[实用新型]一种小功率集成微波微等离子体源

说明书

技术领域

本实用新型涉及微波等离子体源的技术领域，尤其涉及一种小功率集成微波微等离子体源。

背景技术

小功率微波微等离子体技术是一项近几年发展起来的集微电子技术、微波技术和等离子体技术于一体的高新技术，它是随着MEMS技术的发展而发展起来的。微等离子体包括直流微等离子体、射频微等离子体和微波微等离子体。当放电空间进一步减小到纳米尺寸时，就成为纳等离子体。由于微电子机械系统(MEMS)具有低损耗、高隔离、体积小、制造成本低、易与IC、MMIC电路集成等特点，通过MEMS工艺可以实现微波等离子体的小功率封装和有源集成。因此将微波等离子体结合MEMS工艺可使等离子体的结构和特性发生巨大的改变。

微波等离子体可广泛应用于新材料、微电子和化学等高科技领域，随着微波等离子体的小型化发展，电路尺寸要求在毫米级、微米级甚至纳米级，以前那种厘米甚至米级的大面积的微波等离子体已不再适用。在微波微等离子体的研究中，小功率微波微等离子体源的结构封装和系统集成是非常重要的两个环节。小功率平面螺旋电感耦合微波微等离子体源就是采用MEMS工艺通过微小功率微波激励起微小尺寸的等离子体，如用不超过1～3瓦的微波功率使气体电离，产生10毫米甚至0.2毫米尺寸的等离子体。由于此项技术在生物MEMS的杀菌消毒、小尺寸材料的处理、微化学分析系统、微型推进器等领域具有良好的应用前景，因而受到越来越广泛的关注。

目前国外使用的小功率微波微等离子体源主要采用900MHz的频段，输出功率为4瓦，虽然结构简单，但只能工作在单一频点和单一功率，即频率和功率都不可调。如果微带平面渐变螺旋电感线圈的结构和频率发生变化，则需要重新设计功率源的硬件电路。

实用新型内容

本实用新型克服了上述功率源的缺陷，较好实现了小功率微波微等离子体源的频率可调、功率可调、功率源保护以及小型便携。

根据微波电路理论，采用锁相环频率合成器、可调衰减器、宽带功率放大器、环形器等的系统集成可满足辐射单元激励微波微等离子体的要求。小功率集成微波微等离子体源通过上位机程序调节频率，锁相环频率合成器产生微波信号，电位器调节衰减量，宽带功率放大器放大后的微波功率经过环形器输入到微带平面渐变螺旋电感线圈上，在常压或低压条件下激励起微波微等离子体。

本实用新型提出了一种小功率集成微波微等离子体源，包括：

锁相环频率合成器；

可调衰减器，与所述锁相环频率合成器连接；

宽带功率放大器，与所述可调衰减器连接；

环形器，与所述宽带功率放大器连接；

平面微带渐变螺旋电感耦合线圈，与所述环行器连接。

其中，所述锁相环频率合成器的频率输出范围为2.3GHz至2.6GHz。

其中，所述可调衰减器的衰减范围在-2dB至-17dB。

其中，所述宽带功率放大器的功率输出范围为+20dBm至+40dBm，峰值功率大于43dBm。

其中，所述环形器的频率范围为2.3GHz至2.5GHz，插入损耗为0.25dB至0.3dB，隔离度为20dB至25dB。

其中，所述平面微带渐变螺旋电感耦合线圈的匝数为3；所述平面微带渐变螺旋电感耦合线圈的线圈宽度为100μm至400μm，线圈间距为100μm至400μm,，所述线圈宽度与线圈间距由外圈向内圈逐渐减小。

其中，进一步包括匹配负载；所述匹配负载与所述环形器连接。

其中，所述匹配负载的频率范围为直流至2.7GHz，回波损耗大于20dB，功率容量为150瓦。

其中，进一步包括匹配电路，所述匹配电路连接所述环形器与平面微带渐变螺旋电感耦合线圈。

其中，所述锁相环频率合成器、可调衰减器、宽带功率放大器以及环形器设置在屏蔽盒内。

本实用新型提供的小功率集成微波微等离子体源是一种激励微波微等离子体的装置，具有频率可调、功率可调、功率源保护以及小型便携等优点。小型微波功率源与平面微带渐变螺旋电感耦合线圈的集成使整个装置小型化；调节上位机程序使锁相环频率合成器的输出频率可调；改变可调衰减器的大小使输出微波功率可调；而环形器可减小微波微等离子体的激励所带来的阻抗不匹配对小型微波功率源的影响，起到保护小型微波功率源的作用。 

附图说明

图1是本实用新型小功率集成微波微等离子体源的系统结构示意图。

图2是本实施例中小功率集成微波微等离子体源的电路示意图。

具体实施方式