DE3912569A1

DE3912569A1 - METHOD AND DEVICE FOR GENERATING AN ELECTRICAL HIGH FREQUENCY FIELD IN A UTILITY ROOM

Info

Publication number: DE3912569A1
Application number: DE19893912569
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Krueger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: RAFIN SINAR LASER GMBH, 22113 HAMBURG, DE
Priority date: 1989-04-17
Filing date: 1989-04-17
Publication date: 1990-10-18
Also published as: WO1990013151A1; JPH04504640A; EP0468990A1

Abstract

In useful volumes which are preferably extended in one direction, high-frequency fields are to be coupled to provide a desired distribution of the h.f. power in a lossy medium introduced into the useful volume. This is achieved by imposing a phase wavelength in the largest longitudinal extension of the useful volume lying near the longitudinal extension of the useful volume (1) or above it, or by imposing an aperiodically damped wave in this direction, so that the high-frequency power is correspondingly coupled to the desired field cycle largely vertically to the direction of the longitudinal extension in the useful volume. In the relevant device with a linearly extended useful volume, said volume (1) is inside a coupling volume (2) which has at least one coupling wall (30, 30') with coupling apertures (31 to 34) for the distribution of the h.f. power over its entire longitudinal extension and is powered from a distributor volume (40, 40').

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung eines elektrischen Hochfrequenzfeldes gewünschten Feldstär keverlaufes in einem Nutzraum, der in eine Richtung ausge dehnt ist und/oder auf ein Verfahren zur Verteilung der HF- Leistung in einem verlustbehafteten Medium, das in den Nutz raum eingebracht ist. Daneben bezieht sich die Erfindung auch auf die zugehörige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit einem in eine Richtung bevorzugt ausgedehnten Nutzraum.The invention relates to a method for production of an electrical high-frequency field desired field strength keverlaufes in a usable space that out in one direction stretches and / or to a method for distributing the RF Performance in a lossy medium that benefits space is introduced. The invention also relates on the associated device for performing the method with a usable space that is preferably extended in one direction.

Für eine Reihe von physikalischen oder technischen Anwen dungen ist es erforderlich, Feld- oder Leistungsverteilungen in solchen Nutzräumen zu erzeugen, bei denen eine oder zwei Längenausdehnungen größer sind als etwa 1/8 der HF-Freiraum wellenlänge. Es ist bekannt, daß sich mittels Hohlleitern Nutzräume, die wesentlich länger sind als ein Mehrfaches der Freiraumwellenlänge, mit ausgedehnten gleichmäßigen elektri schen Feldern erzielen lassen. Dafür wird beispielsweise der Querschnitt des Hohlleiters so gewählt, daß bei der vom HF- Generator bestimmten Frequenz sich im Hohlleiter der Wellentyp niedrigster Frequenz ("Grundtyp") mit hoher Phasenwellenlänge ausbreitet bzw. eine stehende Welle bildet. Ein Teil dieser stehenden Welle kann dann etwa für die Erzeugung einer gleich mäßigen Feldkonfiguration dienen. Auf diese Weise läßt sich allerdings in einem stark absorbierenden Medium keine gleich mäßige Leistungsdichteverteilung erzielen, da die Dämpfung in Fortpflanzungsrichtung der Welle einen starken Abfall der Feld stärke und der Leistung bewirkt. For a number of physical or technical applications it is necessary to distribute fields or services to produce in those usable spaces where one or two Length extensions are greater than about 1/8 of the HF free space wavelength. It is known that by means of waveguides Usable spaces that are much longer than a multiple of Free space wavelength, with extensive uniform electri fields. For example, the Cross section of the waveguide selected so that the Generator determined frequency in the waveguide of the wave type lowest frequency ("basic type") with high phase wavelength spreads or forms a standing wave. Part of this standing wave can then be about the same for generating a moderate field configuration. In this way but not the same in a highly absorbent medium Achieve moderate power density distribution because the damping in The wave's direction of propagation causes a sharp drop in the field strength and performance.

