KR101477060B1 - Waveguide-Coupling Method For Lisitano Coil Antenna - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 리지타노 코일안테나는 둘레를 따라 원주방향으로 슬릿(120)이 형성된 고리형상의 도전체블록(110)으로 이루어지고, 상기 도전체블록(110) 내에는 상기 슬릿(120)에 인접하여 복수 개의 영구자석(130)이 장착되며, 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)를 통해 마이크로웨이브를 공급받아 플라즈마를 생성하는 안테나몸체부(100); 및 내부에는 인가된 마이크로웨이브를 상기 안테나몸체부(100)에 공급하기 위한 마이크로웨이브 공급공(213,223,233)이 관통되어 형성되며, 상기 마이크로웨이브 공급공(213,223,233)의 단부가 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)와 정합되도록 상기 도전체블록(110)에 체결되어, 상기 마이크로웨이브 공급공(213,223,233)을 통해 상기 마이크로웨이브를 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)에 공급하는 도파관부(200);를 포함하는 도파관 연결방식의 고전력(high power) 인가형 리지타노 코일안테나를 개시한다.The rigid-field coil antenna according to the present invention comprises an annular conductor block 110 having a slit 120 formed in a circumferential direction along a periphery thereof. The conductor block 110 is adjacent to the slit 120 An antenna body 100 to which a plurality of permanent magnets 130 are attached and receives microwaves through the inlet 120a of the slit 120 to generate plasma; And microwave supply holes 213, 223 and 233 for supplying an applied microwave to the antenna body 100 are formed in the inside of the slit 120 and the ends of the microwave supply holes 213, And a waveguide part (200) connected to the conductor block (110) so as to be matched with the waveguide part (120a) and supplying the microwave to the inlet part (120a) of the slit (120) through the microwave supply holes (213, A high power applied type regitano coil antenna of a waveguide connection type is disclosed.
Description
본 발명은 플라즈마를 생성하는 도파관 연결방식의 리지타노 코일안테나에 관한 것으로, 보다 상세하게는 리지타노안테나 구조에 고전력 마이크로웨이브를 전달할 수 있도록 도파관 연결방식의 새로운 인가구조로 구비됨으로써 고밀도, 대면적 플라즈마를 생성할 수 있도록 한 리지타노 코일안테나에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001] The present invention relates to a rigid-field coil antenna of a waveguide connection type for generating a plasma, and more particularly to a rigid-field coil antenna of a high density, large area plasma To a plurality of antenna elements.
ECR(Electronic Cyclotron Resonance; 전자 사이클로트론 공명) 플라즈마원은 플라즈마의 운전 및 공정영역을 낮은 압력(예를 들면 10-4 Torr)의 영역까지 확장할 수 있는 효과적인 플라즈마 발생원이다.The ECR (Electronic Cyclotron Resonance) plasma source is an effective plasma generation source capable of expanding the operating and processing region of the plasma to a low pressure (for example, 10 -4 Torr).
또한, 리지타노(Lisitano) 형태 안테나의 원형 형태인 리지타노 코일은, 기존의 마이크로웨이브 플라즈마원과 달리, 그 지름이 인가되는 웨이브의 파장크기 내외로 제한되지 않고, 파장크기와 상관없이 그 코일 지름을 원하는 크기로 조절할 수 있다. 따라서, 그에 상응하는 대면적 플라즈마를 발생시킬 수 있는 효과적인 안테나 구조이다.In addition, unlike the conventional microwave plasma source, the Rizitano coil, which is a circular form of the Lisitano type antenna, is not limited to the wavelength of the wave to which the diameter is applied, Can be adjusted to a desired size. Therefore, it is an effective antenna structure capable of generating a corresponding large-area plasma.
한편, 플라즈마를 이용한 식각(Etching) 및 박막성장 등 다양한 반도체공정(Plasma Processing)에서는 산업체에서 요구하는 극한 특성과 수율을 만족하기 위하여 대면적(Large-area)인 플라즈마 발생원을 요구하고 있다. 이와 더불어 대면적 플라즈마 발생원의 효과적인 사용을 위해서는 그 크기에 비례해 고전력(High power)의 파워가 입력단에 안정적으로 인가될 수 있어야 한다.Meanwhile, in various semiconductor processing processes such as etching using a plasma and thin film growth, a large-area plasma generation source is required in order to satisfy extreme characteristics and yields required by industry. In addition, in order to effectively use the large-area plasma generating source, a high power must be stably applied to the input terminal in proportion to the size of the plasma generating source.
