CN112584599B - 一种高效的微波等离子炬 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效的微波等离子炬，属于微波应用技术领域，包括微波发生器、微波输送装置、金属外壳、超材料结构层和放电管；所述金属外壳上设有馈口；所述馈口用于接收微波发生器通过微波输送装置向金属外壳内部输入的微波；所述金属外壳内设有超材料结构层；所述超材料结构层中心设有容纳空间；所述容纳空间包围放电管；所述放电管贯穿金属外壳；所述超材料结构层由外到内材料的相对介电常数渐变递增，使经过超材料结构层的微波汇集在容纳空间。本发明的一种高效的微波等离子炬，能够将微波集中能量到放电区域，减小反射并提高能量利用率，高效产生等离子体。
Description
技术领域
本发明属于微波应用技术领域，具体地说涉及一种高效的微波等离子炬。
背景技术
微波等离子体炬要求放电区域的电场强度达到工作气体的击穿场强，才能对工作气体进行电离，产生等离子体。现有微波发生器通过波导向金属腔体输入微波，由于反射等因素，微波能量分散在整个腔体而并不集中在放电区域，导致微波能量的利用率不高，产生等离子体困难。
发明内容
本发明的目的是针对上述不足之处提供一种高效的微波等离子炬，拟解决如何能够使微波集中能量到放电区域，减小反射并提高能量利用率等问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高效的微波等离子炬，包括微波发生器14、微波输送装置15、金属外壳1、超材料结构层3和放电管16；所述金属外壳1上设有馈口2；所述馈口2用于接收微波发生器14通过微波输送装置15向金属外壳1内部输入的微波；所述金属外壳1内设有超材料结构层3；所述超材料结构层3中心设有容纳空间4；所述容纳空间4包围放电管16；所述放电管16贯穿金属外壳1；所述超材料结构层3由外到内材料的相对介电常数渐变递增，使经过超材料结构层3的微波汇集在容纳空间4。由上述结构可知，微波发生器14产生微波，微波经过微波输送装置15传输至馈口2，然后进入金属外壳1内部，金属外壳1可以反射微波，减少微波泄漏；微波输送装置15除了压缩波导，一般还包括带水负载的环形器、耦合器和三销钉调节器；压缩波导提高了微波发生器14输入微波的能量密度，提高了产生等离子体的效率。向放电管16内通入氮气或氩气作为工作气体，再通入待处理的废气，工作气体在微波作用下电离，产生并维持等离子体，使废气分解。微波进入金属外壳1内部时，经过超材料结构层3时被汇集在容纳空间4，容纳空间4中的放电管16的气体在汇集的微波作用下高效产生等离子体，超材料结构层3特殊结构使微波向放电管(放电区域)汇聚，提高了该区域的能量密度，减小了微波能的反射，提高了微波能量利用率。由于超材料结构层3自身的特性，所以对馈口2在多个位置不影响微波汇集在容纳空间4，仍然能实现对微波能高效吸收、利用。超材料结构层3之所以能够实现微波只进不出，是因为超材料结构层3由外到内材料的相对介电常数渐变递增，这种递增可以是连续光滑的渐变递增也可以是阶梯式的渐变递增，即超材料结构层3最外侧的材料部分相对介电常数最小，超材料结构层3最内侧的材料部分相对介电常数最大，其原理类似微波经过超材料结构层3，不断向容纳空间4折射，使微波经过超材料结构层3时只会进入容纳空间4，而不会逃逸。