Letzteres Problem tritt beispielsweise bei Anwendung für Gas- Laser auf, bei denen ein räumlich linear ausgedehntes Gasplas ma innerhalb eines Plasmaraumes vorteilhaft ist. Die zeitlich konstante Anregung einer solchen Plasmazone ist bisher vom Stand der Technik nur unbefriedigend gelöst: Entweder wird Hochfrequenz-Leistung in Ausdehnungsrichtung eingespeist, was zu Erreichung einer stetigen Plasmazone nur beim sogenannten "Fast-Flow"-Laser sinnvoll ist, wie er beispielsweise in der DE-OS 37 43 258 beschrieben ist. Bei einer Quereinkopplung der HF-Leistung bestehen dagegen immer Probleme hinsichtlich der Gleichmäßigkeit der eingekoppelten Energie über die Längsaus dehnung der Plasmazone. Im Ergebnis ist man dadurch im Fre quenzbereich für die Leistungs-Einkopplung begrenzt. Beispiele sind hierfür die DE-OS 37 29 053 und die EP-A-O 2 75 023, die sogenannte Bandleiter-Laser beschreiben und bei welchen die HF-Leistung über die Bandleiter-Elektroden zugeführt wird. Da bei können auch längs der Plasmazone segmentierte Elektroden mit jeweils wiederholter elektrischer Zuführung verwendet wer den, was aber erfahrunggemäß Unstetigkeiten in der Anregung ergibt und somit unbefriedigend bleibt.The latter problem occurs, for example, when used for gas Lasers on which have a spatially linearly extended gas plasma ma within a plasma space is advantageous. The temporal So far, constant excitation of such a plasma zone is from State of the art only solved unsatisfactorily: Either High frequency power fed into the expansion direction what to achieve a steady plasma zone only with the so-called "Fast-flow" laser is useful, such as that used in the DE-OS 37 43 258 is described. With a cross coupling of the RF power, however, always have problems with the Uniformity of the injected energy along the length expansion of the plasma zone. As a result, you are outdoors frequency range for power coupling limited. Examples are DE-OS 37 29 053 and EP-A-O 2 75 023, which describe so-called stripline lasers and in which the RF power is supplied via the strip conductor electrodes. There electrodes can also be segmented along the plasma zone with repeated electrical supply who used what, however, experience has shown discontinuities in the excitation results and thus remains unsatisfactory.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Verfahren und die zugehörige Vorrichtung anzugeben, mit denen ein weitgehend gleichmäßiges Hochfrequenzfeld gewünschten Feldverlaufes in einem Nutzraum erzeugen läßt. Dabei soll auch die Möglichkeit bestehen, HF-Leistung auf ein in den Nutzraum eingebrachtes verlustbehaftetes Medium mit gewünschtem örtlichen Verlauf zu verteilen, so daß das Verfahren für unterschiedlichste Anwen dungen geeignet ist.In contrast, the object of the invention is a method and specify the associated device with which a largely uniform high frequency field desired field course in can create a usable space. This should also be the opportunity exist, RF power to an introduced into the usable space lossy medium with the desired local course distribute, so that the procedure for different applications suitable.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Weiterbildungen und spezifische Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Verfahrensansprüchen. Realisiert wird dies Ver fahren mit einer Vorrichtung gemäß dem unabhängigen Vorrich tungsanspruch, wobei Weiterbildungen in den abhängigen Unter ansprüchen angegeben sind.The object is achieved by a method according to the Features of claim 1 solved. Further training and specific applications of the invention result from the dependent procedural claims. This is realized in Ver drive with a device according to the independent device tion claim, with further training in the dependent sub claims are specified.

Gemäß der Erfindung steht der Vektor der elektrischen Feld stärke ungefähr senkrecht auf den durch die beiden größeren Abmessungen bestimmten Flächen des Nutzraumes. Von den Längen abmessungen, die den Nutzraum kennzeichnen, ist dabei minde stens eine größer als die beiden anderen oder genau so groß wie eine der anderen. Mindestens eine der beiden größeren Längenausdehnungen ist dabei größer als 1/10 der Freiraumwel lenlänge λ _o, die der Frequenz der eingekoppelten Leistung entspricht, wobei die Richtung des Leistungsflusses in den Nutzraum mit den Richtungen der Längsausdehnungen einen rech ten Winkel bildet.According to the invention, the vector of the electric field strength is approximately perpendicular to the surfaces of the usable space determined by the two larger dimensions. Of the length dimensions that characterize the usable space, at least one is larger than the other two or exactly as large as one of the other. At least one of the two larger linear dimensions is greater than 1/10 of the free space length λ _o , which corresponds to the frequency of the coupled power, the direction of the power flow in the usable space forming a right angle with the directions of the longitudinal dimensions.

Im Rahmen der erfinderischen Lehre wird vorgeschlagen, den Nutzraum in eine Struktur nach Art eines Hohlleiters einzu beziehen, der so bemessen ist, daß bei einer bestimmten An regungsfrequenz f _B die Phasenwellenlänge zumindest in einer Richtung, insbesondere der Längsrichtung, so groß wird, daß sie in der Nähe der größten Längenabmessung des Nutzraumes kommt oder aber daß sie diese Abmessung überschreitet. Alter nativ dazu kann die Struktur so gewählt sein, daß bei der Anregungsfrequenz die Phasenwellenlänge rechnerisch imaginär wird. In diesem Fall liegt ein aperiodisch gedämpfter Hohl leiter vor.Within the scope of the inventive teaching, it is proposed to include the usable space in a structure in the manner of a waveguide, which is dimensioned such that, at a specific excitation frequency f _B, the phase wavelength becomes at least in one direction, in particular the longitudinal direction, so great that it comes near the largest length dimension of the usable space or that it exceeds this dimension. Alternatively, the structure can be chosen so that the phase wavelength becomes computationally imaginary at the excitation frequency. In this case, there is an aperiodically damped waveguide.

