[发明专利]驱动CO2气体放电激光器的多输出电源的阻抗匹配电路

说明书

技术领域

本发明一般地涉及将射频电源(RFPS)阻抗匹配到放电电极提供的负载和在射频(RF)驱动CO₂气体放电激光器中的相关组件。特别地，本发明涉及将具有多个输出的RFPS，或多个RFPS阻抗匹配到所述负载。 

背景技术

公知的是，为了从RFPS到负载的最佳功率传输，需要阻抗匹配电路。CO₂气体放电激光器的输出功率直接随着放电量的增长而增长。所述激光器的RF输入(负载)阻抗与所述输出功率相反地变化，并直接与放电的面积一起减少。由于放电气压，电极间距和其他因素的变化，负载阻抗能够在相同模型家族内的激光器之间变化。正因为此，期望的是，具有一种阻抗匹配电路，其具有可选择的可变阻抗，使得能够将具有固定输出阻抗的电源精确匹配到具有在用于所述家族预期范围内任意位置的负载阻抗的激光器家族中任一激光器。 

指定为本发明受让人的Hauer等申请的编号12/786,199的美国专利申请，其全部公开内容在这里通过引用并入本文，说明了一种阻抗匹配电路，包括两个串联的传输线长度，其每一个具有以所述电路工作频率大约1/12波长的电长度，用于将RF电源的阻抗匹配到负载。通过将可变阻抗分路接地到两个传输线长度之间的节点，来使得所述电路的阻抗可选择地可变。可变阻抗分路可以是可变的电阻，可变的电容，或可变的电感。这种设置具有一个优点，负载阻抗的范围可以适应于常见的传输线长度。这减少了在激光器家族的制造过程中的零件库存。 

上述的Hauer等设置的一个缺点是，其仅仅规定了将单端电源的阻抗匹配到负载。在驱动高功率激光器时，可期望的是，在所述电源中使用多个RF放大器的输出，其每一个是所述电源的单个输出(端)。这是因为， 如功率晶体管的放大器组件的功率处理能力能够限制了一个RF放大器的功率输出。需要一种阻抗匹配电路，能够将多端电源连接到负载而仍旧保留所述Hauer等设置的优点。 

发明内容

本发明涉及一种将多个射频电源连接到负载的阻抗匹配网络。所述网络具有输入阻抗和输出阻抗且所述负载具有负载阻抗。 

本发明的网络的一个方面包括在数量上等于多个具有电源阻抗的射频电源的多个射频传输线。每一个传输线连接到这些电源每一个相应电源，而通过第一射频合路器将这些传输线连接到所述负载。每一个传输线包括一对串联传输线部分，在这个对中的每一个部分具有这些电源的工作频率大约十二分之一波长的电长度。通过具有将所述网络的输入和输出阻抗之一分别匹配到所述电源阻抗和所述负载阻抗之一的第一预定范围内的可调阻抗的装置，将在其一个对中的传输线部分之间的串联连接到在至少一个其他传输线中的其一个对中第一和第二传输线部分之间的串联。 

附图简要说明 

图1示意性描述了阻抗匹配网络电路的一优选实施方案，依照用于将具有固定负载阻抗和其间180度相位差的两个RF电源的输出阻抗匹配到可具有在预定范围内变化的负载阻抗的负载的本发明，所述网络包括串联的十二分之一波长传输线部分的两个相等的一对，一个连接到具有合并并连接到所述负载的这个对的输出的电源的每一个，通过平衡到不平衡(BalUn)变压器和由这个对中传输线部分的结点之间的可变电容分路所提供的可变阻抗匹配。 

图2示意性描述了阻抗匹配网络电路的另一优选实施方案，依照类似于图1的实施方案但其中负载阻抗固定和这些源的输出阻抗可在预定范围内变化的本发明。 

图3示意性描述了阻抗匹配网络电路的又一优选实施方案，依照类似于图2的实施方案但其中通过在传输线部分的这些对中每一个连接到FET相应一个的推挽式设置中的两个FET的最终放大级放置两个单独源的本 发明。 

图4示意性描述了阻抗匹配网络电路的再一优选实施方案，依照类似于图3的实施方案但其中自动单独可切换或在其任一并联组合中响应于所述电路的电源输出和效率的监视值的六个电容组提供所述可变电容的本发明。 

图4A更具体地示意性描述了图4的可变电容。 

图5示意性描述了阻抗匹配网络的还一优选实施方案，依照配置用于将两个具有可变输出阻抗的单独RF电源阻抗匹配到具有带有在所述RF电源的输出之间的零相位差的固定输入阻抗的单个负载的本发明。这个实施方案类似于图2的实施方案，除了同轴零度双向合路器放置所述BalUn变压器用于合路这些传输线对的输出以及在这些线对之间的可变阻抗由通过可变电容分路接地的另一零度双向合路器来提供。