进一步的，所述超材料结构层3包括若干个由内到外依次嵌套的环柱5；所述容纳空间4为半径为r的圆柱空间；所述超材料结构层3的半径为R；所述超材料结构层3外部空间的相对介电常数为ε0；所述超材料结构层3各位置点的相对介电常数构成阶梯函数，位置点与容纳空间4中心的距离为d，其中R＞d＞r；阶梯函数的每个阶梯和另构建的函数εd＝ε0(R/d)2相交。由上述结构可知，现有理论中超材料结构层3将微波向容纳空间4汇集，其材料的相对介电常数应趋近函数ε(d)＝ε0(R/d)2，即超材料结构层3每个和容纳空间4轴心不同位置点的相对介电常数都不一样。由于超材料结构层3和金属外壳1之间为空气，所以ε0为空气的相对介电常数；然而实际上这样的结构很难实现，本发明采用若干个由内到外依次嵌套的环柱5来构成超材料结构层3，只需要将对应位置的环柱5的相对介电常数趋近函数ε(d)＝ε0(R/d)2，既能够组成由外到内材料的相对介电常数渐变递增的超材料结构层3。例如某一环柱5的内径为d1，外径为d2，则和容纳空间4轴心相距d1～d2区间的位置点均采用该环柱5的相对介电常数，这样所有的环柱5的相对介电常数和位置点呈现在坐标系上为一个阶梯函数。只需要将阶梯函数每个阶梯和另构建的函数ε(d)＝ε0(R/d)2相交，即达到和函数ε(d)＝ε0(R/d)2趋近的目的，能够实现微波的汇集。例如某一环柱5的内径为d1，外径为d2，相对介电常数为ε1，呈现在坐标系上是横坐标在d1～d2，纵坐标均为ε1的水平线段，这个线段和函数ε(d)＝ε0(R/d)2相交。若干个由内到外依次嵌套的环柱5，包括了一种虚拟的嵌套，例如一个相对介电常数渐变的材料整体，可以视为由内到外依次虚拟嵌套的环柱5，而实际为一个整体材料，这种虚拟嵌套也包含在本发明保护的嵌套概念里，便于加工，降低成本。
进一步的，所述环柱5上设有若干个中空腔6；所述中空腔6两端分别延伸至对应环柱5的顶底面。由上述结构可知，环柱5可以采用聚偏二氟乙烯作为基材，在环柱5上设置中空腔6即可改变环柱5本身的相对介电常数。可以通过现有理论进行计算和试验验证。
进一步的，位于外部的环柱5的中空腔6的截面大于位于内部的环柱5的中空腔6的截面。由上述结构可知，中空腔6的截面越大，则环柱5的相对介电常数越小，中空腔6的截面越小，则环柱5的相对介电常数越大。由外到内环柱5的中空腔6的截面越来越小，则超材料结构层3由外到内材料的相对介电常数渐变递增。
进一步的，所述环柱5上的中空腔6均匀间隔；每个环柱5上的中空腔6数量相等。由上述结构可知，使微波从超材料结构层3除轴向外多个角度进入超材料结构层3，均能够在容纳空间4汇集。
进一步的，所述中空腔6的截面为圆形或椭圆形或多边形。由上述结构可知，中空腔6可采用多种截面形状均能够实现环柱5的相对介电常数的改变，常规可以采用截面为圆形。
进一步的，所述金属外壳1顶部设有开口7；所述开口7上设有压盖8；所述压盖8底部设有凹圆槽9；所述凹圆槽9配合在超材料结构层3顶部；所述超材料结构层3夹在压盖8和金属外壳1的底部之间。由上述结构可知，凹圆槽9配合在超材料结构层3顶部，使超材料结构层3夹在压盖8和金属外壳1的底部之间，超材料结构层3顶部底部没有缝隙，避免微波从容纳空间4逃逸。
进一步的，所述压盖8内部设有连通腔10；所述凹圆槽9上设有若干个微孔11；所述微孔11使所有的中空腔6以及容纳空间4分别和连通腔10连通；所述压盖8上设有安全阀12；所述安全阀12用于连通腔10超压时泄压；所述超材料结构层3底部设有L定位板13；所述金属外壳1底部设有和L定位板13配合的L定位槽。由上述结构可知，凹圆槽9上设有若干个微孔11，超材料结构层3底部设有L定位板13，L定位板13配合的在L定位槽时，超材料结构层3位置和角度是唯一确定的，这个位置设计时预先调整好，确保效果最佳，避免每次都需要调整超材料结构层3的位置，同时也使所有的中空腔6都对应有一个和连通腔10连通的微孔11，容纳空间4也对应有微孔11和连通腔10连通；当中空腔6或容纳空间4气压过高时，气体经过微孔11进入连通腔10，然后从安全阀12泄压出去，起到安全保护的作用。