Bei der erfinderischen Lösung wird zwar die Dimensionierung des den Nutzraum umgebenden Ankoppelraumes nach Art eines Hohlleiters dadurch definiert, daß theoretisch die Fort pflanzung einer Welle in Richtung von mindestens einer der beiden größeren Längenausdehnungen vorgegeben wird. Ent scheidend ist aber bei der Erfindung, daß dem Nutzraum die HF-Leistung nicht von den Enden, sondern im wesentlichen von einer oder mehrerer der Längsseiten verteilt wird, wozu Kop pelöffnungen entlang der Längsachse vorhanden sind. Die ein gekoppelte Leistung kann dabei in einfacher Weise einer ent sprechend ausgebildeten Hohlleiterstruktur entnommen werden, die als Verteilerraum mindestens über einen Teil ihrer Länge ähnliche Grenzabmessungen bezüglich der Phasenwellenlänge besitzt wie der Ankoppelraum. In diesem Verteilerraum kann die Leistung in bekannter Weise mittels Hohlleiter, mittels Kop pelstift oder Koppelschleife eines koaxialen Leitungsüberganges oder direkt mit dem Koppelstift eines zentralen Magnetrons ein gespeist werden.In the inventive solution, the dimensioning of the coupling space surrounding the useful space in the manner of a Waveguide defined in that theoretically the Fort planting a wave towards at least one of the two larger linear dimensions is specified. Ent What is decisive in the invention is that the usable space RF power not from the ends, but essentially from one or more of the long sides is distributed, for which purpose Kop Pel openings are present along the longitudinal axis. The one coupled power can easily ent speaking waveguide structure are taken, that as a distribution space over at least part of its length similar limit dimensions with respect to the phase wavelength owns like the coupling space. In this distribution room, the Performance in a known manner by means of waveguides, by means of cop pelstift or coupling loop of a coaxial line transition or directly with the coupling pin of a central magnetron be fed.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist bei entsprechender Ausbil dung der Vorrichtung für unterschiedlichste technische Anwen dungen geeignet. Hierzu gehören beispielsweise die spektrosko pische Beobachtung, die Erzeugung oder die Zersetzung von Ga sen, Dämpfen oder Flüssigkeiten bestimmter Zusammensetzung, und weiterhin die Behandlung von Oberflächen fester Stoffe oder die Abscheidung von Schichten auf Substraten. Insbesondere ist aber die Erfindung geeignet zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung bei Anregung eines Gasplasmas, was speziell im Zu sammenhang mit Gas-Lasern und vorzugsweise bei sogenannten Bandleiter-Lasern vorteilhaft ist.The method according to the invention is appropriate training the device for a wide variety of technical applications suitable. These include, for example, the spectrosco observation, generation or decomposition of Ga sen, vapors or liquids of certain composition, and continue the treatment of surfaces of solids or the deposition of layers on substrates. In particular is but the invention is suitable for generating electromagnetic Radiation upon excitation of a gas plasma, which is especially in the Zu connection with gas lasers and preferably with so-called Band conductor lasers is advantageous.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbei spielen. Es zeigenFurther details and advantages of the invention emerge from the following figure description of execution play. Show it

Fig. 1 in schematischer Darstellung das Prinzip der Erfindung mit dem in beiden Richtungen zugehörigen Feldstärkeverlauf, Fig. 1 shows the principle of the invention with the associated schematic representation in both directions field strength gradient,

Fig. 2 bis 4 unterschiedlich Querschnitte des Ankoppelraumes gemäß Fig. 1 für ein darin befindliches Rohr als Nutzraum, Fig. 2 to 4 different cross sections of the Ankoppelraumes shown in FIG. 1 for an internally tube as a work space,

Fig. 5 die Ausbildung des Ankoppelraumes als Plasmaraum für einen Bandleiter-Laser und Fig. 5 shows the design of the coupling space as a plasma space for a stripline laser and

Fig. 6 ein weiteres Diagramm zur Darstellung des Feldstärken verlaufes in Querrichtung des Nutzraumes. Fig. 6 is a further diagram showing the field strengths in the transverse direction of the useful space.

