[發明專利]微波功率源、微波等離子體系統、點火方法及自調諧方法

在審

• 申請號: 202011593731.3
• 申請日: 2020-12-29
• 公開（公告）號: CN112654128A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 林默原;章瑩;姚利峰
• 申請（專利權）人: 蘇州邁微能等離子科技有限公司
• 主分類號: H05H1/30
• 分類號: H05H1/30;H05H1/16;H05H1/00
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 吳芳

本發明公開了一種微波功率源、微波等離子體系統、點火方法及自調諧方法，微波功率源包括微波信號發生器，用于產生微波信號；信號調節單元，用于對微波信號的幅度、相位進行調節，并用于加載不同頻率與占空比的脈沖信號；半導體放大單元；信號傳輸與負載檢測單元，用于將半導體放大單元放大的微波信號發送至負載，并對發送的微波信號以及由負載產生的微波反射信號進行檢測，得到檢測采樣信號；控制單元，用于接收并分析檢測采樣信號，以根據分析結果來控制微波信號發生器的信號發射頻率和/或控制信號調節單元調節方式。本發明實現自動點火頻率搜索、自動點火流程以及自調諧流程，解決了目前傳統微波等離子設備較難自動點火，難以穩定工作的問題。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2020年3月18日提交中國專利局、申請號為2020101914439的中國專利申請的優先權，其全部內容通過引用結合在本申請中。

技術領域

本發明涉及等離子體物理技術領域，尤其涉及一種微波功率源、微波等離子體系統、點火方法及自調諧方法。

背景技術

微波等離子是指通過電磁波傳輸能量激發氣體產生電離形成等離子體，相較于其他方式激勵等離子體，微波等離子體具備以下優勢：1、較高的電離與分解程度，2、電子溫度較高，從而達到較低的等離子溫度，3、沒有電極，不會產生因為電極損耗產生的污染，4、工作氣壓范圍寬、可應用在多種氣體；因此微波等離子技術廣泛應用在材料合成、材料分析、表面處理、醫療美容、半導體材料制備等多個工業領域，取得了良好的應用效果。

但是，傳統的微波等離子炬至少存在以下幾個缺點：

1)難以實現自動點火：根據微波等離子炬的原理，微波功率源的輸出頻率必須處于炬管的最佳激勵響應頻帶中，傳統微波等離子體炬采用磁控管作為微波功率源，磁控管的頻率不穩定而且無法控制，難以激勵炬管自動點火；

2)無法做到自動點火與自動維持狀態的統一：等離子炬炬管在產生等離子體前與成功激勵等離子體后，其負載匹配狀態差異較大，一旦自動點火成功后，微波功率源需要能夠快速跟蹤并且適應負載的變化，傳統等離子炬的微波功率源無法自動尋優匹配，造成點火后，微波能量耦合效率低，需要手工調節傳輸匹配；

3)時變調節性較差：在整個微波等離子體炬工作過程中，隨著溫度、氣流、氣體的變化，需要實時調節微波功率源至炬管的傳輸匹配達到較好的能量耦合效果，傳統的微波等離子炬，較難實現這一點，當工作狀態發生變化是會出現中斷現象。

上述缺陷也是傳統微波等離子炬在實際應用中較難實現規模化產業化的根本原因。

發明內容

為了解決現有技術中的問題，本發明提供了一種微波功率源、微波等離子體系統、點火方法及自調諧方法，能夠實現自動點火、自動跟蹤炬管負載狀態并實時優化負載匹配，可適用于各類應用的全新的半導體微波功率源以及相應的等離子炬。所述技術方案如下：

一方面，本發明提供了一種微波功率源，包括：

微波信號發生器，用于根據指令產生相應發射頻率的微波信號；

信號調節單元，用于對所述微波信號發生器產生的微波信號的幅度、相位進行調節，并用于加載不同頻率與占空比的脈沖信號；

半導體放大單元，用于對所述信號調節單元調節的微波信號進行放大；

信號傳輸與負載檢測單元，用于將所述半導體放大單元放大的微波信號發送至負載，并對發送至所述負載的微波信號以及由負載失配產生的微波反射信號進行檢測，得到檢測采樣信號；