本文選題：射頻源 + Smith圓圖��； 參考：《鄭州大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：功率射頻源在真空鍍膜、半導(dǎo)體刻蝕和感應(yīng)加熱等離子體等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。工業(yè)上常用的射頻源頻率為13.56MHz,內(nèi)阻RS為50Ω。通常負(fù)載阻抗不等于射頻源內(nèi)阻,若將射頻源和負(fù)載直接相連時(shí),會(huì)存在不同程度的失配。阻抗失配將導(dǎo)致傳輸線上存在功率反射,能量不能全部被負(fù)載所接收,降低傳輸效率。若失配程度較深,則會(huì)引起加工過(guò)程的失敗。因此在射頻源(或傳輸線末端)與負(fù)載之間需要設(shè)置匹配網(wǎng)絡(luò)。負(fù)載阻抗隨工作時(shí)間和周?chē)h(huán)境等因素的變化而在一定范圍內(nèi)變化,只有實(shí)時(shí)檢測(cè)負(fù)載阻抗的變化并調(diào)整匹配網(wǎng)絡(luò)的參數(shù),才能得到最大傳輸效率,因此阻抗自動(dòng)匹配器的研究就顯得至關(guān)重要。此文根據(jù)加工過(guò)程中負(fù)載變化特點(diǎn),利用阻抗在Smith圓圖上的變化規(guī)律,設(shè)計(jì)Γ型匹配網(wǎng)絡(luò),匹配網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)微調(diào)電感和兩個(gè)真空可調(diào)電容組成。由負(fù)載變化范圍和工作條件確定匹配網(wǎng)絡(luò)中的元件參數(shù),設(shè)計(jì)并制作符合要求的阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)。由于射頻源的最大工作電壓峰值為200V,最大工作電流峰值為4A,因此利用性能優(yōu)于傳統(tǒng)電流互感器的羅氏線圈實(shí)時(shí)檢測(cè)傳輸線上的電流信號(hào),并根據(jù)電路設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)1:10的變比,采樣元件分別選用滿足自積分條件的電阻與電容。利用電容分壓器實(shí)時(shí)檢測(cè)傳輸線上的電壓信號(hào)并實(shí)現(xiàn)1:340的變比,將檢測(cè)到的電壓和電流輸入AD8302幅相變換電路得到信號(hào)幅度比和相位差,輸入STM32,經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換,計(jì)算出任意時(shí)刻的阻抗,根據(jù)Smith圓圖的阻抗和導(dǎo)納的變化特點(diǎn),采用PID算法控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)角,由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)可調(diào)電容的變化,由此形成全新的閉環(huán)控制系統(tǒng)�？刂颇繕�(biāo)是使電路在3s內(nèi)實(shí)現(xiàn)匹配,并且使誤差控制在5%以內(nèi)。
[Abstract]:Power RF sources are widely used in vacuum coating, semiconductor etching and inductively heated plasma.The frequency of RF source is 13.56 MHz and the internal resistance RS is 50 惟.Usually, the load impedance is not equal to the internal resistance of the RF source. If the RF source is directly connected to the load, there will be some mismatch.The impedance mismatch will lead to the power reflection on the transmission line, and the energy can not be completely received by the load, which reduces the transmission efficiency.If the mismatch degree is deep, it will cause the failure of the processing process.Therefore, a matching network is required between the RF source (or the end of the transmission line) and the load.The load impedance varies in a certain range with the change of working time and surrounding environment. Only by detecting the load impedance in real time and adjusting the parameters of the matching network can the maximum transmission efficiency be obtained.Therefore, the research of impedance automatic matcher is very important.According to the characteristics of load variation in the process of machining, a 螕 type matching network is designed by using the law of impedance variation on the Smith diagram. The matching network is composed of a fine-tuned inductor and two vacuum tunable capacitors.The component parameters in the matching network are determined by the load variation range and working conditions, and the impedance matching network that meets the requirements is designed and fabricated.Because the maximum operating voltage of RF source is 200V and the maximum working current peak is 4A, the Roche coil, which has better performance than traditional current transformer, is used to detect the current signal on the transmission line in real time, and the 1:10 ratio is realized according to the circuit design.The resistors and capacitors which satisfy the self-integration condition are selected respectively.The voltage signal on transmission line is detected in real time by capacitor divider and the variable ratio of 1: 340 is realized. The detected voltage and current are input into AD8302 amplitude-phase conversion circuit to obtain signal amplitude ratio and phase difference, and STM32 is input to the circuit.The impedance at any time is calculated. According to the characteristic of impedance and admittance of Smith circle diagram, the rotation angle of step motor is controlled by PID algorithm, and the variable of adjustable capacitance is driven by step motor, thus a new closed-loop control system is formed.The control goal is to match the circuit within 3 s and to control the error within 5%.
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TN702

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本文編號(hào)：1745948