[发明专利]一种用于空间等离子体环境模拟的均匀射频等离子体源

权利要求书

1.一种用于空间等离子体环境模拟的均匀射频等离子体源，其特征在于：包含射频天线，由一系列同心圆结构的同心圆线圈(210)与线圈之间的可调电容(220)组成，用于将射频功率耦合于等离子体，实现对射频天线的电压分布调节；

石英介质窗，采用上下不对称圆盘状结构石英介质窗，用于调节射频天线与等离子体之间的耦合阻抗，降低由于射频电压直接容性耦合等离子体造成的径向不均匀性；

感应屏蔽层，由长短丝感应屏蔽层构成，以屏蔽射频电压；

支撑结构，用于分离并支撑射频天线、石英介质窗和感应屏蔽层；

外屏蔽罩，用于给射频天线、石英介质窗、感应屏蔽层、支撑结构包裹防止射频功率信号辐射的金属罩。

2.根据权利要求1所述的一种用于空间等离子体环境模拟的均匀射频等离子体源，其特征在于：还包含匹配网络、射频电源，所述射频电源通过匹配网络连接射频天线。

3.根据权利要求1所述的一种用于空间等离子体环境模拟的均匀射频等离子体源，其特征在于：所述长短丝感应屏蔽层由两组不同长度沿径向均匀分布的金属丝和外边缘连接片(330)组成的圆片状导电金属层，其中，两组不同长度沿径向均匀分布的金属丝为长屏蔽丝(310)和短屏蔽丝(320)。

4.根据权利要求1所述的一种用于空间等离子体环境模拟的均匀射频等离子体源，其特征在于：射频天线采用空间轴对称的射频耦合模式将射频功率耦合于等离子体，通过同心圆结构的线圈实现射频功率均对称地耦合入等离子体。

5.根据权利要求4所述的一种用于空间等离子体环境模拟的均匀射频等离子体源，其特征在于：通过线圈之间的可调电容(220)降低同心圆线圈(210)的电抗，提高射频功率的耦合效率并为射频串联谐振功率耦合效率最高点提供条件；

设同心圆线圈的阻抗为ZL＝R+jωL；

其中，ZL是同心圆线圈的阻抗，R是线圈电阻，L是线圈电感值，j是虚数单位，ω是交流发电机运转的角速度；

线圈之间的电容阻抗为Z_C＝-j(ωC)^-1，其中，Z_C是线圈之间的电容阻抗，C是电容，则整个射频感应线圈的总阻抗为Z＝R+jωL-j(ωC)^-1，由此通过电容阻抗Z_C降低总阻抗Z的电抗部分，并且当ωL＝(ωC)^-1时达到串联谐振，此时射频耦合效率为最高。

6.根据权利要求5所述的一种用于空间等离子体环境模拟的均匀射频等离子体源，其特征在于：通过调节线圈之间的可调电容(220)可改变各同心圆线圈上的射频电压，实现均匀的电压分布进而减少感应天线与等离子体之间电容耦合带来的径向不均匀性；

设各同心圆线圈的阻抗为ZLn，其中，n＝1、2、3……，线圈之间的各电容阻抗为ZCn，则

某个线圈上的射频电压Vn＝Vrf ZLn/(ΣZLn+ΣZCn)，其中，Vrf为总射频电压，调节ZCn即可改变Vn。

7.根据权利要求3所述的一种用于空间等离子体环境模拟的均匀射频等离子体源，其特征在于：通过所述长短丝感应屏蔽层使涡流区域的半径尺寸变小。