In den Figuren sind gleiche bzw. identische Teile durchweg mit den gleichen Bezugszeichen gesehen. Die Figuren werden teil weise zusammen beschrieben.In the figures, identical or identical parts are consistently included seen the same reference numerals. The figures become part described wisely together.

In Fig. 1 steht ein Nutzraum 1, in dem die gewünschte Feldver teilung erzeugt werden soll oder in dem einem Medium HF-Lei stung mit bestimmter Feldverteilung zugeführt werden soll, mit einem Ankoppelraum 2 elektrisch in Verbindung. Der An koppelraum ist entlang an den Seiten durch Begrenzungen 15 bzw. 15′ abgeschlossen und mit einer Koppelwand 30 versehen, durch die die HF-Leistung, die zur Deckung von Verlusten bzw. zur Behandlung des Mediums erforderlich ist, aus einem Ver teilerraum 40 mit einer geeigneten Leistungsdichteverteilung eintritt.In Fig. 1 is a usable space 1 , in which the desired field distribution is to be generated or in which a medium RF power should be supplied with a certain field distribution, electrically connected to a coupling space 2 . The coupling space is closed along the sides by boundaries 15 and 15 'and provided with a coupling wall 30 through which the RF power, which is required to cover losses or to treat the medium, from a distribution chamber 40 with a suitable power density distribution occurs.

Zweck des Verteilerraumes 40 ist es, die von einem Generator 46 mit der Frequenz f _o und der zugehörigen Freiraumwellenlänge λ _o angebotene und beispielsweise über einen Hohlleiter oder Kabel 44 und einen Übergang 45 direkt vom Koppelstift eines als Generator 46 verwendeten Magnetroms zugeführte Leistung entlang der Koppelwand 30 zu verteilen. Insbesondere dann, wenn im Nutzraum 1 nur wenig Leistung verbraucht wird, läßt sich infolge des Auftretens stehender Wellen bzw. ungleich mäßiger Resonanzüberhöhungen ein gewünschter Verlauf der Feld stärke oder Leistungsdichte im Nutzraum 1 oft nur erzielen, wenn der Ankoppelraum 2 die Koppelwand 30 und der Verteiler raum 40 geeignet bemessen sind. Die genaue Berechnung einer solchen Anordnung ist vergleichsweise aufwendig.The purpose of the distributor space 40 is to provide the power along the coupling wall, which is supplied by a generator 46 with the frequency f _o and the associated free space wavelength λ _o and is supplied, for example, via a waveguide or cable 44 and a transition 45 directly from the coupling pin of a magnetic current used as a generator 46 30 to distribute. In particular, when only a little power is consumed in the chamber 1, standing waves or uneven resonant peaks can be due to the occurrence a desired profile of the field strength or power density in the chamber 1 is often only achieved when the Ankoppelraum 2, the coupling wall 30 and the distributor room 40 are appropriately dimensioned. The exact calculation of such an arrangement is comparatively complex.

Geeignete Abmessungen des Ankoppelraumes 2 erhält man durch eine für die meisten Zwecke ausreichende Näherung, indem folgendermaßen vorgegangen wird:Suitable dimensions of the coupling space 2 are obtained by an approximation sufficient for most purposes by proceeding as follows:

Man geht zunächst davon aus, daß die Koppelwand 30 durch eine durchgehend leitende Wand ersetzt ist, die jedoch um 5% der Wellenlänge λ _o nach außen gerückt ist, und daß der Nutz raum 1 frei von dem Medium, der HF-Leistung zugeführt werden soll, ist. Die Querschnittsabmessungen des Ankoppelraumes 2 sind dann so zu wählen, daß sich in z-Richtung bei einer be stimmten Frequenz f _B nur eine aperiodisch gedämpfte Welle aus breiten kann oder eine Welle, deren Phasenwellenlänge wenig stens das 1,5fache der Freiraumwellenlänge der Generatorfre quenz f _o beträgt. Nach dem gleichen Prinzip kann die Bemes sung des Verteilerraumes 40 in dem Bereich vorgenommen werden, auf dem sich die Störung, die von der Einkopplungsstelle für die Generatorleistung verursacht wird, nicht nennenswert aus wirkt. Im allgemeinen sind in der Umgebung der Stelle, an der die Generatorleistung zugeführt wird, besondere Maßnahmen zweckmäßig, um einerseits die Anpassung zu verbessern, anderer seits die Einwirkung der Feldstörung an der Zuführungsstelle auf die nächstgelegenen Bereiche der Koppelwand zu unterbinden.It is initially assumed that the coupling wall 30 is replaced by a continuously conductive wall, which, however _{, has} moved outwards by 5% of the wavelength λ _o , and that the useful space 1 is free of the medium that is to be supplied with HF power , is. The cross-sectional dimensions of the coupling space 2 are then to be selected such that only an aperiodically damped wave can spread in the z direction at a certain frequency f _B or a wave whose phase wavelength is at least 1.5 times the free space wavelength of the generator frequency f _o is. According to the same principle, the dimensioning of the distribution space 40 can be carried out in the area on which the disturbance caused by the coupling point for the generator power does not have a noticeable effect. In general, special measures are expedient in the vicinity of the point at which the generator power is supplied, on the one hand to improve the adaptation, and on the other hand to prevent the action of the field disturbance at the supply point on the closest areas of the coupling wall.

