KR20170098740A - 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치 및 방법 - Google Patents

펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20170098740A
KR20170098740A KR1020170101954A KR20170101954A KR20170098740A KR 20170098740 A KR20170098740 A KR 20170098740A KR 1020170101954 A KR1020170101954 A KR 1020170101954A KR 20170101954 A KR20170101954 A KR 20170101954A KR 20170098740 A KR20170098740 A KR 20170098740A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pulse
wave
plasma
power amplifier
mode power
Prior art date
Application number
KR1020170101954A
Other languages
English (en)
Inventor
최진주
이한슬
Original Assignee
광운대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 광운대학교 산학협력단 filed Critical 광운대학교 산학협력단
Priority to KR1020170101954A priority Critical patent/KR20170098740A/ko
Publication of KR20170098740A publication Critical patent/KR20170098740A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
    • H05H1/461—Microwave discharges
    • H05H2001/4607—

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Abstract

펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치는 신호 발생기, 펄스 모드 전력 증폭기 및 플라즈마 발생기를 포함하며, 전력 발진기 또는 신호 발생기의 출력단에 펄스 모드로 동작하는 전력 증폭기를 연결되고, 펄스 모드 전력 증폭기의 출력단에는 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기를 연결된다. 펄스 모드 전력 증폭기는 마이크로파 대역의 전력 증폭기를 펄스 모드로 동작시 소자의 게이트 단에 상기 신호 발생기로부터 사각파, 톱니파, 사인파 중 어느 하나의 펄스파 전압을 공급한다. 신호 발생기는 펄스 슬립 시간 동안 마이크로파 전력(PB)을 만들기 위해 상기 펄스 모드 전력 증폭기의 게이트 단에 펄스파 전압을 공급 시 펄스 슬립 시간 동안에 전압(VB)이 존재하도록 한다. 신호 발생기는 상기 펄스 모드 전력 증폭기의 게이트 단에 입력하는 펄스 신호의 펄스 반복 주파수를 변화시켜, 플라즈마의 온도 및 특성을 조절한다. 펄스 모드 전력 증폭기는 300MHz~40GHz 대역의 고출력 고주파에서 50W의 높은 펄스 피크 전력에서도 섭씨 40℃ 이하의 저온의 특성을 갖는 플라즈마를 발생시키며, 이 펄스 모드 전력 증폭기를 이용한 플라즈마를 통해 치과 치료용 치아세균을 살균하거나 또는 의료용 마이크로파 플라즈마로 사용된다.

Description

펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치 및 방법{Low temperature plasma source by using pulse microwave}
본 발명은 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전력 발진기, 또는 신호 발생기의 출력단에 펄스 모드로 동작하는 전력 증폭기의 게이트를 연결하고, 펄스 모드 전력 증폭기의 출력단에는 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기를 연결하여, 300MHz~40GHz 대역의 고출력 고주파에서 50W의 높은 펄스 피크 전력에서도 섭씨 40℃ 이하의 저온의 특성을 갖는 플라즈마를 발생시키며, 이 펄스 모드 전력 증폭기를 이용한 플라즈마를 통해 치과 치료용 치아세균을 살균하거나 또는 의료용 마이크로파 플라즈마로 사용되는, 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근, 의료용 플라즈마에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 의료용으로 사용될 수 있는 플라즈마는 그 자체로 멸균, 세포 치료, 고정밀 수술 그리고 박테리아나 바이러스의 불활성화 등의 특성을 가져야 한다. 또한, 인체에 닿아야하기 때문에 섭씨 40도 이하의 온도를 가져야 한다. 현재까지 이러한 의료용 플라즈마에 대한 발생원은 대부분 저주파 대역(수 kHz ~ 수 MHz)에서 많이 개발되어 왔으며, 인체에 무해할 정도의 저온 특성을 가진다.