微孔11很小，类似一个截止波导，微波不会从此逃逸。使用方法为，打开压盖8，将超材料结构层3从金属外壳1顶部的开口7放入金属外壳1内；将超材料结构层3通过L定位板13和金属外壳1底部的L定位槽定位；盖上压盖8，使压盖8底部的凹圆槽9配合在超材料结构层3顶部，此时所有的中空腔6都对应有一个和连通腔10连通的微孔11，容纳空间4也对应有微孔11和连通腔10连通；选取微波源，微波源向馈口2输入微波，微波经过超材料结构层3时被汇集在容纳空间4；当中空腔6或容纳空间4气压过高时，气体经过微孔11进入连通腔10，然后从安全阀12泄压出去。
进一步的，所述放电管16包括金属进管17、石英管18和金属出管19；所述金属进管17、石英管18和金属出管19依次连通；所述金属进管17设在压盖8上，并贯穿连通腔10；所述金属出管19设在金属外壳1底部；所述石英管18位于容纳空间4内，且石英管18夹在压盖8和金属外壳1的底部之间；所述金属外壳1的内侧底部设有环凸20；所述石英管18的底部配合在环凸20内。由上述结构可知，工作气体和待处理废气从金属进管17进入石英管18电离分解，然后从金属出管19流出，金属进管17、金属出管19相当于截止波导，减少微波泄漏；环凸20便于快速安装石英管18。所以石英管18是方便更换的。
本发明的有益效果是：
本发明公开了一种高效的微波等离子炬，属于微波应用技术领域，包括微波发生器、微波输送装置、金属外壳、超材料结构层和放电管；所述金属外壳上设有馈口；所述馈口用于接收微波发生器通过微波输送装置向金属外壳内部输入的微波；所述金属外壳内设有超材料结构层；所述超材料结构层中心设有容纳空间；所述容纳空间包围放电管；所述放电管贯穿金属外壳；所述超材料结构层由外到内材料的相对介电常数渐变递增，使经过超材料结构层的微波汇集在容纳空间。本发明的一种高效的微波等离子炬，能够将微波集中能量到放电区域，减小反射并提高能量利用率，高效产生等离子体。
附图说明
图1是本发明微波等离子炬金属外壳剖开结构示意图；
图2是本发明金属外壳剖开结构示意图；
图3是本发明超材料结构层俯视结构示意图；
图4是本发明函数εd和阶梯函数在坐标系中的示意图；
附图中：1-金属外壳、2-馈口、3-超材料结构层、4-容纳空间、5-环柱、6-中空腔、7-开口、8-压盖、9-凹圆槽、10-连通腔、11-微孔、12-安全阀、13-L定位板、14-微波发生器、15-微波输送装置、16-放电管、17-金属进管、18-石英管、19-金属出管、20-环凸。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步详细说明，但是本发明不局限于以下实施例。
实施例一：
见附图1～4。一种高效的微波等离子炬，包括微波发生器14、微波输送装置15、金属外壳1、超材料结构层3和放电管16；所述金属外壳1上设有馈口2；所述馈口2用于接收微波发生器14通过微波输送装置15向金属外壳1内部输入的微波；所述金属外壳1内设有超材料结构层3；所述超材料结构层3中心设有容纳空间4；所述容纳空间4包围放电管16；所述放电管16贯穿金属外壳1；所述超材料结构层3由外到内材料的相对介电常数渐变递增，使经过超材料结构层3的微波汇集在容纳空间4。由上述结构可知，微波发生器14产生微波，微波经过微波输送装置15传输至馈口2，然后进入金属外壳1内部，金属外壳1可以反射微波，减少微波泄漏；微波输送装置15除了压缩波导，一般还包括带水负载的环形器、耦合器和三销钉调节器；压缩波导提高了微波发生器14输入微波的能量密度，提高了产生等离子体的效率。