종래기술에 따르면, 한국 공개특허공보 제2011-0020723호 '플라즈마 발생용 마이크로웨이브 안테나'와 같이, 리지타노 코일안테나는, 도파관, 안테나 몸체 및 상기 도파관과 안테나 몸체(10)를 전기적으로 연결하는 도전봉을 포함하는 동축구조 연결부로 구비되었다.According to the related art, as in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0020723, 'Plasma Generating Microwave Antenna', the Rigidano coil antenna includes a waveguide, an antenna body, and a plurality of conductors for electrically connecting the waveguide and the
이와 같이, 안테나 몸체와 도파관 사이의 전력전달을 위하여 동축선 구조의 전기도입기(Electrical)를 사용하는 경우, 전달 가능한 전력량이 동축선 구조의 내부 도전봉의 지름, 즉 그 표면적에 비례하여 증가한다. 그러나 내부 도전봉의 크기(면적)는 리지타노 코일안테나의 크기와 동축선 구조의 임피던스 정합 때문에 그 지름이 제한된다. 따라서, 내부 도전봉의 제한된 면적으로 인하여 고전력 인가시 도전봉 표면에서는 높은 열이 발생하고, 이는 내외부 도전봉, 전기도입기 자체, 내부 도전봉을 감싸는 절연체의 저항손실, 그리고 유전손실을 야기하여 리지타노 코일안테나의 효과적인 고전력전달 및 장시간 동작을 저해하는 문제를 발생시킨다.In this way, when a coaxial electrical connector is used for power transmission between the antenna body and the waveguide, the amount of power that can be transferred increases in proportion to the diameter, i.e., the surface area, of the inner conductive bar of the coaxial cable structure. However, the size (area) of the inner conductive bar is limited by the size of the rigidano coil antenna and the impedance matching of the coaxial line structure. Therefore, when a high power is applied due to the limited area of the inner conductive rod, high heat is generated on the surface of the conductive rod, which causes resistance loss and dielectric loss of the inner and outer conductive rods, the electric inductionor itself, the insulator surrounding the inner conductive rods, And the problem of hindering long-time operation is caused.
이와 같이, 기존의 리지타노 코일안테나는, 동축선 구조의 전력전달 방식에 따른 인가파워(보통 1kW 이내) 제한의 취약점으로 인하여 대면적 플라즈마 발생원으로 활발히 사용되지 못하고 있는 실정이다.
As described above, the conventional Rigidano coil antenna is not actively used as a large-area plasma generation source due to the weakness of the restriction of the application power (usually within 1 kW) according to the power transmission method of the coaxial line structure.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 안테나몸체부와 도파관부가 상호 연결되는 방식을 고안함으로써 대면적 플라즈마 발생에 요구되는 충분한 파워인가가 가능한 도파관 연결방식의 리지타노 코일안테나를 제공하는 것에 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a waveguide connecting method using a waveguide connecting structure, And to provide a coil antenna.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도파관 연결방식의 리지타노 코일안테나는, 둘레를 따라 원주방향으로 슬릿(120)이 형성된 고리형상의 도전체블록(110)으로 이루어지고, 상기 도전체블록(110) 내에는 상기 슬릿(120)에 인접하여 복수 개의 영구자석(130)이 장착되며, 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)를 통해 마이크로웨이브를 공급받아 플라즈마를 생성하는 안테나몸체부(100); 및 내부에는 인가된 마이크로웨이브를 상기 안테나몸체부(100)에 공급하기 위한 마이크로웨이브 공급공(213,223,233)이 관통되어 형성되며, 상기 마이크로웨이브 공급공(213,223,233)의 단부가 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)와 정합되도록 상기 도전체블록(110)에 체결되어, 상기 마이크로웨이브 공급공(213,223,233)을 통해 상기 마이크로웨이브를 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)에 공급하는 도파관부(200);를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a rigid-nano coil antenna of a waveguide connection type comprising an annular conductor block (110) having a slit (120) formed in a circumferential direction along a circumference thereof, A plurality of