Die Frequenz f _B, die der Berechnung zugrundezulegen ist, hängt im wesentlichen davon ab, ob die Leistung von einer Seite in den Ankoppelraum eingespeist wird oder von beiden Seiten, und ob im zweiten Fall die Möglichkeit genutzt wird, einen brei teren Bandleiter anzuregen als dies der erste Fall gestattet. Im ersten Fall gilt mit der Anregungsfrequenz f _o The frequency f _{B on} which the calculation is based essentially depends on whether the power is fed into the coupling space from one side or on both sides, and whether in the second case the possibility is used to excite a wider band conductor than this the first case allowed. In the first case, the excitation frequency f _o applies

f _B ≈ f _o. f _B ≈ f _o .

Im zweiten Fall istIn the second case

f _B ≈ (0,7-0,9)×f _o, f _B ≈ (0.7-0.9) × f _o ,

wobei einer größeren Bandleiterbreite der kleinere Faktor zuzuordnen ist. where a larger strip width is the smaller factor is to be assigned.

Ein besonderer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß bei geeigneter Bemessung von Koppelwand 30 und Verteilerraum 40 die Gefahr von Instabilitäten der Leistungsverteilung im Medium gemindert werden kann. Steigt beispielsweise die Leit fähigkeit des Mediums bei Überschreiten einer kritischen Tem peratur, Feldstärke oder Leistungsdichte schnell an, so kon zentriert sich in vielen bisher verwendeten Anordnungen der überwiegende Teil der gesamten Leistung auf diejenige Stelle, an der zuerst die kritische Größe erreicht wird. Das angege bene Verfahren ermöglicht es hingegen in einem solchen Fall, die der Instabilitätsstelle zugeführte Leistung zu begrenzen.A particular advantage of the method is that the risk of instabilities in the power distribution in the medium can be reduced if the coupling wall 30 and distributor space 40 are suitably dimensioned. If, for example, the conductivity of the medium rises rapidly when a critical temperature, field strength or power density is exceeded, the majority of the total power used in many previously used configurations is concentrated at the point at which the critical size is reached first. In such a case, however, the specified method makes it possible to limit the power supplied to the instability point.

In Fig. 1 ist der Verlauf der Feldstärke entlang des Quer schnittes für eine weitgehend gleichmäßige Leistungsdichte verteilung im Nutzraum 1 dargestellt, wobei die Wirkung von Querschnittsänderungen und von Dielektrika in der Schnitt ebene in X-Richtung unberücksichtigt sind.In Fig. 1 the course of the field strength along the cross-section for a largely uniform power density distribution in the useful space 1 is shown, the effect of cross-sectional changes and dielectrics in the sectional plane in the X direction are not taken into account.

Die vom Generator 46 abgegebene HF-Leistung wird ungefähr in X-Richtung in den Verteilerraum 40 eingespeist und erzeugt in dieser Richtung einen Feldstärkeverlauf, der einer gestörten Sinus-Verteilung entspricht. In der Längsrichtung Z der An ordnung kann man durch besondere Gestaltung der Endbereiche des langgestreckten Raumes eine weitgehend gleichbleibende Feld stärke im Bereich der Koppelwand 30 erhalten und kann beispiels weise durch eine Reihe von hintereinanderliegenden Koppelöff nungen 31 einen gleichmäßig verteilten Leistungsdurchtritt in den Ankoppelraum 2 erzielen.The HF power emitted by the generator 46 is fed into the distribution space 40 approximately in the X direction and generates a field strength profile in this direction which corresponds to a disturbed sine distribution. In the longitudinal direction Z of the order you can get a largely constant field strength in the area of the coupling wall 30 by special design of the end regions of the elongated space and can achieve, for example, through a series of consecutive Koppelöff openings 31 a uniformly distributed power passage in the coupling space 2 .

