專利名稱：并聯(lián)諧振旋渦天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及并聯(lián)諧振旋渦天線，更具體地，涉及能夠均勻傳導(dǎo)甚高頻(VHF)波段的射頻(RF)動(dòng)力的并聯(lián)諧振天線(或并聯(lián)諧振whishler天線)。
為了得到上述高密度感應(yīng)耦合等離子體，在很多應(yīng)用中都嘗試使用并聯(lián)諧振天線，但是不容易得到密度均勻的等離子體。特別是，在VHF波段得到這種密度均勻的等離子體更加困難。VHF波段對(duì)應(yīng)的是頻率為20MHz到300MHz的波段。
為了達(dá)到上述目標(biāo)，本發(fā)明的并聯(lián)諧振天線包括具有多個(gè)天線單元的旋渦天線，該天線單元圍繞中心點(diǎn)沿二維徑向安裝，每個(gè)天線單元在預(yù)定的位置具有接地點(diǎn)，在每個(gè)接地點(diǎn)以外的部分沿相同方向彎曲，天線單元具有相同的尺寸和方向，在中心點(diǎn)的天線單元之間的夾角相同；與中心點(diǎn)連接、垂直于旋渦天線的中心導(dǎo)線，用于提供射頻動(dòng)力；安裝在旋渦天線上方并離開(kāi)旋渦天線的金屬板，金屬板與天線單元的末端連接并具有一個(gè)穿透孔，中心導(dǎo)線穿過(guò)該孔而不與金屬板接觸；串聯(lián)在中心導(dǎo)線和金屬板之間的可變諧振電容。
天線單元由銅制成。優(yōu)選的是，天線單元的彎曲部分為圓弧形，所述中心點(diǎn)為其圓心，接地點(diǎn)內(nèi)部沿彎曲方向呈凸出形。
并且，中心導(dǎo)線、天線單元和金屬板具有中空的內(nèi)部空間，使通過(guò)中心導(dǎo)線輸入的冷卻水流過(guò)天線單元和金屬板而排出到外部，中心導(dǎo)線、天線單元和金屬板相互連接，使它們的內(nèi)部空間相互連通，冷卻水排出孔位于金屬板穿透孔附近。
優(yōu)選的是，接地點(diǎn)以內(nèi)的天線單元比接地點(diǎn)以外的天線單元長(zhǎng)，或者接地點(diǎn)以內(nèi)的天線單元與接地點(diǎn)以外的天線單元的長(zhǎng)度相同。
金屬板直接與天線單元連接，具有向上凸出的形狀。并且，所述天線進(jìn)一步包括垂直安裝在旋渦天線的天線單元末端的外部中心導(dǎo)線，連接支撐的金屬板呈平板狀。在后者的情況下，中心導(dǎo)線、天線單元和金屬板具有中空的內(nèi)部空間，使通過(guò)中心導(dǎo)線輸入的冷卻水流過(guò)天線單元和金屬板而排出到外部，中心導(dǎo)線、天線單元和金屬板相互連接，使它們的內(nèi)部空間相互連通，冷卻水排出孔在金屬板穿透孔的附近。
優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述現(xiàn)在，參考附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。


圖1a為按照本發(fā)明的并聯(lián)諧振旋渦天線的示意圖，圖1b是圖1a的等價(jià)電路。
參看圖1a和1b，多個(gè)天線單元圍繞點(diǎn)“O”(下文稱為中心點(diǎn))沿二維徑向安裝。天線單元在相同的位置處有接地點(diǎn)(e，f，g和h)，天線單元中接地點(diǎn)以外的部分沿相同方向彎曲。因此總體上天線單元看起來(lái)像旋渦狀。參考符號(hào)Z1到Z8代表天線單元上這些對(duì)應(yīng)的部分，并且也表示這些部分的阻抗值。
RF動(dòng)力源110連接在天線單元的中心點(diǎn)“O”和末端(a，b，c和d)。在RF動(dòng)力源110和天線單元末端(a，b，c和d)之間裝有可變電容器C3，其對(duì)于各個(gè)天線單元是公用的。在RF動(dòng)力源110和并聯(lián)諧振天線之間裝有用于匹配阻抗的阻抗匹配盒(IMB)120。
RF動(dòng)力源110供出的RF動(dòng)力，通過(guò)中心點(diǎn)“O”并聯(lián)供到接地點(diǎn)的內(nèi)部Z1、Z2、Z3和Z4，也通過(guò)可變諧振電容C3并聯(lián)供到接地點(diǎn)的外部Z5、Z6、Z7和Z8。
為了得到密度均勻的等離子體，優(yōu)選的條件是，天線單元具有相同的大小和形狀，即滿足以下條件Z1＝Z2＝Z3＝Z4，和Z5＝Z6＝Z7＝Z8。并且，優(yōu)選的是，在中心點(diǎn)“O”的天線單元之間的角度相同，使天線單元呈幾何對(duì)稱。
在接地點(diǎn)(a，b，c和d)需要有光滑彎曲的形狀而不是尖銳的形狀，因?yàn)殡妶?chǎng)在尖點(diǎn)處能局部增強(qiáng)，從而影響等離子體的均勻度。
