波天线局部进一步过热，最终烧毁微波天线；

2)馈入功率过大时，有时在天线附近会先于谐振腔端面发生局部放电，这种局部放电更容易烧毁微波天线，造成谐振腔无法正常工作。

另外，天线馈入微波能时，需要在谐振腔的外导体侧面开孔安装射频同轴连接器与微波天线。外导体侧面局部开孔会破坏整个谐振腔微波电磁场的均匀分布，尤其是在电场强度最大的位置开孔时，会导致同轴谐振腔的微波能耦合效率下降。

专利号为CN103269561A的文献中，提出了一种波导直馈式微波等离子体炬装置，该装置的波导部分采用渐变型波导和窄边压缩型波导，将微波能从标准波导传输到同轴谐振腔。渐变型波导和窄边压缩型波导均属于非标部件，需要特殊加工制造。

发明内容

本发明的目的在于，克服背景技术存在的不足，提供一种波导馈入式MCP发生装置，利用标准波导和波导-同轴转换锥，将微波能直接馈入同轴谐振腔。

本发明的具体技术方案如下：

一种波导馈入式微波耦合等离子体发生装置，由波导部分和同轴谐振腔部分组成；其特征在于，所述的波导部分包括标准波导2、波导-同轴转换锥11、短路活塞12和调节杆13；同轴谐振腔部分包括外导体1、内导体3、中管4、内管5、样品管6、样品入口7、内层气入口8、中层气入口9、外层气入口10、冷却环14和阻抗匹配锥15；

标准波导2的第一端口连接微波发生系统，在标准波导2第一端口与第二端口之间的长度方向垂直安装同轴谐振腔的外导体1和波导-同轴转换锥体11，并且锥体中心轴线与外导体1中心轴线重合，波导-同轴转换锥11为中空的圆台体，或中空的梯形体；标准波导2的第二端口由短路活塞12封闭，短路活塞12与调节杆13相连；

外导体1、内导体3、中管4、内管5、样品管6按由外到内的顺序依次嵌套且同轴，样品管6、内管5、中管4和内导体3在所构成的谐振腔出口端面处齐平，样品管6、内管5、中管4、内导体3与外导体1构成嵌套同轴结构的微波谐振腔，该谐振腔的特性阻抗范围为50～80欧姆；