[发明专利]具有正交耦合器的等离子体供应装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于向等离子体负载供应功率的等离子体供应装置，所述等离子体供应装置具有至少一个正交耦合器，正交耦合器具有至少一个电容（capacitance）和至少一个电感（inductivity）以用于将相对于彼此相移90°的相同频率的两个HF功率信号耦合到一起，分别在正交耦合器的第一有用信号连接部和第二有用信号连接部处作为有用信号供应HF功率信号，以形成能够在第三有用信号连接部处作为有用信号输出的耦合HF功率，至少一个有用信号连接部配置为用于第一阻抗。

背景技术

工业等离子体过程用于材料处理（例如，表面的涂覆或刻蚀）并用于操作气体激光器。它们的特征在于阻抗的突然改变，特别是在点火期间，在熄灭期间或在电弧放电（电弧）期间。典型地为等离子体过程的阻抗的该改变导致失配并且因此导致高频功率的反射。为了产生等离子体过程所需的千瓦范围的高水平的高频功率，经常将多个HF功率源的HF功率信号耦合到一起。

正交耦合器的原理是已知的。利用正交耦合器的正确的尺度和正确的终端，在有用信号连接部1和2之间划分在有用信号连接部处，例如在有用信号连接部3处，供应的高频信号，以便落后（follow）相角或超前（precede）相角－90°＋在有用信号连接部1和2处，部分高频信号从而以相对于彼此90°的相移被释放。反之亦然，相移90°、具有相同功率并且施加于有用信号连接部1和2处的两个高频信号被释放，以叠加在有用信号连接部3上。当供应的高频信号相对于彼此的相位关系或功率关系不精确地符合时，输出信号仅施加至有用信号连接部4。在许多应用中，有用信号连接部提供有具有系统阻抗（经常50Ω）的名义值的端接电阻。

通过利用正交耦合器来耦合（组合、集合）两个高频源的单独的功率（高频源信号）以获得相对高的总输出功率水平是可能的。附加的功率增加源自级联耦合器。在例如EP1701376B1中描述了高频源通过正交耦合器或正交耦合器的级联的此类型的连接。如果为了实现较高功率水平，打算级联多个功率耦合级，则用于构造正交耦合器必需的部件（分离部件的数量）或用于电路板的空间或集成部件的基底表面积的复杂性变得更显著。特别是在最后功率耦合级中，必需的部件昂贵，在最后功率耦合级中，耦合器必需处理总功率。

发明内容

本发明的目的是实质减小等离子体供应装置中必需的部件的复杂性，特别是在功率耦合器的级联应用中。

根据本发明通过引言中提到的类型的等离子体供应装置实现了此目的，此等离子体供应装置的至少一个正交耦合器的第四有用信号连接部配置为用于比第一阻抗高的第二阻抗，或此等离子体供应装置的至少一个正交耦合器仅具有三个有用信号连接部。

正交耦合器通常配置成使得其至少一个有用信号连接部配置为用于通常对应于外部电路的第一阻抗，例如系统阻抗。在根据本发明的等离子体供应装置中，对于至少一个正交耦合器，第四有用信号连接部配置为用于比第一阻抗高的阻抗。于是通往此有用信号连接部的正交耦合器的内部分支和在此有用信号连接部处的外部电路不必配置为用于整个高频功率。在边界线情况下，为其配置了第四有用信号连接部的阻抗接近无穷大，即，导纳变为零。在此情况下，导致此有用信号连接部的内部分支的电抗接近无穷大，并且电流不再流动，并且第四有用信号连接部因此停止存在。

根据本发明的等离子体供应装置的至少一个正交耦合器优选地配置为用于3MHz与30MHz之间的频率范围，并且通常由离散电抗构造。意在将本发明的上下文中的术语“离散电抗（discrete reactance）”理解为能够使用的电容和电感，例如作为相线的T或∏形式，表述“离散电抗”包括以平面技术在电路板上构造的离散部件和电抗，及其混合形式。电感的混合形式能够包括，例如焊接或键合至电路板的平面线圈和离散线圈。能够根据电子工程的已知规定组合并联或串联连接的电抗，以简化总体电路。通过耦合用于形成变压器的电感，电路的另一简化是可能的。

已知的正交耦合器包括：变压器，变压器具有两个绕组N₁、N₂，变压比V=N₁/N₂=1并且耦合k=1；至少一个电感L，其与绕组并联连接并且也能够内含地构造在变压器中，例如在N₁中；以及两个电容C₁、C₂，其在两侧将变压器的绕组连接至彼此。电感的值为