一種平面小功率微波微等離子體圓環形陣列源的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及微波等離子體源的技術領域，尤其涉及一種基于微帶傳輸線的平 面小功率微波微等離子體圓環形陣列源。
【背景技術】
[0002] 小功率微波微等離子體技術是一項近幾年發展起來的集微電子技術、微波技術和 等離子體技術于一體的高新技術，它是隨著MEMS技術的發展而發展起來的。微等離子體包 括直流微等離子體、射頻微等離子體和微波微等離子體。當放電空間進一步減小到納米尺 寸時，就成為納等離子體。由于微電子機械系統（MEMS)具有低損耗、高隔離、體積小、制造 成本低、易與IC、MMIC電路集成等特點，通過MEMS工藝可以實現微波等離子體的小功率封 裝和有源集成。因此將微波等離子體結合MEMS工藝可使等離子體的結構和特性發生巨大 的改變。
[0003] 微波等離子體可廣泛應用于新材料、微電子和化學等高科技領域，隨著微波等離 子體的小型化發展，電路尺寸要求在毫米級、微米級甚至納米級。平面小功率微波微等離子 體圓環形陣列源就是采用MEMS工藝加工一個微帶傳輸線圓環形陣列，通過不超過200毫瓦 的小功率微波在每個單元激勵起5毫米甚至0. 2毫米尺寸的微等離子體。由于此項技術在 低成本的圓環形低溫材料（如塑料以及生物制品等）的表面處理和微波光源等領域具有良 好的應用前景，因而受到越來越廣泛的關注。
[0004] 目前，射頻等離子體圓形陣列源主要采用6個單元的四分之一波長微帶傳輸線結 構，當諧振頻率為1GHz左右、輸入功率不超過5W時，通過單點饋電，在傳輸線末端之間的縫 隙處激勵起直徑約為2. 5mm的小尺寸圓形微等離子體。由于這種結構的陣列源，其諧振模 式和耦合系數不穩定，導致激勵的微等離子體分布很不均勻，嚴重時還會出現不規則的等 離子體形狀，而且尺寸也太小。
[0005] 為了克服現有技術中的上述缺陷，提出了一種全新結構的平面小功率微波微等離 子體圓環形陣列源。
【發明內容】
[0006] 本實用新型提出了一種平面小功率微波微等離子體圓環形陣列源，包括：微帶傳 輸線同心陣列、中心公共接地點、耦合環、饋電導體和接地導帶；其中，所述微帶傳輸線同心 陣列包括至少兩條陣列單元；所述陣列單元設置在所述饋電導體的兩側；位于所述饋電導 體每一側的所述陣列單元中的每條通過所述耦合環連接；所述饋電導體包括至少兩根饋電 導帶，所述饋電導帶在各自的一端互相連接，每根所述饋電導帶上設置有至少一個饋電點； 所述中心公共接地點設置在兩根饋電導帶的連接處；每條所述陣列單元的一端與所述中心 公共接地點連接；所述饋電導帶與所述陣列單元以中心公共接地點為圓心成圓環形輻射狀 分布；所述接地導帶包括至少兩個接地導塊，每個所述接地導塊設置于所述陣列單元和所 述饋電導帶的遠離所述中心公共接地點的另一端，每個所述接地導塊與所述陣列單元或所 述饋電導帶的另一端端面之間形成縫隙；所述接地導塊的邊緣接地。
[0007] 本實用新型所述平面小功率微波微等離子體圓環形陣列源中，每條所述陣列單元 的長度為四分之一波導波長的奇數倍，寬度范圍為1mm~2mm，數量為6~50個。
[0008] 本實用新型所述平面小功率微波微等離子體圓環形陣列源中，所述縫隙的寬度范 圍為10ym~200ym，諧振頻率為2. 45GHz。
[0009] 本實用新型所述平面小功率微波微等離子體圓環形陣列源中，所述耦合環的寬度 范圍為lmm~10mm〇
[0010] 本實用新型所述平面小功率微波微等離子體圓環形陣列源中，所述饋電導帶的寬 度大于或等于所述陣列單元的寬度。
[0011] 本實用新型所述平面小功率微波微等離子體圓環形陣列源中，所述饋電導帶上設 置有至少一個饋電點。
[0012] 本實用新型所述平面小功率微波微等離子體圓環形陣列源中，所述接地導塊的長 度大于所述陣列單元的寬度，長度范圍為2mm~4mm，寬度范圍為4mm~20mm〇