최근 들어 마이크로파(Microwave)를 이용한 플라즈마 발생원에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다. 지금까지 연구된 대부분의 마이크로파 플라즈마 발생원의 출력 전력은 수 와트(W) 정도의 낮은 전력이며, 수십 와트 이상의 고출력 전력에서는 플라즈마의 안정도는 좋으나 높은 주파수 특성으로 인해, 플라즈마 생성 시에 높은 온도를 갖게 되어 의료용으로 적합하지 않다.
300MHz~40GHz 대역의 고출력 고주파에서 발생하는 플라즈마는 플라즈마 발생 구조에 따라 약간의 차이는 있지만, 대부분 의료용으로 사용하기에는 높은 온도를 가진다. 이에 고출력 고주파 특성을 가지는 플라즈마에 대해서는 의료용으로써 그 특성이 제대로 연구된 바가 없다.
따라서 300MHz~40GHz 대역의 고출력 고주파에서도 섭씨 40℃ 이하의 저온의 특성을 갖는 플라즈마를 발생시키기 위하여, 반도체 소자를 펄스 모드 전력 증폭기로 동작시키는 장치가 필요하다.
종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전력 발진기 또는 신호 발생기의 출력단에 펄스 모드로 동작하는 전력 증폭기의 게이트(Gate)를 연결하고, 펄스 모드 전력 증폭기의 출력단에는 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기를 연결하여, 300MHz~40GHz 대역의 고출력 고주파에서 50W의 높은 펄스 피크 전력에서도 섭씨 40℃ 이하의 저온의 특성을 갖는 플라즈마를 발생시키며, 이 펄스 모드 전력 증폭기를 이용한 플라즈마를 통해 치과 치료용 치아세균을 살균하거나 또는 의료용 마이크로파 플라즈마로 사용되는, 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 장치에 적합한 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위해, 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치는 연속파(Continuous Wave)를 갖는 마이크로파를 생성하는 전력 발진기; 펄스 모드 전력 증폭기의 게이트(Gate)에 연결되며, 펄스 모드로 전력 증폭기를 동작시키기 위해 사각파, 톱니파, 사인파 중 어느 하나의 펄스 전압을 인가하는 신호 발생기; 상기 전력 발진기로부터 연속파(Continuous Wave)를 입력받고, 펄스 신호의 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency)를 조절하여 상기 신호 발생기로부터 사각파, 톱니파, 사인파의 전압을 게이트(Gate)로부터 입력받아 증폭하며 증폭된 피크 펄스 전력(PA)을 갖는 펄스파(Pulse Wave)를 생성하는 펄스 모드 전력 증폭기; 및 상기 펄스 모드 전력 증폭기로부터 사각파, 톱니파, 사인파를 갖는 펄스 신호의 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency)가 조절된 펄스파(Pulse Wave)를 인가받아 플라즈마의 온도를 조절하도록 300MHz~40GHz 대역의 고출력 고주파에서 50W의 높은 펄스 피크 전력에서도 섭씨 40℃ 이하의 저온의 특성을 갖는 펄스파 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성기를 포함하며,
상기 신호 발생기는 펄스 슬립 시간 동안 마이크로파 전력(PB)을 만들기 위해 상기 펄스 모드 전력 증폭기의 게이트 단에 펄스파 전압을 공급 시 펄스 슬립 시간 동안에 전압(VB)이 존재하도록 하며,
상기 펄스 모드 전력 증폭기는 상기 펄스파 플라즈마를 유지하기 위하여 펄스 슬립 시간에 마이크로파 전력(PB)이 존재하도록 하며,