여기서, 상기 도파관부(200)는, 발진기로부터 생성된 마이크로웨이브를 인가받아 공급하는 마이크로웨이브공급 도파관(210)과, 상기 마이크로웨이브공급 도파관(210)의 출력단(212)에 입력단(221)이 체결되며, 출력단(222)으로 갈수록 점차적으로 좁아지는 형태로 형성된 테이퍼 도파관(220) 및, 상기 테이퍼 도파관(220)의 출력단(222)에 입력단(231)이 체결되며, 내부에는 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)와 대응되는 형태의 마이크로웨이브 공급공(233)이 형성되어 상기 마이크로웨이브 공급공(233)이 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)와 정합되도록 출력단(232)이 상기 도전체블록(110)에 체결되는 슬릿연결 도파관(230)을 포함하며, 각 도파관(210,220,230)의 내부에는 각각의 마이크로웨이브 공급공(213,223,233)이 상호 연통되도록 형성되어 인가된 마이크로웨이브를 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)에 직접 공급할 수 있다.The
또한, 상기 테이퍼 도파관(220)의 출력단(222)과 상기 슬릿연결 도파관(230)의 입력단(231) 사이에는, 상기 슬릿연결 도파관(230) 및 안테나몸체부(100)의 내부를 진공상태로 유지시키면서 상기 슬릿연결 도파관(230)의 마이크로웨이브 공급공(233)의 내부로 상기 마이크로웨이브를 입사하는 진공창(240)이 배치될 수 있다.The
또한, 상기 슬릿연결 도파관(230)의 마이크로웨이브 공급공(233)의 길이는 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)의 길이보다 긴 형태로 형성되되, 상기 마이크로웨이브 공급공(233)의 길이방향으로 상기 슬릿연결 도파관(230)의 출력단(232) 양측에는 일정각도로 경사진 형태의 경사면(234)이 형성되어, 상기 마이크로웨이브 공급공(233)의 중앙부는 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)와 정합되도록 연통되며, 상기 중앙부의 양측에는 개구홀(233a)이 각각 형성될 수 있다.The length of the
또한, 상기 슬릿연결 도파관(230) 및 테이퍼 도파관(220)의 길이는, (n=자연수,= Guided Wavelength<관내 파장>) 로 형성될 수 있다.In addition, the length of the
또한, 도파관부(200)에는, 상기 슬릿연결 도파관(230) 및 테이퍼 도파관(220)을 냉각시키기 위한 냉각라인(250)이 형성될 수 있다.The
또한, 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)는, 상기 도전체블록(110) 내에서 외측으로 개구되지 않고 단부가 상호 연결된다.
The
본 발명에 따른 도파관 연결방식의 리지타노 코일안테나에 의하면,According to the lead-and-tube coil antenna of the present invention,
첫째, 안테나몸체부와 도파관부가 상호 정합되는 방식으로 체결됨으로써 대면적 플라즈마 발생에 요구되는 충분한 파워인가가 가능하다.First, the antenna body and the waveguide portion are coupled with each other in a mutually matched manner, so that sufficient power required for large-area plasma generation can be applied.
둘째, 슬릿연결 도파관의 마이크로웨이브 공급공의 중앙부는 상기 슬릿의 인입부와 대응되어 정합되는 크기를 가지면서도 상기 중앙부의 양측은 개구홀이 형성됨으로써, 기존에 연결될 수 없었던 도파관구조를 연결하는 구조이면서 입사되는 마이크로웨이브가 외부로 누출되지 않고 상기 슬릿으로 집중되는 것을 유도할 수 있다.Secondly, the center portion of the microwave supply hole of the slit connecting waveguide has a size that is matched with the inlet portion of the slit, but has an opening hole at both sides of the center portion, thereby connecting the waveguide structure that could not be connected It is possible to induce the incident microwaves to concentrate on the slit without leaking to the outside.
셋째, 테이퍼 도파관의 출력단과 슬릿연결 도파관의 입력단 사이에 안테나몸체부의 내부를 진공상태로 유지시키면서 상기 슬릿연결 도파관의 마이크로웨이브 공급공의 내부로 마이크로웨이브를 입사하는 진공창이 배치됨으로써 슬릿연결 도파관 및 안테나몸체부의 내부를 진공봉합할 수 있다.A vacuum window is disposed between the output end of the tapered waveguide and the input end of the slit connecting waveguide to keep the inside of the antenna body in a vacuum state and to introduce a microwave into the microwave supply hole of the slit connected waveguide, The inside of the body portion can be vacuum-sealed.
넷째, 상기 도파관부에 슬릿연결 도파관 및 테이퍼 도파관을 냉각시키기 위한 냉각라인이 형성됨에 따라, 도파관부가 가열되어 도전성이 감소되는 것을 방지함으로써 안정적으로 마이크로웨이브를 인가할 수 있다.