向放电管16内通入氮气或氩气作为工作气体，再通入待处理的废气，工作气体在微波作用下电离，产生并维持等离子体，使废气分解。微波进入金属外壳1内部时，经过超材料结构层3时被汇集在容纳空间4，容纳空间4中的放电管16的气体在汇集的微波作用下高效产生等离子体，超材料结构层3特殊结构使微波向放电管(放电区域)汇聚，提高了该区域的能量密度，减小了微波能的反射，提高了微波能量利用率。由于超材料结构层3自身的特性，所以对馈口2在多个位置不影响微波汇集在容纳空间4，仍然能实现对微波能高效吸收、利用。超材料结构层3之所以能够实现微波只进不出，是因为超材料结构层3由外到内材料的相对介电常数渐变递增，这种递增可以是连续光滑的渐变递增也可以是阶梯式的渐变递增，即超材料结构层3最外侧的材料部分相对介电常数最小，超材料结构层3最内侧的材料部分相对介电常数最大，其原理类似微波经过超材料结构层3，不断向容纳空间4折射，使微波经过超材料结构层3时只会进入容纳空间4，而不会逃逸。
实施例二：
见附图1～4。一种高效的微波等离子炬，包括微波发生器14、微波输送装置15、金属外壳1、超材料结构层3和放电管16；所述金属外壳1上设有馈口2；所述馈口2用于接收微波发生器14通过微波输送装置15向金属外壳1内部输入的微波；所述金属外壳1内设有超材料结构层3；所述超材料结构层3中心设有容纳空间4；所述容纳空间4包围放电管16；所述放电管16贯穿金属外壳1；所述超材料结构层3由外到内材料的相对介电常数渐变递增，使经过超材料结构层3的微波汇集在容纳空间4。由上述结构可知，微波发生器14产生微波，微波经过微波输送装置15传输至馈口2，然后进入金属外壳1内部，金属外壳1可以反射微波，减少微波泄漏；微波输送装置15除了压缩波导，一般还包括带水负载的环形器、耦合器和三销钉调节器；压缩波导提高了微波发生器14输入微波的能量密度，提高了产生等离子体的效率。向放电管16内通入氮气或氩气作为工作气体，再通入待处理的废气，工作气体在微波作用下电离，产生并维持等离子体，使废气分解。微波进入金属外壳1内部时，经过超材料结构层3时被汇集在容纳空间4，容纳空间4中的放电管16的气体在汇集的微波作用下高效产生等离子体，超材料结构层3特殊结构使微波向放电管(放电区域)汇聚，提高了该区域的能量密度，减小了微波能的反射，提高了微波能量利用率。由于超材料结构层3自身的特性，所以对馈口2在多个位置不影响微波汇集在容纳空间4，仍然能实现对微波能高效吸收、利用。超材料结构层3之所以能够实现微波只进不出，是因为超材料结构层3由外到内材料的相对介电常数渐变递增，这种递增可以是连续光滑的渐变递增也可以是阶梯式的渐变递增，即超材料结构层3最外侧的材料部分相对介电常数最小，超材料结构层3最内侧的材料部分相对介电常数最大，其原理类似微波经过超材料结构层3，不断向容纳空间4折射，使微波经过超材料结构层3时只会进入容纳空间4，而不会逃逸。
所述超材料结构层3包括若干个由内到外依次嵌套的环柱5；所述容纳空间4为半径为r的圆柱空间；所述超材料结构层3的半径为R；所述超材料结构层3外部空间的相对介电常数为ε0；所述超材料结构层3各位置点的相对介电常数构成阶梯函数，位置点与容纳空间4中心的距离为d，其中R＞d＞r；阶梯函数的每个阶梯和另构建的函数εd＝ε0(R/d)2相交。由上述结构可知，现有理论中超材料结构层3将微波向容纳空间4汇集，其材料的相对介电常数应趋近函数ε(d)＝ε0(R/d)2，即超材料结构层3每个和容纳空间4轴心不同位置点的相对介电常数都不一样。由于超材料结构层3和金属外壳1之间为空气，所以ε0为空气的相对介电常数；然而实际上这样的结构很难实现，本发明采用若干个由内到外依次嵌套的环柱5来构成超材料结构层3，只需要将对应位置的环柱5的相对介电常数趋近函数ε(d)＝ε0(R/d)2，既能够组成由外到内材料的相对介电常数渐变递增的超材料结构层3。