상기 신호 발생기에 의해 상기 펄스 모드 전력 증폭기의 게이트 단에 입력하는 펄스 신호의 펄스 반복 주파수를 변화시켜, 플라즈마의 온도 및 특성을 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 펄스 모드 전력 증폭기는 마이크로파 대역의 전력 증폭기를 펄스 모드로 동작시 소자의 게이트 단에 상기 신호 발생기로부터 사각파, 톱니파, 사인파 중 어느 하나의 펄스파 전압을 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 방법은 전력 발진기에 의해 연속파(Continuous Wave)를 갖는 마이크로파를 생성하는 단계; 신호 발생기에 의해 사각파, 톱니파, 사인파 중 어느 하나의 펄스 전압을 펄스 모드 전력 증폭기의 게이트(Gate)로 인가하는 단계; 상기 전력 발진기로부터 연속파(Continuous Wave)를 입력받고, 펄스 신호의 펄스 폭(Pulse Width)과 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency)를 조절하여 상기 신호 발생기로부터 사각파, 톱니파, 사인파의 전압을 게이트(Gate)로부터 입력받아 펄스 모드 전력 증폭기에 의해 증폭하며 증폭된 피크 펄스 전력(PA)을 갖는 펄스파(Pulse Wave)를 생성하는 단계; 및 상기 펄스 모드 전력 증폭기로부터 사각파, 톱니파, 사인파를 갖는 펄스 신호의 펄스 폭(Pulse Width)과 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency)가 조절된 펄스파(Pulse Wave)를 입력받아 플라즈마의 온도를 조절하도록 플라즈마 발생기에 의해 300MHz~40GHz 대역의 고출력 고주파에서 50W의 높은 펄스 피크 전력에서도 섭씨 40℃ 이하의 저온의 특성을 갖는 펄스파 플라즈마를 발생시키는 단계;를 포함하며,
상기 신호 발생기는 펄스 슬립 시간 동안 마이크로파 전력(PB)을 만들기 위해 상기 펄스 모드 전력 증폭기의 게이트 단에 펄스파 전압을 공급 시 펄스 슬립 시간 동안에 전압(VB)이 존재하도록 하며,
상기 신호 발생기에 의해 상기 펄스 모드 전력 증폭기의 게이트 단에 입력하는 펄스 신호의 펄스 반복 주파수와 펄스 폭 그리고 펄스 형태를 변화시켜, 플라즈마의 온도 및 특성을 조절하는 것을 특징으로 한다.
상기 펄스 모드 전력 증폭기는 마이크로파 대역의 전력 증폭기를 펄스 모드로 동작시 소자의 게이트 단에 상기 신호 발생기로부터 사각파, 톱니파, 사인파 중 어느 하나의 펄스파 전압을 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 펄스 모드 전력 증폭기에서 상기 펄스파 플라즈마를 유지하기 위하여 펄스 슬립 시간에 마이크로파 전력(PB)이 존재하도록 하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이, 본 발명의 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치 및 방법은 전력 발진기, 또는 신호 발생기의 출력단에 펄스 모드로 동작하는 전력 증폭기의 게이트(Gate)를 연결하고, 펄스 모드 전력 증폭기의 출력단에는 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기를 연결하여, 300MHz~40GHz 대역의 고출력 고주파에서 50W의 높은 펄스 피크 전력에서도 섭씨 40℃ 이하의 저온의 특성을 갖는 플라즈마를 발생시키며, 이 펄스 모드 전력 증폭기를 이용한 플라즈마를 통해 치과 치료용 치아세균을 살균하거나 또는 의료용 마이크로파 플라즈마로 사용할 수 있게 되었다.
펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치는 50W 정도의 높은 펄스 피크 전력에서도 섭씨 40℃ 이하의 낮은 온도를 갖는 펄스파 플라즈마를 만들 수 있고, 치과 치료시에 치아 세균을 살균시키는 치과 치료용 플라즈마, 또는 이에 대한 의료용 플라즈마로서의 검증 과정을 거친 후에 그 특성에 맞는 의료 분야에 대한 활용이 기대된다.
도 1은 본 발명에 따른 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치의 구성도이다;
도 2는 펄스 모드 전력 증폭기의 입력단의 게이트 전압과 출력단의 펄스파의 파형을 나타낸 도면이다; 그리고
도 3은 본 발명에 따른 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 방법을 설명한 순서도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명의 구성 및 동작을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치의 구성도이다.