Fourth, since a cooling line for cooling the slit connecting waveguide and the tapered waveguide is formed in the waveguide part, the microwave can be stably applied by preventing the conductivity of the waveguide part from being reduced.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도파관 연결방식의 리지타노 코일안테나의 구성을 나타낸 평면도 및 부분절개 사시도,
도 3a는 종래의 리지타노 코일안테나의 슬릿의 인입부의 형태를 나타낸 부분사시도,
도 3b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도파관 연결방식의 리지타노 코일안테나의 슬릿의 인입부의 형태를 나타낸 부분사시도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 안테나몸체부와 도파관부가 상호 정합되는 형태로 상호 체결되는 구성 및, 상기 도파관부의 내부에 형성된 마이크로웨이브 공급공의 형태를 나타낸 부분절개 사시도,
도 5는 안테나몸체부와 체결되는 슬릿연결 도파관의 출력단의 구성을 나타낸 사시도,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도파관 연결방식의 리지타노 코일안테나의 주요구성을 나타낸 사시단면도,
도 7a는 CST사의 Microwave Studio(MWS)를 이용하여 종래의 동축선 구조로 파워가 인가되는 코일안테나의 내부에 형성된 전기장의 분포를 계산한 결과를 도시한 도면,
도 7b는 CST사의 Microwave Studio(MWS)를 이용하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코일안테나의 내부에 형성된 전기장의 분포를 계산한 결과를 도시한 도면,
도 8a는 CST사의 Microwave Studio(MWS)를 이용하여 종래의 코일안테나에서 동축선 구조로 파워가 인가되는 부분의 전기장의 분포를 계산한 결과를 도시한 도면,
도 8b는 CST사의 Microwave Studio(MWS)를 이용하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코일안테나에서 도파관 직접연결 방식 구조로 파워가 인가되는 부분의 전기장의 분포를 계산한 결과를 도시한 도면이다.FIG. 1 and FIG. 2 are a plan view and a partial cutaway perspective view showing the structure of a rigid-nano coil antenna of a waveguide connection type according to a preferred embodiment of the present invention,
FIG. 3A is a partial perspective view showing a shape of a slit of a conventional rigid-field coil antenna,
FIG. 3B is a partial perspective view illustrating a shape of a slit of a rigid-nano coil antenna of a waveguide connection type according to a preferred embodiment of the present invention,
FIG. 4 is a partially cutaway perspective view showing a configuration of a microwave supply hole formed inside the waveguide unit, and FIG. 4 is a cross-
5 is a perspective view illustrating the configuration of an output terminal of a slit-connected waveguide coupled to an antenna body,
FIG. 6 is a perspective sectional view showing a main structure of a rigid-nano coil antenna of a waveguide connection type according to a preferred embodiment of the present invention,
FIG. 7A is a diagram illustrating a result of calculating a distribution of an electric field formed inside a coil antenna to which a power is applied by a conventional coaxial line structure using a Microwave Studio (MWS)
FIG. 7B is a diagram illustrating a result of calculating a distribution of an electric field formed inside a coil antenna according to a preferred embodiment of the present invention using a Microwave Studio (MWS)
8A is a graph showing a result of calculating a distribution of an electric field at a portion to which power is applied in a coaxial line structure in a conventional coil antenna using Microwave Studio (MWS)
FIG. 8B is a diagram illustrating a result of calculating a distribution of an electric field in a portion to which power is applied from a coil antenna to a direct waveguide structure according to a preferred embodiment of the present invention, using Microwave Studio (MWS) of CST.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도파관 연결방식의 리지타노 코일안테나(이하에서는, '코일안테나(1)'라 함)는, 안테나몸체부와 도파관부가 상호 연결되는 방식으로 체결됨으로써 대면적 플라즈마 발생에 요구되는 충분한 파워인가가 가능한 리지타노 코일안테나(이하에서는, '코일안테나(1)'라 함)로서, 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 크게 안테나몸체부(100) 및 도파관부(200)로 구분된다.(Hereinafter, referred to as 'coil antenna 1') of the waveguide connection type according to the preferred embodiment of the present invention is connected to the antenna body part and the waveguide part in such a manner that the antenna body part and the waveguide part are connected to each other, As shown in FIGS. 1 to 6, the