例如某一环柱5的内径为d1，外径为d2，则和容纳空间4轴心相距d1～d2区间的位置点均采用该环柱5的相对介电常数，这样所有的环柱5的相对介电常数和位置点呈现在坐标系上为一个阶梯函数。只需要将阶梯函数每个阶梯和另构建的函数ε(d)＝ε0(R/d)2相交，即达到和函数ε(d)＝ε0(R/d)2趋近的目的，能够实现微波的汇集。例如某一环柱5的内径为d1，外径为d2，相对介电常数为ε1，呈现在坐标系上是横坐标在d1～d2，纵坐标均为ε1的水平线段，这个线段和函数ε(d)＝ε0(R/d)2相交。若干个由内到外依次嵌套的环柱5，包括了一种虚拟的嵌套，例如一个相对介电常数渐变的材料整体，可以视为由内到外依次虚拟嵌套的环柱5，而实际为一个整体材料，这种虚拟嵌套也包含在本发明保护的嵌套概念里，便于加工，降低成本。
实施例三：
见附图1～4。一种高效的微波等离子炬，包括微波发生器14、微波输送装置15、金属外壳1、超材料结构层3和放电管16；所述金属外壳1上设有馈口2；所述馈口2用于接收微波发生器14通过微波输送装置15向金属外壳1内部输入的微波；所述金属外壳1内设有超材料结构层3；所述超材料结构层3中心设有容纳空间4；所述容纳空间4包围放电管16；所述放电管16贯穿金属外壳1；所述超材料结构层3由外到内材料的相对介电常数渐变递增，使经过超材料结构层3的微波汇集在容纳空间4。由上述结构可知，微波发生器14产生微波，微波经过微波输送装置15传输至馈口2，然后进入金属外壳1内部，金属外壳1可以反射微波，减少微波泄漏；微波输送装置15除了压缩波导，一般还包括带水负载的环形器、耦合器和三销钉调节器；压缩波导提高了微波发生器14输入微波的能量密度，提高了产生等离子体的效率。向放电管16内通入氮气或氩气作为工作气体，再通入待处理的废气，工作气体在微波作用下电离，产生并维持等离子体，使废气分解。微波进入金属外壳1内部时，经过超材料结构层3时被汇集在容纳空间4，容纳空间4中的放电管16的气体在汇集的微波作用下高效产生等离子体，超材料结构层3特殊结构使微波向放电管(放电区域)汇聚，提高了该区域的能量密度，减小了微波能的反射，提高了微波能量利用率。由于超材料结构层3自身的特性，所以对馈口2在多个位置不影响微波汇集在容纳空间4，仍然能实现对微波能高效吸收、利用。超材料结构层3之所以能够实现微波只进不出，是因为超材料结构层3由外到内材料的相对介电常数渐变递增，这种递增可以是连续光滑的渐变递增也可以是阶梯式的渐变递增，即超材料结构层3最外侧的材料部分相对介电常数最小，超材料结构层3最内侧的材料部分相对介电常数最大，其原理类似微波经过超材料结构层3，不断向容纳空间4折射，使微波经过超材料结构层3时只会进入容纳空间4，而不会逃逸。
所述超材料结构层3包括若干个由内到外依次嵌套的环柱5；所述容纳空间4为半径为r的圆柱空间；所述超材料结构层3的半径为R；所述超材料结构层3外部空间的相对介电常数为ε0；所述超材料结构层3各位置点的相对介电常数构成阶梯函数，位置点与容纳空间4中心的距离为d，其中R＞d＞r；阶梯函数的每个阶梯和另构建的函数εd＝ε0(R/d)2相交。由上述结构可知，现有理论中超材料结构层3将微波向容纳空间4汇集，其材料的相对介电常数应趋近函数ε(d)＝ε0(R/d)2，即超材料结构层3每个和容纳空间4轴心不同位置点的相对介电常数都不一样。由于超材料结构层3和金属外壳1之间为空气，所以ε0为空气的相对介电常数；然而实际上这样的结构很难实现，本发明采用若干个由内到外依次嵌套的环柱5来构成超材料结构层3，只需要将对应位置的环柱5的相对介电常数趋近函数ε(d)＝ε0(R/d)2，既能够组成由外到内材料的相对介电常数渐变递增的超材料结构层3。