[发明专利]功率分配器

说明书

技术领域

本发明涉及功率分配器并且特别涉及用于差动功率分配的功率分配器。在第一方案中，本发明提供宽带无源的N分功率分配器，其可以有利地用于给等离子体源中的多个电极提供功率。

背景技术

为了利用单个RF(射频)功率源来给等离子体源中的多个电极供应能量，需要将功率分配到多个通道内。在交流电极相互180度异相的等离子体源拓扑情况中(如PCT/EP2006/062261中所述，该申请内容通过引用合并于此)，每个电极可以与其相邻电极异相，这样，能够提供推挽对(push-pull pairs)会很有用。

此问题的传统解决方案是使用180度分配器，然后接一系列N:1分配器，其中在高功率应用中通常使用2:1和4:1分配器，而在低功率情况中可使用n值更高的分配器。输出通道之间的相位误差通常将是几度，振幅不平衡度为5％，以及功率损耗为3％；使用一系列2:1分配器来产生1:128分配器会失败于很大的功率损耗和功率误差，并且具体电极接收的功率仅是应当接收的功率(0.95^7)的70％。另外，系统仅在输入和输出阻抗(通常是50欧姆)完全匹配时才工作正常。因为加载在电极上的等离子体基本上是“非50欧姆”，对每个电极而言最后级分配器输出和电极之间都需要阻抗匹配网络。这增加了此方案的成本、复杂性和“电极到电极”的变化。加之，此方案仅适合是分配器类型的因数的特定电极数量(例如，7×10电极阵列需要180度分配器、5:1分配器和7:1分配器)，因此每个方案可能需要不同的分配器工程方案。另外，高功率分配器(特别是奇数分配，比如5分、7分)是频率特定的，所以在不同频率上工作就需要不同的工程方案。

出于简单、节约成本和一致性的原因，期望有如下解决方案：其中，阻抗匹配在分配器之前完成，功率分配器是“无源的”，分配器是宽带的(也就是30MHz至3000MHz的VHF(甚高频)和UFH(特高频)频率范围)，且分配器能够对大且任意的N执行1:N分配(对与3×10、4×8、6×6电极阵列对应的N＝30、32、36有利地使用相似的设计)。另外还需要能以高总功效实现的功率分配器，该分配器能控制可直接驱动等离子体电极且可被配置以差动(推挽)模式驱动电极对的输出阻抗。

发明内容

这些问题和其它问题根据本发明构思提供的功率分配器都能应对。该分配器通过提供绕传输线布置的多个次级绕组来配备。传输线可操作地提供方位磁场，方位磁场将功率感应地耦合到次级绕组内以提供对来自传输线的功率的分配。可理解，形成可被看作是次级变换器的次级绕组的数量N将决定功率分配器的分配比例N。当N次级变换器位于高磁场区域内且与功率源一起使用时，可以通过磁场将功率感应地耦合到N个次级绕组内，从而可以选择性地耦合功率至等离子体源的各个电极。

期望提供如下配置：其中多个电极相对于彼此排列成阵列，阵列中相邻电极彼此异相，次级绕组可被布置成推挽配置，使得每个绕组有第一和第二端，每端被可操作地耦合至电极中相应的一个电极。在这种方案中，需要的绕组的数量是N/2，电极数量是N。

功率分配器还可以包括阻抗匹配电路。阻抗匹配电路可以由短截线调谐器提供。短截线调谐器的输出连接到传输线的一部分，并且可被用来将传输线和相关功率源的阻抗匹配到具有由N个次级绕组形成的附加负载的传输线的阻抗。

在优选配置中，传输线被提供为同轴线。通常的同轴传输线包括通过电介质材料与外护壳隔开的内芯或中心导体。这种配置有利于线内能量传输完全通过导体间的间隙发生。

在传输线为开路的配置中，驻波将在传输线内出现，具有1/2波长的节点到节点的周期性。此配置可有用地用于短波长的高UHF频率。

然而在优选配置中，传输线是短接的。由于短接引起零电压点(节点)且同时引起电流最大值(反节点)，因此这导致在传输线上产生驻波。该高RF电流导致在传输线短接区域中产生高方位磁场，希望在传输线的端部提供该磁场。通过在此区域内将次级绕组布置到一定位置，能够以相对宽带的方式将功率耦合到次级绕组内。

尽管被有利地用于使用这样的功率耦合器给多个电极个体提供功率的等离子体源的情况，也应理解，通过提供宽带耦合器，根据本构思的功率耦合器可以同样有用地用于任何需要对来自功率源的功率进行分配的RF应用。示例性的应用包括RADAR(雷达)、电视或无线电天线、移动电信天线等。相对于传统功率分配器，该装置可以取决于应用地作为信号分配器工作，但是应了解，将来自传输线的信号方位耦合到次级绕组中的功能得益于与在对功率信号进行分配的情况下所提供的效率一样的效率。