|
利用微波在介質(zhì)表面激發(fā)出截止密度以上的等離子體，然后微波在介質(zhì)與等離子體間形成表面波的傳輸，具有一定電場強(qiáng)度的表面波在其傳輸?shù)姆秶鷥?nèi)可生成和維持高密度的等離子體，因此稱為表面波等離子體。將微波導(dǎo)入一介質(zhì)管，在介質(zhì)管壁上激發(fā)出表面波傳輸，即可在管內(nèi)生成表面波等離子體。 本文使用同軸激發(fā)器進(jìn)行等離子體激發(fā)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。射頻能量通過電容耦合的方式引入激發(fā)器，通過內(nèi)套和腔體之間的電場激發(fā)出截止密度以上的等離子體，微波會在介質(zhì)與等離子體之間形成表面波。 圖1 等離子體同軸激發(fā)起 為研究等離子體激發(fā)過程的優(yōu)化及控制，本文設(shè)計(jì)了一個頻率和輸出功率可調(diào)的等離子體激勵源。 等離子體激勵源系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu) 等離子體激勵源主要由5部分組成：信號源、功率放大單元、匹配電路、功率檢測電路和系統(tǒng)控制單元。系統(tǒng)整體框圖如圖2所示。 圖2 等離子體激勵源系統(tǒng)整體框圖 信號源 信號源采用ADI公司的PLL-VCO ADF4360-7，其內(nèi)部集成了整數(shù)N合成器和壓控振蕩器(VCO)。通過改變VCO外置電感決定輸出中心頻率，在本系統(tǒng)中，VCO電感選在3.3nH，這允許頻率輸出范圍在850MHz"950MHz內(nèi)調(diào)整。另外，還集成了一個輸出頻率二分頻器，這樣可以將輸出頻率在425MHz"475MHz之間調(diào)整。工作在3.0V"3.6V之間，在不使用的時候可通過軟件關(guān)斷。 ADF4360-7共有3個寄存器，分別是F寄存器、R寄存器和N寄存器。配置的順序是上電-> R寄存器-> F寄存器-> N寄存器。前后順序不能顛倒，否則，ADF4360-7不能鎖定。在F寄存器和N寄存器之間有最少10ms的間隔。ADF4360-7使用一個簡單的3線SPI控制，可以通過C8051F020的SPI接口實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，SPI的時鐘頻率不能太高(>15kHz)，否則配置過程會失敗。通過設(shè)置C8051F020中的SPI0CKR寄存器，降低SPI接口時鐘頻率，可以避免這種情況。在不改變鑒相頻率、控制方式的情況下，只需改變N寄存器內(nèi)相應(yīng)數(shù)據(jù)即可改變輸出頻率。 經(jīng)測量，ADF4360-7直接輸出信號的功率只有-6dBm，為提高信號輸出功率，采用M/A COMM的1:1傳輸線變壓器ETC1-1-13，實(shí)現(xiàn)差分轉(zhuǎn)單端的處理，可以使信號輸出功率提高到3dBm，滿足對后級功率放大器的推動要求，提高系統(tǒng)功率可調(diào)節(jié)范圍。 放大電路 放大電路由3部分組成，VGA ADL5330、功放模塊M67760HC和BLV950實(shí)現(xiàn)的高功率放大板。 ADL5330提供1MHz"3GHz寬頻帶，集成了寬帶放大器和衰減器單片VGA。與功率檢測器相配合，可以實(shí)現(xiàn)一條完整的、功率可控的信號發(fā)送通道。 通過實(shí)驗(yàn)測得ADL5330的功率增益與VGAIN引腳的控制電壓基本成線性關(guān)系。 M67760HC是多級集成式的功放模塊，4mW的功率輸入可輸出20W的功率。以M67760HC的輸出功率推動BLV950放大板，可實(shí)現(xiàn)最大150W的功率。 通過改變ADL5330 VGAIN的輸入電壓，可以方便地控制放大電路的輸出功率，實(shí)現(xiàn)最大60dB的動態(tài)調(diào)整范圍。 匹配電路 同軸激發(fā)器的結(jié)構(gòu)決定其阻抗成容性。使用π型匹配電路(1電感2電容)實(shí)現(xiàn)功率放大電路和同軸激發(fā)器的匹配。固定電感線圈不變，根據(jù)檢測到的反射系數(shù)，通過調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)的可調(diào)電容，直至反射系數(shù)達(dá)到要求。 圖3 激勵源系統(tǒng)軟件整體流程圖 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 使用本激勵系統(tǒng)可順利地激發(fā)出表面波等離子體。本文初步研究了被激發(fā)等離子體柱長度與激發(fā)器饋入功率的關(guān)系，驗(yàn)證了在同一頻點(diǎn)激發(fā)長度與饋入功率的平方根成正比這一結(jié)論。 結(jié)語 系統(tǒng)中所用各功能模塊程序都已調(diào)試出來，并能順利運(yùn)行。在沒有操作系統(tǒng)的情況下，系統(tǒng)的各功能模塊任務(wù)的調(diào)度比較困難。為解決這一問題，實(shí)現(xiàn)靈活高效的任務(wù)調(diào)度，需使用實(shí)時的嵌入式操作系統(tǒng)，如uC/OS-II，下一步的系統(tǒng)改善工作將集中在這方面進(jìn)行 |