例如某一环柱5的内径为d1，外径为d2，则和容纳空间4轴心相距d1～d2区间的位置点均采用该环柱5的相对介电常数，这样所有的环柱5的相对介电常数和位置点呈现在坐标系上为一个阶梯函数。只需要将阶梯函数每个阶梯和另构建的函数ε(d)＝ε0(R/d)2相交，即达到和函数ε(d)＝ε0(R/d)2趋近的目的，能够实现微波的汇集。例如某一环柱5的内径为d1，外径为d2，相对介电常数为ε1，呈现在坐标系上是横坐标在d1～d2，纵坐标均为ε1的水平线段，这个线段和函数ε(d)＝ε0(R/d)2相交。若干个由内到外依次嵌套的环柱5，包括了一种虚拟的嵌套，例如一个相对介电常数渐变的材料整体，可以视为由内到外依次虚拟嵌套的环柱5，而实际为一个整体材料，这种虚拟嵌套也包含在本发明保护的嵌套概念里，便于加工，降低成本。
所述环柱5上设有若干个中空腔6；所述中空腔6两端分别延伸至对应环柱5的顶底面。由上述结构可知，环柱5可以采用聚偏二氟乙烯作为基材，在环柱5上设置中空腔6即可改变环柱5本身的相对介电常数。可以通过现有理论进行计算和试验验证。
位于外部的环柱5的中空腔6的截面大于位于内部的环柱5的中空腔6的截面。由上述结构可知，中空腔6的截面越大，则环柱5的相对介电常数越小，中空腔6的截面越小，则环柱5的相对介电常数越大。由外到内环柱5的中空腔6的截面越来越小，则超材料结构层3由外到内材料的相对介电常数渐变递增。
所述环柱5上的中空腔6均匀间隔；每个环柱5上的中空腔6数量相等。由上述结构可知，使微波从超材料结构层3除轴向外多个角度进入超材料结构层3，均能够在容纳空间4汇集。
所述中空腔6的截面为圆形或椭圆形或多边形。由上述结构可知，中空腔6可采用多种截面形状均能够实现环柱5的相对介电常数的改变，常规可以采用截面为圆形。
所述金属外壳1顶部设有开口7；所述开口7上设有压盖8；所述压盖8底部设有凹圆槽9；所述凹圆槽9配合在超材料结构层3顶部；所述超材料结构层3夹在压盖8和金属外壳1的底部之间。由上述结构可知，凹圆槽9配合在超材料结构层3顶部，使超材料结构层3夹在压盖8和金属外壳1的底部之间，超材料结构层3顶部底部没有缝隙，避免微波从容纳空间4逃逸。
所述压盖8内部设有连通腔10；所述凹圆槽9上设有若干个微孔11；所述微孔11使所有的中空腔6以及容纳空间4分别和连通腔10连通；所述压盖8上设有安全阀12；所述安全阀12用于连通腔10超压时泄压；所述超材料结构层3底部设有L定位板13；所述金属外壳1底部设有和L定位板13配合的L定位槽。由上述结构可知，凹圆槽9上设有若干个微孔11，超材料结构层3底部设有L定位板13，L定位板13配合的在L定位槽时，超材料结构层3位置和角度是唯一确定的，这个位置设计时预先调整好，确保效果最佳，避免每次都需要调整超材料结构层3的位置，同时也使所有的中空腔6都对应有一个和连通腔10连通的微孔11，容纳空间4也对应有微孔11和连通腔10连通；当中空腔6或容纳空间4气压过高时，气体经过微孔11进入连通腔10，然后从安全阀12泄压出去，起到安全保护的作用。微孔11很小，类似一个截止波导，微波不会从此逃逸。使用方法为，打开压盖8，将超材料结构层3从金属外壳1顶部的开口7放入金属外壳1内；将超材料结构层3通过L定位板13和金属外壳1底部的L定位槽定位；盖上压盖8，使压盖8底部的凹圆槽9配合在超材料结构层3顶部，此时所有的中空腔6都对应有一个和连通腔10连通的微孔11，容纳空间4也对应有微孔11和连通腔10连通；选取微波源，微波源向馈口2输入微波，微波经过超材料结构层3时被汇集在容纳空间4；当中空腔6或容纳空间4气压过高时，气体经过微孔11进入连通腔10，然后从安全阀12泄压出去。
