基于微帶縫環(huán)諧振器的小功率微波等離子體激勵的研究.pdf

1、近年來，隨著微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的廣泛應(yīng)用，研制可集成于MEMS的微帶型微等離子體源日益成為熱點(diǎn)。這種微等離子體源具有體積小、易集成、方便攜帶的優(yōu)點(diǎn)，并能在小功率、常壓空氣中持續(xù)放電。基于此微等離子體的微系統(tǒng)，在微生物分析系統(tǒng)、生物MEMS殺菌消毒、微化學(xué)分析系統(tǒng)、小尺寸材料處理及微推進(jìn)器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。 本文設(shè)計(jì)了一種基于微帶縫隙環(huán)諧振器的微波等離子體(MSRR-MIP)源，并對其工作原理和等離子體放電特性進(jìn)行了深

2、入的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。 首先介紹了低溫等離子體技術(shù)和微帶線及微帶線諧振器理論，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的理論基礎(chǔ)。建立了MSRR-MIP源的等效傳輸線電路模型，導(dǎo)出了輸入阻抗、縫隙電壓等諧振器電參數(shù)的閉式解，并給出等離子體阻抗計(jì)算公式。理論上分析了等離子體的氣體放電特性以及放電對MSRR-MIP源的影響，重點(diǎn)討論等離子體阻抗和功率效率兩個放電激勵特性。研究表明，縫環(huán)諧振器微波等離子體源與等離子體阻抗的匹配是制約放電的關(guān)鍵因素，甚至比諧

3、振器品質(zhì)因數(shù)更重要。 基于上述理論和分析，用HFSS軟件對器件物理尺寸進(jìn)行仿真和優(yōu)化，設(shè)計(jì)出200μm、100μm、25μm三種縫隙尺寸的MSRR-MIP源。按照設(shè)計(jì)尺寸制作了電路板，搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，成功激勵出等離子體，并測量有載情況下諧振器的諧振頻率和電壓反射系數(shù) S<,11>，計(jì)算出該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和條件下等離子體阻抗。實(shí)驗(yàn)證明了理論分析和仿真設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性和可靠性。 另外還研制了改進(jìn)的無阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的直接饋電MSRR-M