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

本发明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。本发明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。定维持等离子体。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
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利技术要求申请日为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。


[0003]本专利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

[0004]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。
[0005]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

[0006]为了克服现有技术存在的不足，本专利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：
[0007]一方面，本专利技术提供了第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；
[0008]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；
[0009]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。
[0010]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：
[0011]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：
[0012]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；在所述等离子发生器完成由激发点火阶段向维持阶段的过渡期间，控制所述第一微波信号发生器的工作频率和/或幅值维持在激发频率和/或幅值或者维持在以激发频率和/或幅值为基准的阈值范围内。
[0013]或者，预先控制所述微波功率源输出预设的功率；调节所述第一微波信号发生器的工作频率和/或幅值，直至实现等离子发生器的激发点火；在所述等离子发生器完成由激发点火阶段向维持阶段的过渡期间，控制所述第一微波信号发生器的工作频率和/或幅值维持在当前频率和/或幅值或者维持在以当前频率和/或幅值为基准的阈值范围内。
[0014]第二、所述系统控制单元控制第二微波信号发生器的工作参数，包括：实现等离子发生器的激发点火后，控制开启所述第二微波信号发生器；调节所述第二微波信号发生器的工作频率和/或幅值，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，以确定第二微波信号发生器的维持频率和/或幅值。
[0015]进一步地，在所述等离子发生器的维持阶段，所述第一微波信号发生器停止工作。
[0016]进一步地，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，通过双频点激励微波等离子体，可以实现自动激发等离子体以及稳定地维持等离子体，尤其是等离子负载变化大时，可以有效避免在自动激发成功后，调节频点带来的难维持、易中断的问题。
[0017]进一步地，所述系统控制单元还用于获取微波功率源各单元的温度监测结果以建立温度告警机制、获取正向传输信号的采样功率以建立正向功率告警机制、获取反向传输信号的采样功率以建立反向功率告警机制、计算回波损耗以建立负载驻波比告警中的一种或多种。
[0018]另一方面，本专利技术提供了第二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；
[0019]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；
[0020]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；
[0021]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，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。
[0022]进一步地，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。
[0023]进一步地，在所述等离子发生器的维持阶段，所述第一微波信号发生器停止工作。
[0024]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。
[0025]可选地，所述射频功放单元包括宽带多级半导体放大器。
[0026]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。
[0027]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：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：
[0028]第一种方案如下：根据所述反向传输取样器耦合取样的信号，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，在所述第一微波信号发生器的工作频率维持在激发频率和/或幅值或者维持在以激发频率和/或幅值为基准的阈值范围内的情况下，控制所述微波功率源输出预设的功率；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，控制所述第一微波信号发生器的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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；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。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：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，包括：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；在所述等离子发生器完成由激发点火阶段向维持阶段的过渡期间，控制所述第一微波信号发生器的工作频率和/或幅值维持在激发频率和/或幅值或者维持在以激发频率和/或幅值为基准的阈值范围内。3.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：所述系统控制单元控制第二微波信号发生器的工作参数，包括：实现等离子发生器的激发点火后，控制开启所述第二微波信号发生器；调节所述第二微波信号发生器的工作频率和/或幅值，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，以确定第二微波信号发生器的维持频率和/或幅值。4.一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，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。5.根据权利要求4所述的双频驱动等离子发生器的微波功率源，其特征在于，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。6.根据权利要求1或4所述的双频驱动等离子发生器的微波功率源，其特征在于，在所述等离子发生器的维持阶段，所述第一微波信号发生器停止工作。7.根据权利要求1或4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。8.根据权利要求4所述的双频驱动等离子发生器的微波功率源，其特征在于，所述射频功放单元包括宽带多级半导体放大器。9.根据权利要求4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。10.根据权利要求4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：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，包括：根据所述反向传输取样器耦合取样的信号，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，在所述第一微波信号发生器的工作频率维持在激发频率和/或幅值或者维持在以激发频率和/或幅值为基准的阈值范围内的情况下，控制所述微波功率源输出预设的功率；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，控制所述第一微波信号发生器的工作频率和/或幅值维持在激发频率和...

【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：发明
国别省市：