所述放电管16包括金属进管17、石英管18和金属出管19；所述金属进管17、石英管18和金属出管19依次连通；所述金属进管17设在压盖8上，并贯穿连通腔10；所述金属出管19设在金属外壳1底部；所述石英管18位于容纳空间4内，且石英管18夹在压盖8和金属外壳1的底部之间；所述金属外壳1的内侧底部设有环凸20；所述石英管18的底部配合在环凸20内。由上述结构可知，工作气体和待处理废气从金属进管17进入石英管18电离分解，然后从金属出管19流出，金属进管17、金属出管19相当于截止波导，减少微波泄漏；环凸20便于快速安装石英管18。所以石英管18是方便更换的。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (2)
1.一种高效的微波等离子炬，其特征在于：包括微波发生器(14)、微波输送装置(15)、金属外壳(1)、超材料结构层(3)和放电管(16)；所述金属外壳(1)上设有馈口(2)；所述馈口(2)用于接收微波发生器(14)通过微波输送装置(15)向金属外壳(1)内部输入的微波；所述金属外壳(1)内设有超材料结构层(3)；所述超材料结构层(3)中心设有容纳空间(4)；所述容纳空间(4)包围放电管(16)；所述放电管(16)贯穿金属外壳(1)；所述超材料结构层(3)由外到内材料的相对介电常数渐变递增，使经过超材料结构层(3)的微波汇集在容纳空间(4)；所述超材料结构层(3)包括若干个由内到外依次嵌套的环柱(5)；所述容纳空间(4)为半径为r的圆柱空间；所述超材料结构层(3)的半径为R；所述超材料结构层(3)外部空间的相对介电常数为ε0；所述超材料结构层(3)各位置点的相对介电常数构成阶梯函数，位置点与容纳空间(4)中心的距离为d，其中R＞d＞r；阶梯函数的每个阶梯和另构建的函数ε(d)＝ε0(R/d)2相交；所述环柱(5)上设有若干个中空腔(6)；所述中空腔(6)两端分别延伸至对应环柱(5)的顶底面；位于外部的环柱(5)的中空腔(6)的截面大于位于内部的环柱(5)的中空腔(6)的截面；所述环柱(5)上的中空腔(6)均匀间隔；每个环柱(5)上的中空腔(6)数量相等；所述中空腔(6)的截面为圆形或椭圆形或多边形；所述金属外壳(1)顶部设有开口(7)；所述开口(7)上设有压盖(8)；所述压盖(8)底部设有凹圆槽(9)；所述凹圆槽(9)配合在超材料结构层(3)顶部；所述超材料结构层(3)夹在压盖(8)和金属外壳(1)的底部之间；所述压盖(8)内部设有连通腔(10)；所述凹圆槽(9)上设有若干个微孔(11)；所述微孔(11)使所有的中空腔(6)以及容纳空间(4)分别和连通腔(10)连通；所述压盖(8)上设有安全阀(12)；所述安全阀(12)用于连通腔(10)超压时泄压；所述超材料结构层(3)底部设有L定位板(13)；所述金属外壳(1)底部设有和L定位板(13)配合的L定位槽。
2.根据权利要求1所述的一种高效的微波等离子炬，其特征在于：所述放电管(16)包括金属进管(17)、石英管(18)和金属出管(19)；所述金属进管(17)、石英管(18)和金属出管(19)依次连通；所述金属进管(17)设在压盖(8)上，并贯穿连通腔(10)；所述金属出管(19)设在金属外壳(1)底部；所述石英管(18)位于容纳空间(4)内，且石英管(18)夹在压盖(8)和金属外壳(1)的底部之间；所述金属外壳(1)的内侧底部设有环凸(20)；所述石英管(18)的底部配合在环凸(20)内。
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