먼저, 안테나몸체부(100)는, 영구자석(130)이 직접 장착되어, ECR에 의해 발생한 고온전자(Energetic Electron)가 주변의 중성입자를 이온화시켜 균일한 대칭성을 갖는 플라즈마를 생성하는 구성요소로서, 둘레를 따라 원주방향으로 슬릿(120)이 형성된 고리형상의 도전체블록(110)으로 이루어지고, 상기 도전체블록(110) 내에는 상기 슬릿(120)에 인접하여 복수 개의 영구자석(130)이 장착되며, 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)를 통해 마이크로웨이브를 공급받아 플라즈마를 생성한다.First, the
여기서, 상기 슬릿(120)은 도전체블록(110)의 내외부를 관통하여 형성되며 사각파 형상(수직으로 올라가서 원주방향으로 연장된 다음 수직으로 내려가서 다시 원주방향으로 연장되고, 다시 수직으로 올라가는 패턴의 형상)으로 형성된다.(도 2, 도 3b 및 도 4 참조)The
이때, 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)는 슬릿(120)이 도전체블록(110)의 둘레를 따라 연장 형성되는 시작부분을 의미한다. 또한, 상기 슬릿(120)이 도전체블록(110)의 둘레를 따라 연장 형성되는 마지막부분에는 종단부(120b)가 형성된다. 따라서, 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 슬릿(120)은 도전체블록(110)의 둘레를 따라 사각파 형상으로 연장되어 형성됨에 따라 상기 인입부(120a)의 일측에는 상기 종단부(120b)가 배치된다.The
그리고, 사각파 형상의 슬릿(120)에 인접하여 장착되는 영구자석(130)은 도전체블록(110)에 형성된 삽입홈에 삽입된 상태에서 외부로 이탈되지 않도록 덮개(131)에 의해 지지되어 도전체블록(110) 상에 고정장착된다.The
그리고, 슬릿(120)의 도전체블록(110)의 높이방향과 원주방향의 길이는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코일안테나(1)의 사용주파수에 따라 정해지는 길이는 (n=자연수, = wavelength in vacuum<진공 중 파장>)로 파여지도록 형성된다. The length of the
상기 도파관부(200)는, 상기 안테나몸체부(100)의 도전체블록(110)에 정합되는 방식으로 체결되어 고전력의 파워를 인가하는 구성요소로서, 내부에는 인가된 마이크로웨이브를 상기 안테나몸체부(100)에 공급하기 위한 마이크로웨이브 공급공(213,223,233)이 관통되어 형성되며, 상기 마이크로웨이브 공급공(213,223,233)의 단부가 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)와 정합되도록 상기 도전체블록(110)에 체결되어, 상기 마이크로웨이브 공급공(213,223,233)을 통해 상기 마이크로웨이브를 슬릿(120)의 인입부(120a)에 직접 공급한다.The
여기서, 상기 도파관부(200)는, 도면에 도시된 바와 같이 발진기(미도시)로부터 생성된 마이크로웨이브를 인가받아 공급하는 마이크로웨이브공급 도파관(210)과, 상기 마이크로웨이브공급 도파관(210)의 출력단(212)에 입력단(221)이 체결되며, 출력단(222)으로 갈수록 점차적으로 좁아지는 형태로 형성된 테이퍼 도파관(220) 및, 상기 테이퍼 도파관(220)의 출력단(222)에 입력단(231)이 체결되며, 내부에는 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)와 대응되는 형태의 마이크로웨이브 공급공(233)이 형성되어 상기 마이크로웨이브 공급공(233)이 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)와 정합되도록 출력단(232)이 상기 도전체블록(110)에 체결되는 슬릿연결 도파관(230)을 포함하여 구비된다.Here, the
그리고, 상기 테이퍼 도파관(220)은 입력단(221)에서 출력단(222)으로 갈수록 점차적으로 좁아지는 형태를 띰으로써, 상기 마이크로웨이브공급 도파관(210)과 슬릿연결 도파관(230) 사이의 횡방향으로 줄어든 간격을 자연스럽게 연결시키는 역할을 한다. 이에 공급된 마이크로웨이브의 손실을 최소화하고, 높은 전압을 안테나 내부로 유도하는 기능을 수행하게 된다.
The
또한, 각 도파관(210,220,230)의 내부에는 각각의 마이크로웨이브 공급공(213,223,233)이 상호 연통되도록 형성되어 인가된 마이크로웨이브를 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)에 직접 공급한다.In addition,
상기 마이크로웨이브공급 도파관(210)은 단면적이 직사각 형태인 WR340 및 WR284 등의 규격 도파관이 이용될 수 있으며, 상기 테이퍼 도파관(220)의 출력단(222)과 슬릿연결 도파관(230)의 입력단(231) 사이에는, 상기 슬릿연결 도파관(230) 및 안테나몸체부(100)의 내부를 진공상태로 유지시키면서 상기 슬릿연결 도파관(230)의 마이크로웨이브 공급공(233)의 내부로 마이크로웨이브를 입사하는 진공창(240)이 배치된다. 이와 같이 도파관부(200) 내에서 전압이 가장 낮은 위치에 상기 진공창(240)이 배치됨으로써 진공창(240)으로 인한 전력손실을 감소시킬 수 있고 동시에 상기 슬릿연결 도파관(230) 및 안테나몸체부(100)의 내부를 진공봉합(Sealing)할 수 있는 것이다.The
또한, 상기 슬릿연결 도파관(230) 및 테이퍼 도파관(220)의 길이는, 각각 (n=자연수,= Guided Wavelength<관내 파장>)로 형성되는 것이 바람직하다.Further, the lengths of the
이는 도파관부(200) 내에 인가전압이 낮은 부분에 진공창(240)과 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)를 배치하기 위함이다. 만약 높은 전압이 인가되면 진공창(240)에서 유전, 저항 손실이 클 수 있으며 슬릿(120)의 인입부(120a)에서는 높은 전압으로 인한 Local discharge가 발생하여 마이크로웨이브가 안테나 몸체부(100)로 전달되는 것이 방해될 수 있기 때문이다.This is for disposing the
더불어, 상기 도파관부(200)에는, 도 6에 도시된 바와 같이 슬릿연결 도파관(230) 및 테이퍼 도파관(220)을 냉각시키기 위한 냉각라인(250)이 형성되는 것이 바람직하다. 상기 냉각라인(250)은 외부로부터 공급받은 냉각수가 순환하는 수냉로로 이루어질 수 있으며, 상기 냉각라인(250)의 구성을 통해 도파관부(200)가 가열되어 파손되는 것을 방지할수 있음은 물론 보다 안정적으로 마이크로웨이브를 인가할 수 있다.
