双频驱动等离子发生器的微波功率源及等离子发生系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种双频驱动等离子发生器的微波功率源及等离子发生系统，微波功率源包括微波信号发生单元和系统控制单元，其中，微波信号发生单元包括第一微波信号发生器和第二微波信号发生器；在等离子发生器的激发点火阶段，第一微波信号发生器工作；在等离子发生器由激发点火阶段向维持阶段过渡期间，两个微波信号发生器同时工作；在等离子发生器的维持阶段，至少第二微波信号发生器工作；且系统控制单元控制两微波信号发生器使微波功率源产生的微波信号频率与等离子负载的频率响应匹配。本实用新型专利技术使用两个微波信号发生器，一个用于激发等离子并维持至负载稳定，另一个在等离子体激发后，匹配等离子负载所需的频率变化并稳定维持等离子体。

【技术实现步骤摘要】
双频驱动等离子发生器的微波功率源及等离子发生系统相关申请的交叉引用本技术要求申请日为2020年3月18日、申请号为CN2020101914424的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用合并于此。
本技术涉及等离子体物理领域，特别涉及一种双频驱动等离子发生器的微波功率源及等离子发生系统。
技术介绍
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。微波等离子技术也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。微波等离子设备的工作状态包括点火激发及激发后的维持状态，在激发等离子时的频点和维持等离子时的频点相差较大，在激发等离子完成后，频率需要调节至另一个频点匹配等离子负载的变化，这过程中容易产生等离子体不稳定甚至中断的现象。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足，本技术提供了一种双频驱动等离子发生器的微波功率源及等离子发生系统，使用两个微波信号发生器，产生两个中心频点不同的信号，其中一个用于等离子的激发并维持至负载稳定，另一个则在等离子体激发之后，匹配等离子负载所需的频率变化并稳定维持等离子体，所述技术方案如下：一方面，本技术提供了一种双频驱动等离子发生器的微波功率源，包括微波信号发生单元、射频功放单元、信号传输与检测单元和系统控制单元，其中，所述微波信号发生单元包括第一微波信号发生器和第二微波信号发生器，所述信号传输与检测单元包括反向传输取样器及滤波检测单元；所述第一微波信号发生器和/或第二微波信号发生器产生的微波信号传输至所述射频功放单元，所述射频功放单元对接收到的微波信号进行放大，并将放大后的微波信号发送至信号传输与检测单元；所述信号传输与检测单元用于将所述微波功率源输出的微波功率信号传输至等离子发生器，所述反向传输取样器用于对所述微波功率源输出失配所产生的反向信号进行耦合取样，滤波检测单元用于对耦合取样的信号进行滤波检测，并将检测结果传输至所述系统控制单元；所述系统控制单元用于根据所述滤波检测单元的检测结果控制所述第一微波信号发生器和/或第二微波信号发生器的工作参数。优选地，所述第一微波信号发生器和第二微波信号发生器的中心频点不同。可选地，所述射频功放单元包括宽带多级半导体放大器。进一步地，所述微波信号发生单元还包括合路器，所述合路器用于向所述射频功放单元分别传输所述第一微波信号发生器和/或第二微波信号发生器的输出信号。进一步地，所述信号传输与检测单元还包括正向传输取样器，所述正向传输取样器用于对所述微波功率源输出的微波信号的正向传输信号进行耦合取样；所述滤波检测单元还用于对所述正向传输取样器耦合取样的信号进行滤波检测。另一方面，本技术提供了一种等离子发生系统，包括等离子发生器及如上所述的微波功率源，所述微波功率源的信号传输与检测单元向所述等离子发生器馈入微波信号。进一步地，所述等离子发生系统还包括用于向等离子发生器提供工作气体的气源。本技术提供的技术方案带来的有益效果如下：a.采用全半导体技术，可以对微波信号的频率、功率精确控制；b.双频激励，可以同时满足自动激励等离子体、自动优化微波耦合效率、自动维持等离子体；c.有效避免由于频率变化导致的失配或者等离子激发中断的风险，具有高可靠性，延长等离子发生系统的使用寿命。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本技术实施例提供的双频驱动等离子发生器的微波功率源模块框图；图2是本技术实施例提供的等离子发生系统的模块框图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本技术方案，更清楚地了解本技术的目的、技术方案及其优点，以下结合具体实施例并参照附图对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。需要说明的是，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。除此，本技术的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。在本技术的一个实施例中，提供了一种可实现等离子发生器自动点火及自动调谐，使其稳定可靠工作的双频驱动等离子发生器的微波功率源，包括微波信号发生单元和系统控制单元，其中，所述微波信号发生单元包括第一微波信号发生器和第二微波信号发生器；在本技术的一个优选实施例中，所述第一微波信号发生器和第二微波信号发生器的中心频点不同，具体地，所述第一微波信号发生器的中心频点靠近等离子发生器的激发频率，所述第二微波信号发生器的中心频点靠近等离子发生器的维持频率。所述第一微波信号发生器和第二微波信号发生器的工作状态配置如下：在所述等离子发生器的激发点火阶段，所述第一微波信号发生器工作；在所述等离子发生器由激发点火阶段向维持阶段过渡期间，所述第一微波信号发生器和第二微波信号发生器同时工作；在所述等离子发生器的维持阶段，至少所述第二微波信号发生器工作，即在该维持阶段，所述第一微波信号可以继续工作，也可以停止工作，由于等离子体在适配下稳定工作，处于以及较好的稳定维持状态，此时可以将第一微波信号发生器关闭或者调低，以提高整个微波功发生器的工作效率。且系统控制单元控制所述第一微波信号发生器和/或第二微波信号发生器的工作参数，使所述微波功率源产生的微波信号频率与等离子负载的频率响应匹配。其中，所述“使所述微波功率源产生的微波信号频率与等离子负载的频率响应匹配”包括以下几个方面：第一、所述系统控制单元控制第一微波信号发生器的工作参数，实现等离子发生器的激发点火，具体包括以下两种方案：方案一、对所述微波功率源的输出信号进行采样得到反向传输取样信号，或者采样得到反向传输取样信号和正向传输取样信号，以确定第一微波信号发生器能够激发等离子的激发频率和/或幅值(具体在下面实施例中详述)；在所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双频驱动等离子发生器的微波功率源，其特征在于，包括微波信号发生单元、射频功放单元、信号传输与检测单元和系统控制单元，其中，所述微波信号发生单元包括第一微波信号发生器和第二微波信号发生器，所述信号传输与检测单元包括反向传输取样器及滤波检测单元；/n所述第一微波信号发生器和/或第二微波信号发生器产生的微波信号传输至所述射频功放单元，所述射频功放单元对接收到的微波信号进行放大，并将放大后的微波信号发送至信号传输与检测单元；/n所述信号传输与检测单元用于将所述微波功率源输出的微波功率信号传输至等离子发生器，所述反向传输取样器用于对所述微波功率源输出失配所产生的反向信号进行耦合取样，滤波检测单元用于对耦合取样的信号进行滤波检测，并将检测结果传输至所述系统控制单元；/n所述系统控制单元用于根据所述滤波检测单元的检测结果控制所述第一微波信号发生器和/或第二微波信号发生器的工作参数。/n