在符號(hào)“A”指示的位置處，由于接地點(diǎn)附近的電流方向幾乎相同，所以此點(diǎn)的感生磁場(chǎng)沒(méi)有削弱，而是引起相長(zhǎng)干涉。因此，形成密度均勻的等離子體是可能的。
實(shí)施方式1圖2a為按照本發(fā)明第一種實(shí)施方式的并聯(lián)諧振旋渦天線的主視圖，圖2b是沿圖2a中A-A’線的剖視圖。在圖2a和2b中，需要注意的是，與指示圖1a中元件的符號(hào)相同的符號(hào)代表執(zhí)行相同功能的元件，因此有意省去了對(duì)它們的重復(fù)描述。
參看圖2a和2b，中心導(dǎo)線140裝在中心點(diǎn)“O”，垂直于旋渦天線。金屬板130裝在旋渦天線上面并離開(kāi)旋渦天線，并與天線單元的末端(a，b，c和d)連接，形成凸出的形狀。金屬板130的中心有穿透孔(h)，這樣導(dǎo)線140能從中穿出而不與金屬板130接觸。盡管圖中沒(méi)有示出，可變諧振電容(圖1a中的C3)串聯(lián)連接在中心導(dǎo)線140和金屬板130之間。
如果從RF動(dòng)力源110將RF動(dòng)力加到中心導(dǎo)線140上，一部分RF動(dòng)力通過(guò)接地點(diǎn)的內(nèi)部(Z1，Z2，Z3和Z4)流過(guò)接地點(diǎn)，其余部分的RF動(dòng)力通過(guò)可變諧振電容按順序流過(guò)接地點(diǎn)(e，f，g和h)、金屬板130和接地點(diǎn)的外部(Z5，Z6，Z7和Z8)。
諧振頻率可用方程表示為(LC)-1/2。這里，電感L由天線的幾何結(jié)構(gòu)所確定，是一個(gè)固定值。在這一點(diǎn)上，在頻率范圍為20MHz～300MHz的VHF波段，小的電容值能產(chǎn)生諧振。因此，真空可變電容能用作可變諧振電容C3，但優(yōu)選的是使用具有1～5pF小電容量和電容值能精細(xì)控制的同軸電容，作為可變諧振電容C3。
天線單元是由導(dǎo)電材料制成的，主要使用銅。天線單元在相同位置處具有接地點(diǎn)(e，f，g和h)，接地點(diǎn)的外部以相同的方向彎曲。接地點(diǎn)(e，f，g和h)的外部，即彎曲部分(Z5，Z6，Z7和Z8)繞中心點(diǎn)“O”具有相同的弧形，接地點(diǎn)的內(nèi)部(Z1，Z2，Z3和Z4)沿彎曲方向具有相同的凸出形狀，因此總體上天線單元看起來(lái)像旋渦形。優(yōu)選的是，天線單元的接地點(diǎn)內(nèi)部(Z1，Z2，Z3和Z4)比天線單元接地點(diǎn)外部(Z5，Z6，Z7和Z8)長(zhǎng)，或者是天線單元的接地點(diǎn)內(nèi)部(Z1，Z2，Z3和Z4)與天線單元接地點(diǎn)外部(Z5，Z6，Z7和Z8)長(zhǎng)度相同。接地點(diǎn)內(nèi)部(Z1，Z2，Z3和Z4)可以是幾倍彎曲的圓弧形。
中心導(dǎo)線140，天線單元和金屬板130具有中空的內(nèi)部空間，它們連接后其內(nèi)部空間相互間是連通的。在金屬板130的穿透孔(h)附近有冷卻水排出孔130a。因此，如果冷卻水通過(guò)中心導(dǎo)線140流入，則冷卻水依次流過(guò)中心導(dǎo)線140、天線單元、金屬板130通過(guò)冷卻水排出孔130a排出到外部。
實(shí)施方式2圖3為按照本發(fā)明第二種實(shí)施方式的并聯(lián)諧振旋渦天線的剖視圖。圖3的結(jié)構(gòu)與圖2a和2b的結(jié)構(gòu)不同。換句話說(shuō)，外部導(dǎo)線150分別安裝在各個(gè)天線單元的末端(a，b，c和d)，并垂直于旋渦天線，金屬板130的連接和支撐形成平板形狀。
在這種情況下，對(duì)于冷卻水的流動(dòng)，外部導(dǎo)線150有中空的內(nèi)部空間，并且外部導(dǎo)線150與金屬板130和各個(gè)天線單元的末端(a，b，c和d)連接，使它們內(nèi)部的空間相互連通。因此，通過(guò)中心導(dǎo)線140輸入的冷卻水依次通過(guò)天線單元、外部導(dǎo)線150和金屬板130排出到外部。
如前所述，這種并聯(lián)諧振天線的幾何結(jié)構(gòu)能得到均勻的等離子體。由于天線有很小的電感，因此即使在VHF波段也容易實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。并且，在諧振點(diǎn)，由于天線單元接地點(diǎn)的內(nèi)部(Z1，Z2，Z3和Z4)的電位低，所以就可能降低不需要的濺射現(xiàn)象。