6, a
한편, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 슬릿연결 도파관(230)의 마이크로웨이브 공급공(233)의 길이는 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)의 길이보다 긴 형태로 형성되되, 상기 마이크로웨이브 공급공(233)의 길이방향으로 상기 슬릿연결 도파관(230)의 출력단(232) 양측에는 입력단(231) 방향으로 경사진 형태의 경사면(234)이 형성되어, 상기 마이크로웨이브 공급공(233)의 중앙부는 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)와 정합되도록 연통되며, 상기 중앙부의 양측에는 개구홀(233a)이 각각 형성될 수 있다.4 and 5, the length of the
이와 같이, 슬릿연결 도파관(230)의 마이크로웨이브 공급공(233)의 중앙부는 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)와 대응되어 정합되는 크기를 가지면서도 상기 중앙부의 양측은 개구홀(233a)이 형성됨으로써, 리지타노안테나에 직접 연결되도록 할 수 있고 안테나몸체부(100)로 입사되는 마이크로웨이브가 외부로 누출되지 않고 상기 슬릿(120)으로 집중되는 것을 유도할 수 있다.The central portion of the
그리고, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)는, 상기 도전체블록(110) 내에서 외측으로 개구되지 않고 단부가 상호 연결된 구조로 구비된다.3B, the
여기서, 도 3a에는 종래의 코일안테나에서 도전체블록(10)에 형성된 슬릿(12)의 형상이 도시되어 있다. 기존의 동축선 구조의 전력전달 방식에서는 코일안테나에 직접 연결된 내부 도전봉을 통하여 마이크로웨이브가 전달되고 안테나의 슬릿(12)을 거쳐 동축선 구조의 전기도입기의 외부 도전체로 빠져 나가는 흐름을 가지므로, 도 3a와 같이 슬릿(12)의 인입부가 도전체블록(10) 내에서 외측으로 개구된 형태를 갖게 된다.Here, FIG. 3A shows the shape of the
그러나, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코일안테나(1)에서는 도파관부(200)를 통해 슬릿(120)의 인입부(120a)로 마이크로웨이브가 직접 인가되고 슬릿(120)을 거쳐 도파관부(200)의 슬릿연결 도파관(230)의 한면을 통해 전류가 흘러나가는 흐름을 갖기 때문에 도 3b에 도시된 바와 같이 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)는 도전체블록(110) 내에서 외측으로 개구되지 않고 단부가 상호 연결된다.However, in the
즉, 상기 종래의 코일안테나에서는 전류의 인가부분과 접지부분의 동축구조의 전력전달기에서 내부 도전체와 외부 도전체로 나뉘어졌다면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코일안테나(1)에서는 슬릿연결 도파관(230)의 개구홀(233a)과 슬릿연결 도파관(230)의 구조적으로 분리된 형상에 의해 인가부분과 접지부분으로 분리된다는 점에서 구조상의 차이점이 있다.That is, in the conventional coil antenna, if the inner conductor and the outer conductor are divided in the power feeder having the coaxial structure of the current application portion and the ground portion, in the
여기서, 도 7a에는 CST사의 Microwave Studio(MWS)를 이용하여 종래의 동축선 구조로 파워가 인가되어 코일안테나의 내부(안테나 중앙, z = 0)에 형성된 전기장의 분포를 계산한 결과가 도시되며, 도 7b에는 같은 방식으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코일안테나(1)의 내부에 형성된 전기장의 분포를 계산한 결과가 도시되어 있다.Here, FIG. 7A shows the result of calculating the distribution of the electric field formed inside the coil antenna (center of the antenna, z = 0) by applying power to the conventional coaxial line structure using Microwave Studio (MWS) FIG. 7B shows the result of calculating the distribution of the electric field formed inside the
도 7a 및 도 7b에 도시된 바와 같이, 기존의 동축선 구조의 전력전달 방식에 비하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도파관 직접정합 방식을 사용하였을 경우 코일안테나(1)의 내부에는 상대적으로 높고 균일한 전기장이 형성됨을 확인할 수 있다.7A and 7B, when the waveguide direct matching method according to the preferred embodiment of the present invention is used as compared with the conventional coaxial line power transmission system, the