【技术特征摘要】
20200318 CN 20201019144241.一种双频驱动等离子发生器的微波功率源，其特征在于，包括微波信号发生单元、射频功放单元、信号传输与检测单元和系统控制单元，其中，所述微波信号发生单元包括第一微波信号发生器和第二微波信号发生器，所述信号传输与检测单元包括反向传输取样器及滤波检测单元；
所述第一微波信号发生器和/或第二微波信号发生器产生的微波信号传输至所述射频功放单元，所述射频功放单元对接收到的微波信号进行放大，并将放大后的微波信号发送至信号传输与检测单元；
所述信号传输与检测单元用于将所述微波功率源输出的微波功率信号传输至等离子发生器，所述反向传输取样器用于对所述微波功率源输出失配所产生的反向信号进行耦合取样，滤波检测单元用于对耦合取样的信号进行滤波检测，并将检测结果传输至所述系统控制单元；
所述系统控制单元用于根据所述滤波检测单元的检测结果控制所述第一微波信号发生器和/或第二微波信号发生器的工作参数。


2.根据权利要求1所述的双频驱动等离子发生器的微波功率源，其特征在于，所述第一微波信号发生器和第二微波信号发生器的中心频点不同。...

【专利技术属性】
技术研发人员：林默原，章莹，姚利峰，
申请(专利权)人：苏州迈微能等离子科技有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32