본 발명의 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치 및 방법은 전력 발진기, 또는 신호 발생기의 출력단에 펄스 모드로 동작하는 전력 증폭기의 게이트(Gate)를 연결하고, 펄스 모드 전력 증폭기의 출력단에는 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기를 연결하여, 300MHz~40GHz 대역의 고출력 고주파에서 50W의 높은 펄스 피크 전력에서도 섭씨 40℃ 이하의 저온의 특성을 갖는 펄스파 플라즈마를 발생시키며, 이 펄스 모드 전력 증폭기를 이용한 약 섭씨 40℃ 이하의 저온의 특성을 갖는 플라즈마는 치과 치료용 치아세균을 살균하거나 또는 의료용 마이크로파 플라즈마로 사용된다.
펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치는 전력 발진기(10), 신호 발생기(20), 펄스 모드 전력 증폭기(30) 및 플라즈마 생성기로 구성된다.
본 발명의 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치는 연속파(Continuous Wave)를 갖는 마이크로파를 생성하는 전력 발진기(10); 펄스 모드 전력 증폭기의 게이트(Gate)에 연결되며, 펄스 모드로 전력 증폭기를 동작시키기 위해 사각파, 톱니파, 사인파 중 어느 하나의 펄스 전압을 인가하는 신호 발생기(20); 상기 전력 발진기(10)로부터 연속파(Continuous Wave)를 입력받고, 펄스 신호의 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency)를 조절하여 상기 신호 발생기(20)로부터 사각파, 톱니파, 사인파의 전압을 게이트(Gate)로부터 입력받아 증폭하며 증폭된 피크 펄스 전력(PA)을 갖는 펄스파(Pulse Wave)를 생성하는 펄스 모드 전력 증폭기(30); 상기 펄스 모드 전력 증폭기(30)로부터 사각파, 톱니파, 사인파를 갖는 펄스 신호의 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency)가 조절된 펄스파(Pulse Wave)를 인가받아 플라즈마의 온도를 조절하도록 300MHz~40GHz 대역의 고출력 고주파에서 50W의 높은 펄스 피크 전력에서도 섭씨 40℃ 이하의 저온의 특성을 갖는 펄스파 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성기(40)를 포함한다.
상기 펄스 모드 전력 증폭기(30)는 상기 플라즈마를 생성함에 있어서, 마이크로파 대역의 펄스 모드 반도체 전력 증폭기를 이용하여 펄스파 플라즈마를 만들어 상대적으로 연속 플라즈마에 비해 300MHz~40GHz 대역의 고출력 고주파에서 50W의 높은 펄스 피크 전력에서도 섭씨 40℃ 이하의 낮은 온도를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 펄스 모드 전력 증폭기(30)는 상기 펄스파 플라즈마를 유지하기 위하여 펄스 슬립 시간에 마이크로파 전력(PB)이 존재하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 펄스 모드 전력 증폭기(30)는 마이크로파 대역의 전력 증폭기를 펄스 모드로 동작시 소자의 게이트 단에 상기 신호 발생기(20)로부터 사각파, 톱니파, 사인파 중 어느 하나의 펄스파 전압을 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호 발생기(20)는 펄스 슬립 시간 동안 마이크로파 전력(PB)을 만들기 위해 펄스 모드 전력 증폭기(30)의 게이트 단에 펄스파 전압을 공급 시 펄스 슬립 시간 동안에 전압(VB)이 존재하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호 발생기(20)는 상기 펄스 모드 전력 증폭기(30)의 게이트 단에 입력하는 펄스 신호의 펄스 반복 주파수와 펄스 폭 그리고 펄스 형태를 변화시켜, 플라즈마의 온도 및 특성을 조절하며, 펄스파(Pulse Wave)의 펄스폭이 낮아지면 펄스폭 시간에 따른 평균 전력이 낮아지며 이에 따라 플라즈마 온도가 낮아지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 방법은 전력 발진기(10)에 의해 연속파(Continuous Wave)를 갖는 마이크로파를 생성하여 펄스 모드 전력 증폭기로 입력하는 단계(S10); 신호 발생기(20)에 의해 사각파, 톱니파, 사인파 중 어느 하나의 펄스 전압을 펄스 모드 전력 증폭기의 게이트(Gate)로 인가하는 단계(S20); 상기 전력 발진기(10)로부터 연속파(Continuous Wave)를 입력받고, 펄스 신호의 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency)를 조절하여 상기 신호 발생기(20)로부터 사각파, 톱니파, 사인파의 전압을 게이트(Gate)로부터 입력받아 펄스 모드 전력 증폭기(30)에 의해 증폭하며 증폭된 피크 펄스 전력(PA)을 갖는 펄스파(Pulse Wave)를 생성하는 단계(S30); 및 상기 펄스 모드 전력 증폭기(30)로부터 사각파, 톱니파, 사인파를 갖는 펄스 신호의 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency)가 조절된 펄스파(Pulse Wave)를 입력받아 플라즈마의 온도를 조절하도록 플라즈마 발생기(40)에 의해 300MHz~40GHz 대역의 고출력 고주파에서 50W의 높은 펄스 피크 전력에서도 섭씨 40℃ 이하의 저온의 특성을 갖는 펄스파 플라즈마를 발생시키는 단계(S40);를 포함한다.