Auch innerhalb des Ankoppelraumes 2 ergibt sich in X-Richtung die Feldstärke E _y entsprechend einer gestörten Sinus-Vertei lung. Der Nutzraum 1 läßt sich im Bereich des Maximums der Feldstärke E _y so positionieren, daß die Ungleichmäßigkeit der Feldstärkeverteilung bzw. der Leistungsverteilung im Medium ein Minimum wird. The field strength E _y corresponding to a disturbed sine distribution also results in the coupling direction 2 in the X direction. The useful space 1 can be positioned in the area of the maximum of the field strength E _y so that the non-uniformity of the field strength distribution or the power distribution in the medium becomes a minimum.

In Fig. 1 ist ebenfalls die Feldstärke E _y im Nutzraum 1 entlang des Längsschnittes dargestellt. Der steile Abfall an den Enden der Kurve wird wie beim Verteilerraum 40 durch besondere Maß nahmen in den Endbereichen herbeigeführt. Es ergibt sich also ein weitgehend gleichmäßiger Feldstärkeverlauf entlang der Längsrichtung des Nutzraumes, was in dieser Form erstmalig er reicht wird. Beim Stand der Technik, bei dem die HF-Leistung beispielsweise jeweils über die Mitte in Querrichtung und an den Enden in Längsrichtung zugeführt wurde lagen demgegenüber erhebliche Ungleichmäßigkeiten des Feldes vor.In Fig. 1 the field strength E _y in the chamber 1 is also illustrated along the longitudinal section. The steep drop at the ends of the curve is brought about by special measures in the end regions, as is the case with the distributor space 40 . This results in a largely uniform field strength curve along the longitudinal direction of the usable space, which is the first time that it is sufficient in this form. In contrast, in the prior art, in which the RF power was supplied in each case via the center in the transverse direction and at the ends in the longitudinal direction, there were considerable irregularities in the field.

In Fig. 2 bis Fig. 4 dient jeweils ein Rohr 10 aus Keramik oder dgl. als Nutzraum für unterschiedlichste Anwendungszwecke:. Das Rohr 10 befindet sich über seine gesamte Länge in einer Rechteckstruktur 3, die oben und unten von flachen Wandteilen und seitlich von Stegen begrenzt ist. Durch Verwendung von geeignetem dielektrischen Material dient diese Struktur, die im wesentlichen als Rechteck-Hohlleiter ausgebildet ist, zur gleichmäßigen Ankopplung des Nutzraumes an das Hochfrequenz feld und entspricht dem Ankoppelraum 2 gemäß Fig. 1 mit Koppel wand 30.In FIG. 2 to FIG. 4, a pipe 10 serves each made of ceramic or the like. As work space for various applications :. The tube 10 is located over its entire length in a rectangular structure 3 , which is delimited at the top and bottom by flat wall parts and laterally by webs. By using a suitable dielectric material, this structure, which is essentially designed as a rectangular waveguide, serves for the uniform coupling of the useful space to the high-frequency field and corresponds to the coupling space 2 according to FIG. 1 with a coupling wall 30 .

Bei der Struktur gemäß Fig. 2 wird also die HF-Leistung seit lich senkrecht in den Ankoppelraum eingespeist, wobei die gegenüberliegende Wand eine Kurzschlußwand bildet. Im Bereich des Rohres ergibt sich somit in Querrichtung der erwünschte Feldverlauf.In the structure according to FIG. 2, the RF power is fed vertically into the coupling space since Lich, the opposite wall forming a short-circuit wall. In the area of the tube, the desired field profile results in the transverse direction.

In Fig. 3 ist eine Fig. 2 entsprechende Struktur 3 um das Rohr 1 angeordnet, bei der aber die beiden Seitenstege als Koppelwände 30 bzw. 30′ dienen. Damit ist insbesondere eine gleichphasige Einspeisung von HF-Leistung von zwei Seiten möglich, auf die weiter unten noch eingegangen wird. In Fig. 3 a Fig. 2 corresponding structure 3 is arranged around the tube 1 , but in which the two side webs serve as coupling walls 30 and 30 '. This in particular enables in-phase feeding of HF power from two sides, which will be discussed further below.

In Fig. 4 bildet der Ankoppelraum eine T-Struktur 4, in deren Zentrum sich das Rohr 1 als Nutzraum befindet. Der Steg am Fußpunkt des T′s bildet die Koppelwand 30 mit Koppelöffnungen, die Stege am T-Balken dagegen die zugehörigen Kurzschluß wände.In FIG. 4 the Ankoppelraum forms a T-structure 4, the tube 1 is located in the center thereof as the chamber interior. The web at the foot of the T's forms the coupling wall 30 with coupling openings, the webs on the T-beam, however, the associated short-circuit walls.