盡管為了說(shuō)明的目的對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解的是，在不偏離本發(fā)明所附的權(quán)利要求所限定的范圍和精神的條件下能對(duì)本發(fā)明作出各種修改、增添和替代。
權(quán)利要求
1.一種并聯(lián)諧振天線，包括具有多個(gè)天線單元的旋渦天線，該天線單元圍繞中心點(diǎn)沿二維徑向安裝，每個(gè)天線單元在預(yù)定的位置具有接地點(diǎn)，在每個(gè)接地點(diǎn)以外的部分沿相同方向彎曲，天線單元具有相同的尺寸和方向，在中心點(diǎn)的天線單元之間的夾角都相同；與中心點(diǎn)連接、垂直于旋渦天線的中心導(dǎo)線，用于提供射頻動(dòng)力；安裝在旋渦天線上方并離開(kāi)旋渦天線的金屬板，該金屬板與天線單元的末端連接并具有一個(gè)穿透孔，中心導(dǎo)線穿過(guò)該孔而不與金屬板接觸；和串聯(lián)在中心導(dǎo)線和金屬板之間的可變諧振電容。
2.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)諧振天線，其中天線單元由銅制成。
3.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)諧振天線，其中天線單元的彎曲部分為圓弧形，所述中心點(diǎn)為其圓心，接地點(diǎn)內(nèi)部沿彎曲方向呈凸出形。
4.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)諧振天線，其中中心導(dǎo)線、天線單元和金屬板具有中空的內(nèi)部空間，使通過(guò)中心導(dǎo)線輸入的冷卻水流過(guò)天線單元和金屬板而排出到外部，中心導(dǎo)線、天線單元和金屬板相互連接，使它們的內(nèi)部空間相互連通，冷卻水排出孔位于金屬板的穿透孔附近。
5.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)諧振天線，其中接地點(diǎn)以內(nèi)的天線單元比接地點(diǎn)以外的天線單元長(zhǎng)，或者接地點(diǎn)以內(nèi)的天線單元與接地點(diǎn)以外的天線單元的長(zhǎng)度相同。
6.如權(quán)利要求1所述的并聯(lián)諧振天線，其中金屬板直接與天線單元連接，具有向上凸出的形狀。
7.如權(quán)利要求6所述的并聯(lián)諧振天線，其進(jìn)一步包括垂直安裝在旋渦天線的天線單元末端的外部中心導(dǎo)線，連接支撐的金屬板呈平板狀。
8.如權(quán)利要求7所述的并聯(lián)諧振天線，其中中心導(dǎo)線、天線單元和金屬板具有中空的內(nèi)部空間，使通過(guò)中心導(dǎo)線輸入的冷卻水流過(guò)天線單元和金屬板而排出到外部，中心導(dǎo)線、天線單元和金屬板相互連接，使它們的內(nèi)部空間相互連通，冷卻水排出孔在金屬板穿透孔的附近。
全文摘要
一種并聯(lián)諧振天線，包括具有多個(gè)天線單元的旋渦天線，其中天線單元圍繞中心點(diǎn)沿二維徑向安裝，每個(gè)天線單元在預(yù)定的位置具有接地點(diǎn)，在每個(gè)接地點(diǎn)以外的部分沿相同方向彎曲，天線單元具有相同的尺寸和方向，在中心點(diǎn)的天線單元之間的夾角相同；與中心點(diǎn)連接、垂直于旋渦天線的中心導(dǎo)線，用于提供射頻動(dòng)力；安裝在旋渦天線上方并離開(kāi)旋渦天線的金屬板，該金屬板與天線單元的末端連接并具有一個(gè)穿透孔，中心導(dǎo)線穿過(guò)該孔而不與金屬板接觸；串聯(lián)在中心導(dǎo)線和金屬板之間的可變諧振電容。這種并聯(lián)諧振天線的幾何結(jié)構(gòu)能得到均勻的等離子體。由于天線有很小的電感，因此即使在VHF波段也容易實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。并且，在諧振點(diǎn)，由于天線單元接地點(diǎn)的內(nèi)部(Z1，Z2，Z3和Z4)的電位低，所以就可能降低不需要的濺射現(xiàn)象。
文檔編號(hào)H01Q21/20GK1393958SQ0212481
公開(kāi)日2003年1月29日 申請(qǐng)日期2002年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月27日
發(fā)明者權(quán)奇清, 邊洪植, 李承原, 金洪習(xí), 韓淳錫, 高富珍, 金禎植 申請(qǐng)人:株式會(huì)社周星工程