또한, 도 8a는 같은 방식으로 종래의 코일안테나에서 동축선 구조로 파워가 인가되는 부분(동축선, 도파관 중심)의 전기장의 분포를 계산한 결과가 도시되며, 도 8b에는 같은 방식으로 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코일안테나(1)에서 도파관 직접정합 방식 구조로 파워가 인가되는 부분(도전체블록(110), 슬릿연결 도파관(230))의 전기장의 분포를 계산한 결과가 도시되어 있다.8A shows a result of calculating the distribution of the electric field at the portion (coaxial line, waveguide center) where power is applied to the coaxial line structure in the conventional coil antenna in the same manner, and FIG. There is shown a result of calculating the distribution of the electric field of the portion (the
도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이, 기존의 동축선 구조의 전력전달 방식에 비교하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 도파관 정합 방식을 이용한 전력전달 방식이 도파관부(200)로 공급된 마이크로웨이브가 보다 효과적으로 안테나몸체부(100)의 슬릿(120)으로 인가되는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIGS. 8A and 8B, the power transmission system using the waveguide matching method according to the preferred embodiment of the present invention, as compared with the power transmission system of the conventional coaxial line structure, Can be more effectively applied to the
상술한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코일안테나(1)의 각 구성 및 기능에 의해, 종래기술에 따른 동축선 구조로 구비되어 도전봉에 1kW의 인가파워만 공급할 수 있는데 반하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 코일안테나(1)에서는 도파관부(200)가 안테나몸체부(100)에 직접 체결되어 연결되는 방식으로 구비되기 때문에 4kW 이상의 고전력 파워인가가 가능하게 된다.According to the configuration and function of the
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is to be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.
1...코일안테나 100...안테나몸체부
110...도전체블록 120...슬릿
120a...인입부 130...영구자석
200...도파관부 210...마이크로웨이브공급 도파관
220...테이퍼 도파관 230...슬릿연결 도파관
240...진공창 250...냉각라인1 ...
110 ... conductor block 120 ... slit
120a ...
200 ...
220 ... tapered
240 ...
Claims (7)
내부에는 인가된 마이크로웨이브를 상기 안테나몸체부(100)에 공급하기 위한 마이크로웨이브 공급공(213,223,233)이 관통되어 형성되며, 상기 마이크로웨이브 공급공(213,223,233)의 단부가 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)와 정합되도록 상기 도전체블록(110)에 체결되어, 상기 마이크로웨이브 공급공(213,223,233)을 통해 상기 마이크로웨이브를 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)에 공급하는 도파관부(200);를 포함하되,
상기 도파관부(200)는,
발진기로부터 생성된 마이크로웨이브를 인가받아 공급하는 마이크로웨이브공급 도파관(210)과,
상기 마이크로웨이브공급 도파관(210)의 출력단(212)에 입력단(221)이 체결되며, 출력단(222)으로 갈수록 점차적으로 좁아지는 형태로 형성된 테이퍼 도파관(220) 및,
상기 테이퍼 도파관(220)의 출력단(222)에 입력단(231)이 체결되며, 내부에는 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)와 대응되는 형태의 마이크로웨이브 공급공(233)이 형성되어 상기 마이크로웨이브 공급공(233)이 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)와 정합되도록 출력단(232)이 상기 도전체블록(110)에 체결되는 슬릿연결 도파관(230)을 포함하며,
각 도파관(210,220,230)의 내부에는 각각의 마이크로웨이브 공급공(213,223,233)이 상호 연통되도록 형성되어 인가된 마이크로웨이브를 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)에 직접 공급하는 것을 특징으로 하는 도파관 연결방식의 리지타노 코일안테나.