[0013] 本實用新型所述平面小功率微波微等離子體圓環形陣列源中，所述微帶傳輸線同 心陣列、所述耦合環、所述饋電導帶和所述接地導帶由金或銅制成。
[0014] 本實用新型所述平面小功率微波微等離子體圓環形陣列源中，進一步包括設置在 所述微帶傳輸線同心陣列、所述耦合環、所述饋電導帶和所述接地導帶底部的基片。
[0015] 本實用新型所述平面小功率微波微等離子體圓環形陣列源中，所述基片由藍寶 石、高阻硅、多孔硅、紅寶石或高頻陶瓷制成。
[0016] 本實用新型所述平面小功率微波微等離子體圓環形陣列源中，所述基片的底部設 置有接地板，所述接地板與所述中心公共接地點和所述接地導帶連接。
[0017] 本實用新型的有益效果在于：
[0018] 本實用新型提供的平面小功率微波微等離子體圓環形陣列源是一種激勵微波微 等離子體的裝置，具有成本低、輸入功率小和微等離子體圓環形陣列均勻激勵等優點。基于 四分之一波長傳輸線的2. 45GHz平面微帶圓環形陣列源使微波功率源和電路成本降低；使 用耦合環可提高耦合系數，減小輸入功率；而在饋電導帶上采用雙饋電可使縫隙處的微等 離子體激勵均勻，增大微等離子體圓環形陣列源的尺寸。本實用新型采用圓環形輻射分布 的陣列單元和饋電導體，使得微波微等離子體陣列出現更大尺寸的圓環形結構，更有利于 特定形狀材料的高效處理。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本實用新型平面小功率微波微等離子體圓環形陣列源的俯視結構示意圖。
[0020] 圖2是本實用新型平面小功率微波微等離子體圓環形陣列單元中縫隙的放大示 意圖。
[0021] 圖3是本實用新型平面小功率微波微等離子體圓環形陣列源的縱剖截面示意圖。
[0022] 圖4(a)是基于四分之一波長微帶諧振器的微波微等離子體線性陣列源單元的等 效電路圖，圖4(b)是四分之一波長微帶傳輸線上電壓幅度變化曲線。
【具體實施方式】
[0023] 結合以下具體實施例和附圖，對本實用新型作進一步的詳細說明。實施本實用新 型的過程、條件、實驗方法等，除以下專門提及的內容之外，均為本領域的普遍知識和公知 常識，本實用新型沒有特別限制內容。
[0024] 參見圖1和圖2,本實施例提供一種平面小功率微波微等離子體圓環形陣列源，包 括微帶傳輸線同心陣列1、中心公共接地點2、耦合環3、饋電導體4和接地導帶5。所述微帶 傳輸線同心陣列1包括至少兩條陣列單元11。所述陣列單元11設置在所述饋電導體4的 兩側。位于所述饋電導體每一側的所述陣列單元11中的每條通過所述耦合環3連接。所 述饋電導體4包括至少兩根饋電導帶4a，4b，所述饋電導帶4a，4b在各自的一端互相連接， 每根所述饋電導帶4a，4b上設置有至少一個饋電點41。所述中心公共接地點2設置在兩 根饋電導帶4a，4b的連接處。每條所述陣列單元11的一端與所述中心公共接地點2連接。 所述饋電導帶4a，4b與所述陣列單元11以中心公共接地點2為圓心成圓環形輻射狀分布。 所述接地導帶5包括至少兩個接地導塊51，每個所述接地導塊51設置于所述陣列單元11 和所述饋電導體4的遠離所述中心公共接地點2的另一端，每個所述接地導塊51與所述陣 列單元11或所述饋電導體4的另一端端面之間形成縫隙6。所述接地導塊51的邊緣接地。
[0025] 陣列單元11的長度為四分之一波導波長的奇數倍，寬度范圍為1mm~2_，數量 為6~50個，耦合環3的寬度為1_，實際尺寸和數量可根據實際情況調整。參見圖1，本 實施例中陣列單元11的數量為14個，饋電導體4兩側分別均勻分布設置有7個陣列單元 11，7個陣列單元11之間利用一個耦合環3連接。
[0026] 饋電導體4包括至少兩根饋電導帶，本實施例中為饋電導帶4a，4b。饋電導帶4a， 4b上設置有至少一個饋電點41。中心公共接地點2設置在中央，陣列單元11和饋電導體4 的一端與中心