In weiteren Ausführungsbeispielen kann insbesondere zur Reali sierung von gewünschten spezifischen Feldverteilungen der An koppelraum im Querschnitt sternförmig mit gleich oder unter schiedlich langen Abmessungen der einzelnen strahlenartigen Teile ausgebildet sein. Damit läßt sich ein verschieden großer Abstand der Kurzschlußwände bzw. einer oder mehrerer Koppel wände von der Längsachse des Nutzraumes erreichen. Um das Rohr kann ein weiteres Rohr aus dielektrisch wirksamem Material angeordnet werden, das zu einer zusätzlichen Homogenisierung des Feldes führt. Der Zwischenraum kann zu Kühlzwecken mit einem verlustarmen Kühlmittel durchströmt werden.In further exemplary embodiments, in particular the reali of desired specific field distributions of the An Coupling space in the shape of a star with the same or under different long dimensions of the individual radiation-like Parts be formed. This allows a different size Distance of the short-circuit walls or one or more couplers reach walls from the longitudinal axis of the usable space. Around the pipe can be another tube made of dielectric material be arranged, which leads to an additional homogenization of the field leads. The space can be used for cooling purposes flow through a low-loss coolant.

Die Koppelwände können mit ihren Koppelöffnungen unterschied lichste Strukturen haben. Beispielsweise sind Schlitze, runde oder rechteckige Löcher oder deren Kombination möglich. Insbe sondere können auch Schlitze in mehreren Reihen auf Lücke an geordnet sein oder aber die Schlitze zickzackförmig verlau fen. Möglich sind auch Kombinationen von Schlitzen mit Lö chern, beispielsweise in Form von Hantelstrukturen. Als Koppel mittel können auch Stege dienen, die abwechselnd aus der Ebene einer Koppelwand herausgedrückt sind oder gegebenenfalls auch sogenannte Koppelschleifen.The coupling walls can differentiate with their coupling openings have the simplest structures. For example, slots are round or rectangular holes or their combination. In particular in particular, slots in several rows can indicate gaps orderly or the slots are zigzag-shaped fen. Combinations of slots with Lö are also possible chern, for example in the form of barbell structures. As a paddock Medium bridges can also be used, which alternate out of the plane a coupling wall are pushed out or possibly also so-called coupling loops.

Das Rohr 1 als Nutzraum kann an den beiden Enden abdichtbare Zugänge haben, über die ein Medium hinein- bzw. herausgebracht werden kann. Ein solches Medium kann beispielsweise ein Gas zur Synthese oder Analyse sein. Weiterhin ist es möglich, Substrate einzubringen, deren Oberflächen beispielsweise durch Plasma ätzen beeinflußt werden sollen, oder auf denen Schichten auf gebracht werden sollen. Durch geeignete konstruktive Weiter bildung kann ein solches Substrat vorteilhafterweise kontinu ierlich den Nutzraum durchlaufen.The tube 1 as a useful space can have sealable accesses at both ends, via which a medium can be brought in or out. Such a medium can be, for example, a gas for synthesis or analysis. Furthermore, it is possible to introduce substrates whose surfaces are to be influenced, for example by plasma etching, or on which layers are to be applied. Such a substrate can advantageously continuously pass through the usable space by means of suitable constructive further training.

In Fig. 5 ist der Nutzraum unmittelbar durch den Zwischenraum zwischen einander gegenüberstehenden Flächen 11 und 21 zweier Wandteile 10 und 20 gebildet. Vorzugsweise ist diese Ausbildung für einen Bandleiter-Laser vorgesehen, wobei die Wandteile durch ihre innere Kontur in etwa einen Steghohlleiter bil den. Auf der einen Seite ist eine Abschlußwand 28 und auf der anderen Seite die Koppelwand 30 vorhanden, die entsprechend Fig. 1 mit einem Verteilerraum für HF-Leistung verbunden ist und Koppelöffnungen 31 aufweist.In Fig. 5 the useful space immediately two through the gap between opposing surfaces 11 and 21 wall parts 10 and 20 is formed. This embodiment is preferably provided for a stripline laser, the wall parts being approximately a ridge waveguide due to their inner contour. On one side there is an end wall 28 and on the other side there is the coupling wall 30 which, according to FIG. 1, is connected to a distribution space for HF power and has coupling openings 31 .

