CN219456329U - 一种宽带射频功率测量链路与装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种宽带射频功率测量链路与装置，包括：耦合腔、运算放大及模数转换单元、数据处理单元和耦合器；耦合腔将射频输入信号耦合后输出；还将射频输入信号传递至耦合器内，耦合器根据射频输入信号生成耦合信号，并将耦合信号传递至运算放大及模数转换单元，运算放大及模数转换单元采样耦合信号，并对耦合信号进行运算放大及模数转化后，将耦合信号传输至数据处理单元进行数据处理。得到负载的特征阻抗、频率、功率和脉冲参数等，不需要采集反射功率，而是直接采集负载端特征阻抗的阻抗值，提升负载阻抗检测的精确性。此外，宽带射频功率测量链路完成对射频输入信号参数的采集限制在纳秒内，极大提升负载阻抗检测的速度。

Description

一种宽带射频功率测量链路与装置

技术领域

本实用新型涉及射频信号功率测量装置领域，特别是涉及一种宽带射频功率测量链路与装置。

背景技术

射频VI探测器是应用于射频电源阻抗匹配器中的一种关键组件。射频电源是半导体加工领域刻蚀，光刻，真空镀膜等工艺中核心零部件之一，主要用来产生高频高压电场激发等离子体，进而用于等离子体化学气相沉积，晶片刻蚀、清洗和高能激光产生等工艺步骤。射频电源与一般的直流电源和交流电源的区别在于，能产生更高频的电流信号，为更宽范围的物质提供电离。但是射频也具有其独特的特性，在输出端负载阻抗不匹配的情况下，输出的射频电流会反射回到发射端，导致能量无法输入到电离场中，同时，反射的电流会进入射频功率产生系统，导致热量急剧升高，烧毁设备。

因此，射频电源所要解决的首要问题，就是负载端的阻抗匹配。通常情况下，负载端的特征阻抗与阻抗可变部分的阻抗叠加达到50Ω时，即实现阻抗匹配。而在传统的射频电源自动阻抗匹配器中，通常采用双定向检波器检测负载端的反射功率，而非直接检测各个部分的阻抗值，且此匹配方法无法精确探测得到负载端的特征阻抗值，导致最终阻抗匹配的速度降低，检测精准度降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种宽带射频功率测量链路与装置，可在毫秒内探测并计算得到负载端的特征阻抗、频率、功率等参数，提升负载端特征阻抗检测的速率和精准性。

本实用新型提供一种宽带射频功率测量链路与装置，包括；耦合腔、运算放大及模数转换单元、数据处理单元和耦合器；

所述耦合腔将所述射频输入信号耦合后输出；

所述耦合腔还将所述射频输入信号传递至所述耦合器内，所述耦合器根据所述射频输入信号生成耦合信号，并将所述耦合信号传递至所述运算放大及模数转换单元，所述运算放大及模数转换单元采样所述耦合信号，并对所述耦合信号进行运算放大及模数转化后，将所述耦合信号传输至所述数据处理单元进行数据处理。

进一步的，所述耦合器包括电压耦合器和电流耦合器。

进一步的，所述运算放大及模数转换单元内设有运算放大电路和模数转换电路；

所述运算放大电路采样所述耦合信号，并对所述耦合信号进行放大后，将所述耦合信号传递至所述模数转换电路，所述模数转换电路对所述耦合信号进行模拟量到数字量的转化后，将所述耦合信号导入所述数据处理单元。

进一步的，所述耦合腔与所述运算放大及模数转换单元之间通过射频传输线相连；

所述耦合器设置在所述射频传输线长度中间的位置。

进一步的，所述数据单元包括FPGA处理器；

所述FPGA处理器采样所述耦合信号后对所述耦合信号进行数据处理。

本实施例还提供一种宽带射频功率测量装置，包括壳体、供电接口、射频输入端口和射频输出端口；

宽带射频功率测量链路设置在所述壳体内，所述壳体的一个表面上设置有所述射频输入端口，与所述射频输入端口相对的另一表面上设置有所述射频输出端口，所述供电接口设置在所述壳体的任一表面上。

