[实用新型]微波功率源、微波等离子体装置

说明书

本实用新型公开了一种微波功率源、微波等离子体装置，微波功率源包括微波信号发生器，用于产生微波信号；信号调节单元，用于对微波信号的幅度、相位进行调节，并用于加载不同频率与占空比的脉冲信号；半导体放大单元；信号传输与负载检测单元，用于将半导体放大单元放大的微波信号发送至负载，并对发送的微波信号以及由负载产生的微波反射信号进行检测，得到检测采样信号；控制单元，用于接收并分析检测采样信号，以根据分析结果来控制微波信号发生器的信号发射频率和/或控制信号调节单元调节方式。本实用新型实现自动点火频率搜索、自动点火流程以及自调谐流程，解决了目前传统微波等离子设备较难自动点火，难以稳定工作的问题。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年3月18日提交中国专利局、申请号为2020101914439的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本实用新型涉及等离子体物理技术领域，尤其涉及一种微波功率源、微波等离子体装置。

背景技术

微波等离子是指通过电磁波传输能量激发气体产生电离形成等离子体，相较于其他方式激励等离子体，微波等离子体具备以下优势：1、较高的电离与分解程度，2、电子温度较高，从而达到较低的等离子温度，3、没有电极，不会产生因为电极损耗产生的污染，4、工作气压范围宽、可应用在多种气体；因此微波等离子技术广泛应用在材料合成、材料分析、表面处理、医疗美容、半导体材料制备等多个工业领域，取得了良好的应用效果。

但是，传统的微波等离子炬至少存在以下几个缺点：

1)难以实现自动点火：根据微波等离子炬的原理，微波功率源的输出频率必须处于炬管的最佳激励响应频带中，传统微波等离子体炬采用磁控管作为微波功率源，磁控管的频率不稳定而且无法控制，难以激励炬管自动点火；

2)无法做到自动点火与自动维持状态的统一：等离子炬炬管在产生等离子体前与成功激励等离子体后，其负载匹配状态差异较大，一旦自动点火成功后，微波功率源需要能够快速跟踪并且适应负载的变化，传统等离子炬的微波功率源无法自动寻优匹配，造成点火后，微波能量耦合效率低，需要手工调节传输匹配；

3)时变调节性较差：在整个微波等离子体炬工作过程中，随着温度、气流、气体的变化，需要实时调节微波功率源至炬炬管的传输匹配达到较好的能量耦合效果，传统的微波等离子炬，较难实现这一点，当工作状态发生变化是会出现中断现象。

上述缺陷也是传统微波等离子炬在实际应用中较难实现规模化产业化的根本原因。

实用新型内容

为了解决现有技术中的问题，本实用新型提供了一种微波功率源、微波等离子体装置，能够实现自动点火、自动跟踪炬炬管负载状态并实时优化负载匹配，可适用于各类应用的全新的半导体微波功率源以及相应的等离子炬。所述技术方案如下：

一方面，本实用新型提供了一种微波功率源，包括：

微波信号发生器，用于根据指令产生相应发射频率的微波信号；

信号调节单元，用于对所述微波信号发生器产生的微波信号的幅度、相位进行调节，并用于加载不同频率与占空比的脉冲信号；

半导体放大单元，用于对所述信号调节单元调节的微波信号进行放大；

信号传输与负载检测单元，用于将所述半导体放大单元放大的微波信号发送至负载，并对发送至所述负载的微波信号以及由负载失配产生的微波反射信号进行检测，得到检测采样信号；

控制单元，用于控制所述微波信号发生器的信号发射频率。