And a plurality of permanent magnets 130 adjacent to the slits 120 are formed in the conductor block 110. The slits 120 are formed in the circumferential direction of the conductor block 110, An antenna body 100 for receiving a microwave through an inlet 120a of the slit 120 to generate plasma; And
The microwave supply holes 213, 223 and 233 for supplying an applied microwave to the antenna body 100 are formed in the inside of the slit 120 and the ends of the microwave supply holes 213, A waveguide part 200 fastened to the conductor block 110 so as to be aligned with the waveguide 120a and supplying microwaves to the inlet part 120a of the slit 120 through the microwave supply holes 213, ; ≪ / RTI >
The waveguide unit 200 includes:
A microwave supply waveguide 210 for receiving and supplying a microwave generated from the oscillator,
A taper waveguide 220 having an input terminal 221 coupled to an output terminal 212 of the microwave supply waveguide 210 and gradually narrowing toward an output terminal 222,
An input end 231 is coupled to an output end 222 of the taper waveguide 220 and a microwave supply hole 233 corresponding to the inlet 120a of the slit 120 is formed therein, And a slit connection waveguide 230 in which an output terminal 232 is coupled to the conductor block 110 so that a wave supply hole 233 is aligned with an inlet 120a of the slit 120,
And the microwave supply holes 213, 223 and 233 are formed in the waveguides 210, 220 and 230 so that the microwave supply holes 213, 223 and 233 are communicated with each other, and the applied microwave is directly supplied to the inlet 120a of the slit 120. [ Rijitano coil antenna.
상기 테이퍼 도파관(220)의 출력단(222)과 상기 슬릿연결 도파관(230)의 입력단(231) 사이에는,
상기 슬릿연결 도파관(230) 및 안테나몸체부(100)의 내부를 진공상태로 유지시키면서 상기 슬릿연결 도파관(230)의 마이크로웨이브 공급공(233)의 내부로 상기 마이크로웨이브를 입사하는 진공창(240)이 배치되는 것을 특징으로 하는 도파관 연결방식의 리지타노 코일안테나.
The method according to claim 1,
Between the output end 222 of the tapered waveguide 220 and the input end 231 of the slit connecting waveguide 230,
A vacuum window 240 for entering the microwave into the microwave supply hole 233 of the slit connecting waveguide 230 while maintaining the inside of the slit connecting waveguide 230 and the antenna body 100 in a vacuum state, ) Are arranged on the same side of the substrate.
상기 슬릿연결 도파관(230)의 마이크로웨이브 공급공(233)의 길이는 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)의 길이보다 긴 형태로 형성되되,
상기 마이크로웨이브 공급공(233)의 길이방향으로 상기 슬릿연결 도파관(230)의 출력단(232) 양측에는 일정각도로 경사진 형태의 경사면(234)이 형성되어,
상기 마이크로웨이브 공급공(233)의 중앙부는 상기 슬릿(120)의 인입부(120a)와 정합되도록 연통되며, 상기 중앙부의 양측에는 개구홀(233a)이 각각 형성된 것을 특징으로 하는 도파관 연결방식의 리지타노 코일안테나.
The method of claim 3,
The length of the microwave supply hole 233 of the slit connecting waveguide 230 is longer than the length of the inlet 120a of the slit 120,
At both sides of the output end 232 of the slit connection waveguide 230 in the longitudinal direction of the microwave supply hole 233, an inclined surface 234 inclined at a predetermined angle is formed,
The center portion of the microwave supply hole 233 communicates with the inlet portion 120a of the slit 120 and an opening hole 233a is formed on both sides of the center portion. Tano coil antenna.
상기 슬릿연결 도파관(230) 및 테이퍼 도파관(220)의 길이는, (n=자연수,= Guided Wavelength<관내 파장>)로 형성되는 것을 특징으로 하는 도파관 연결방식의 리지타노 코일안테나.
5. The method of claim 4,
The length of the slit connecting waveguide 230 and the tapered waveguide 220 may be, (n = natural number, = Guided Wavelength ").≪ / RTI >
도파관부(200)에는,
상기 슬릿연결 도파관(230) 및 테이퍼 도파관(220)을 냉각시키기 위한 냉각라인(250)이 형성되는 것을 특징으로하는 도파관 연결방식의 리지타노 코일안테나.
6. The method of claim 5,
In the waveguide section 200,
And a cooling line (250) for cooling the slit connecting waveguide (230) and the taper waveguide (220) is formed.
상기 슬릿(120)의 인입부(120a)는,
상기 도전체블록(110)의 내측에서 외측으로 개구되지 않고, 상기 슬릿(120)의 종단부(120b)가 막혀 전기적으로 단락되어 있는 것을 특징으로 하는 도파관 연결방식의 리지타노 코일안테나.6. The method of claim 5,
The inlet portion 120a of the slit 120 is formed with a through-
And the end portion (120b) of the slit (120) is closed and electrically short-circuited without being opened to the outside from the inside of the conductor block (110).
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