进一步的，所述壳体的任一个表面上还设有通信接口。

相比于现有技术，本实用新型至少具有以下有益效果：

本实用新型通过设置一宽带射频功率测量链路，在耦合腔内设置耦合器，将射频输入信号耦合至运算放大器及模数转换单元，并对耦合信号进行模拟量到数字量的转化后放大，再将此数字信号输入至数据处理单元进行数据处理，得到负载的特征阻抗、频率、功率和脉冲参数等，不需要采集反射功率，而是直接采集负载端特征阻抗的阻抗值，提升负载阻抗检测的精确性。此外，宽带射频功率测量链路完成对射频输入信号参数的采集限制在纳秒内，极大提升负载阻抗检测的速度。

附图说明

图1为本实用新型实施例一中宽带射频功率测量链路的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二中宽带射频功率测量装置的正视图；

图3为本实用新型实施例二中宽带射频功率测量装置的俯视图；

图4位本实用新型实施例二中宽带射频功率测量装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的一种宽带射频功率测量链路与装置的描述，其中表示了本实用新型的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本实用新型，而仍然实现本实用新型的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本实用新型的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本实用新型。根据下面的说明书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

实施例一

本实施例提供一种宽带射频功率测量链路，请参考图1，包括耦合腔、运算放大及模数转换单元和数据处理单元、数据处理单元和耦合器；

所述耦合腔将所述射频输入信号耦合后输出；

所述耦合腔还将所述射频输入信号传递至所述耦合器内，所述耦合器根据所述射频输入信号生成耦合信号，并将所述耦合信号传递至所述运算放大及模数转换单元，所述运算放大及模数转换单元采样所述耦合信号，并对所述耦合信号进行运算放大及模数转化后，将所述耦合信号传输至所述数据处理单元进行数据处理。

具体的，所述射频输入信号是一种高频交流电信号，传输所述射频输入信号的射频传输线周围会产生交变的电场，且功率越大，电场强度愈大；在其传输线特定位置放置电流耦合器，耦合器受电场影响会产生耦合电流。

同样的，在射频信号传输线特定位置放置电压耦合器，耦合器受电场影响会产生耦合电压；

在一具体示例中，

此外，由所述耦合器耦合得到的电流和电压是微小的模拟量，此模拟量无法直接进行数字处理，需要经过所述运算放大及模数转换单元对模拟电流和电压进行处理后，才能传输到数据处理单元得出射频输入信号的相关参数。

具体的，运算放大及模数转换单元内设有运算放大电路和模数转换电路；

由于耦合信号的频率很高，所述运算放大电路需要高速采样所述耦合信号，对所述耦合信号进行放大后，将所述耦合信号传递至所述模数转换电路，所述模数转换电路对所述耦合信号进行模拟量到数字量的转化后，将所述耦合信号导入所述数据处理单元。

进一步的，所述数据单元包括：FPGA处理器((Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)，FPGA有较强的数据处理能力，能够处理高速数据流。

通过FPGA处理器对耦合信号进行处理，可绘制出电压与电流的正弦波形，经过测量比较可以得出电压与电流波形的相位差。

具体的，电压与电流的相位差为阻抗的辐角，即阻抗角，其数值上等于正弦电压的相位减去正弦电流的相位。根据阻抗角计算公式Z(阻抗)＝U(电压)/I(电流)，即可计算出射频传输线上的阻抗，亦即负载的特征阻抗。当已知阻抗Z、阻抗角θ、电压U和电流I后，通过交流电功率＝U(电压)*I(电流)*θ(阻抗角)，亦可计算出射频传输线上的功率和绘制史密斯圆图。