In Fig. 1 ist die Breite des Nutzraumes durch die Forderung nach Gleichmäßigkeit in Querrichtung begrenzt. Dadurch können vorge gebene Breiten entweder nicht überschritten werden oder bei größeren Breiten ist eine Ungleichmäßigkeit des Feldverlaufes in Kauf zu nehmen. Durch Wahl einer größeren Breite des Steg hohlleiters und beidseitige gleichphasige Einkopplung von HF-Leistung wird ein breiterer Nutzraum erreicht, da sich ein Feldverlauf 60 gemäß Fig. 6 erreichen läßt. Insbesondere für Anwendungen, bei denen nicht ein eng begrenztes Rohr oder Band, sondern flächenhafte Bereiche als Nutzraum erwünscht sind, ist eine Anordnung mit beidseitiger Einkoppelung der HF-Leistung sinnvoll. Dabei kann die HF-Leistung von einem einzigen oder mehreren Generatoren erzeugt werden. In letzterem Fall können mehrere Verteilerräume vorhanden sein.In Fig. 1, the width of the usable space is limited by the requirement for uniformity in the transverse direction. As a result, specified widths can either not be exceeded or, in the case of larger widths, an unevenness in the course of the field must be accepted. By choosing a larger width of the ridge waveguide and in-phase coupling of RF power on both sides, a wider usable space is achieved, since a field profile 60 according to FIG. 6 can be achieved. An arrangement with double-sided coupling of the RF power is particularly useful for applications in which not a narrowly defined pipe or band, but rather extensive areas are desired as usable space. The RF power can be generated by a single or multiple generators. In the latter case, there can be several distribution rooms.

Das beschriebene Verfahren ist hinsichtlich der Länge des Nutz raumes auf etwa das Sechsfache der Freiraumwellenlänge λ _o der HF-Leistung begrenzt. Falls erforderlich können auch mehrere Verteilerräume mit je einem Generator einseitig oder beidseitig dem Ankoppelraum für den Nutzraum zugeord net sein.The method described is limited in terms of the length of the useful space to about six times the free space wavelength λ _{o of} the RF power. If necessary, several distribution rooms, each with a generator on one or both sides, can be assigned to the coupling space for the useful space.

Claims

1. A method for generating an electrical high-frequency field with the desired field strength profile in a usable space that is preferably extended in one direction and / or a method for distributing the RF power in a lossy medium that is introduced into the usable space, with the following features:

- In the largest longitudinal extent of the usable space, a phase wavelength can be enforced, which is in the vicinity of the length extension of the usable space or above, or an aperiodically damped wave can be forced in this direction,
- The high-frequency power is largely perpendicular to the direction of the longitudinal 2. The method according to claim 1, characterized in that the phase wavelength goes towards ∞.

3. The method according to claim 1, characterized records that the high frequency power that is in use space to be implemented, first a distribution room is performed, which has a coupling wall with a coupling space is connected for the usable space.

4. The method according to claim 1, characterized in that the longitudinal extent of the usable space is 1/10 λ _o , where λ _{o is} the free-space wavelength of the coupled RF power.

5. The method according to claim 1 or claim 4, characterized in that the high-frequency power is selected in the GHz range and has a free space wavelength λ _o in the microwave range.

6. The method according to claim 4, characterized records that the RF power is 2.45 GHz.

7. The method according to any one of the preceding claims characterized in that it is for synthesis of gases is applied.

8. The method according to any one of the preceding claims, since characterized by that it decomposes of gases is applied.

9. The method according to any one of the preceding claims, since characterized by that it changes surfaces of substrates, especially plasma etching, is applied.

10. The method according to any one of the preceding claims, since characterized by that it is disgusting formation of layers on substrates, in particular on a con tape that can be pulled through the usable space becomes.

11. The method according to any one of the preceding claims characterized by that it is for suggestion of activation of gas lasers, preferably stripline La is used.

12. An apparatus for performing the method according to claim 1 or one of claims 2 to 11, with a usable space which is preferably extended in one direction, characterized in that the usable space ( 1 , 10 ) is located within a coupling space ( 2 to 4 , 10 , 20 ), which has at least one coupling wall ( 30 , 30 ') for HF power over its entire longitudinal extent and which is connected to at least one distribution chamber ( 40 ).

13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the usable space is a tube ( 10 ) within the coupling space ( 2 to 4 ), each having sealable accesses at its ends.

14. The apparatus according to claim 12, characterized in that the useful space ( 1 ) of mutually opposing surfaces ( 11 , 21 ) of two wall parts ( 10 , 20 ) of the coupling space is limited.

15. The apparatus according to claim 14, characterized in that the wall parts ( 10 , 20 ) are part of a stripline laser.

16. The apparatus according to claim 12, characterized in that there is a gas or vapor plasma in the useful space ( 1 , 10 ).

17. The apparatus according to claim 12, characterized in that an RF generator, for example a magnetron, is connected to the distribution space ( 40 ).

18. The apparatus according to claim 12, characterized in that the coupling wall ( 30 , 30 ') along the Li near expansion of the useful space ( 1 ) has coupling openings ( 31 ) for RF power.

19. The apparatus according to claim 12, characterized in that the coupling space ( 2 to 4 , 10 , 20 ) and distribution space ( 40 ) in cross section form a rectangular or web waveguide for microwaves.