本实施例通过设置一宽带射频功率测量链路，通过在耦合腔内设置耦合器，将射频输入信号耦合至运算放大器及模数转换单元，并对耦合信号进行模拟量到数字量的转化后放大，将此数字信号输入至数据处理单元进行数据处理，得到负载的特征阻抗、频率、功率和脉冲参数等，不需要采集反射功率，而是直接采集负载端特征阻抗的阻抗值，提升负载阻抗检测的精确性。此外，宽带射频功率测量链路完成对射频输入信号参数的采集限制在毫秒内，极大提升负载阻抗检测的速度。

实施例二

本实施例提供一种宽带射频功率测量装置，请参考图2、图3和图4，宽带射频功率测量链路设置在所述外壳4内，与所述射频输入端口1相对的另一表面上安装有所述射频输出端口2，所述供电接口3安装在所述外壳4的任一表面。

所述供电接口3为宽带射频功率测量链路中的所有模块供电，保证所述宽带射频功率测量链路的正常工作。

所述射频输入端口1和射频输出端口2相对于所述壳体4对称并对齐，射频信号从射频输入端口1输入并从和射频输出端口2输出。

所述壳体通过螺丝6进行固定。

进一步的，所述壳体4的一个表面上还设有通信接口5，所述通信接口5实现远程通信，将射频输入信号的参数，包括电压、电流、阻抗、功率和电压驻波等发送至远程终端。

综上所述，通过在所述宽带射频功率测量装置内设置测量链路，即，在耦合腔内设置耦合器，将射频输入信号耦合至运算放大器及模数转换单元，并对耦合信号进行模拟量到数字量的转化后放大，将此数字信号输入至数据处理单元进行数据处理，得到负载的特征阻抗、频率、功率和脉冲参数等，不需要采集反射功率，而是直接采集负载端特征阻抗的阻抗值，提升负载阻抗检测的精确性。此外，宽带射频功率测量链路完成对射频输入信号参数的采集限制在纳秒内，提升负载阻抗检测的速度。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种宽带射频功率测量链路，其特征在于，包括：耦合腔、运算放大及模数转换单元、数据处理单元和耦合器；

所述耦合腔将射频输入信号耦合后输出；

所述耦合腔还将所述射频输入信号传递至所述耦合器内，所述耦合器根据所述射频输入信号生成耦合信号，并将所述耦合信号传递至所述运算放大及模数转换单元，所述运算放大及模数转换单元采样所述耦合信号，并对所述耦合信号进行运算放大及模数转化后，将所述耦合信号传输至所述数据处理单元进行数据处理。

2.根据权利要求1所述的宽带射频功率测量链路，其特征在于，所述耦合器包括电压耦合器和电流耦合器。

3.根据权利要求2所述的宽带射频功率测量链路，其特征在于，所述运算放大及模数转换单元内设有运算放大电路和模数转换电路；

所述运算放大电路采样所述耦合信号，并对所述耦合信号进行放大后，将所述耦合信号传递至所述模数转换电路，所述模数转换电路对所述耦合信号进行模拟量到数字量的转化后，将所述耦合信号导入所述数据处理单元。

4.根据权利要求1所述的宽带射频功率测量链路，其特征在于，所述耦合腔与所述运算放大及模数转换单元之间通过射频传输线相连；

所述耦合器设置在所述射频传输线长度中间的位置。

5.根据权利要求1所述的宽带射频功率测量链路，其特征在于，所述数据处理单元包括FPGA处理器。

6.一种宽带射频功率测量装置，采用权利要求1-5中任一项的宽带射频功率测量链路，其特征在于，包括壳体、供电接口、射频输入端口和射频输出端口；

所述宽带射频功率测量链路设置在所述壳体内，所述壳体的一个表面上设置有所述射频输入端口，与所述射频输入端口相对的另一表面上设置有所述射频输出端口；所述供电接口设置在所述壳体的任一表面上。

7.根据权利要求6所述的宽带射频功率测量装置，其特征在于，所述壳体的任一个表面上还设有通信接口。