상기 펄스 모드 전력 증폭기(30)는 마이크로파 대역의 전력 증폭기를 펄스 모드로 동작시 소자의 게이트 단에 상기 신호 발생기로부터 사각파, 톱니파, 사인파 중 어느 하나의 펄스파 전압을 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기 펄스 모드 전력 증폭기(30)에서 상기 펄스파 플라즈마를 유지하기 위하여 펄스 슬립 시간에 마이크로파 전력(PB)이 존재하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호 발생기(20)에 의해 펄스 슬립 시간 동안 마이크로파 전력(PB)을 만들기 위해 상기 펄스 모드 전력 증폭기(30)의 게이트 단에 펄스파 전압을 공급 시 펄스 슬립 시간 동안에 전압(VB)이 존재하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호 발생기(20)에 의해 상기 펄스 모드 전력 증폭기(30)의 게이트 단에 입력하는 펄스 신호의 펄스 반복 주파수와 펄스 폭 그리고 펄스 형태를 변화시켜, 플라즈마의 온도 및 특성을 조절하며, 펄스파의 펄스폭이 낮아지면 펄스폭 시간에 따른 평균 전력이 낮아지며 이에 따라 플라즈마 온도가 낮아지는 것을 특징으로 한다.
도 2는 펄스 모드 전력 증폭기의 입력단의 게이트 전압과 출력단의 펄스파의 파형을 나타낸 도면이다.
전력 발진기(10)는 Microwave source로써 연속파(Continuous Wave)를 갖는 마이크로파(Microwave)를 생성한다.
신호 발생기(20)는 펄스 모드로 전력 증폭기(30)를 동작시키기 위해 펄스폭(10), 주기(10Hz) 1초에 10번씩 펄스폭을 갖는 펄스파를 생성하며, 사각파, 톱니파, 사인파 등의 펄스 전압을 펄스 모드 전력 증폭기의 게이트(Gate)로 인가한다.
펄스 모드 전력 증폭기(30)는 상기 전력 발진기(10)로부터 연속파(Continuous Wave)를 입력받고, 펄스 신호의 펄스 폭(Pulse Width)과 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency)를 조절하여 상기 신호 발생기(20)로부터 사각파, 톱니파, 사인파의 전압을 게이트(Gate)로부터 입력받아 증폭하며 증폭된 피크 펄스 전력(PA)을 갖는 펄스파(Pulse Wave)를 출력한다.
VA는 펄스파가 있는 구간의 펄스 신호의 피크 전압을 나타내며, VB는 펄스파가 없는 구간에서 펄스 슬립 시간에 마이크로파 전압을 나타낸다. PA는 증폭된 피크 펄스 전력을 나타내며, PB는 펄스파가 없는 구간에서 펄스 슬립 시간에 마이크로파 전력을 나타낸다.
플라즈마 생성기(40)는 상기 펄스 모드 전력 증폭기(30)로부터 사각파, 톱니파, 사인파를 갖는 펄스파의 펄스 폭(Pulse Width)과 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency)가 조절된 펄스파(Pulse Wave)를 입력받아 플라즈마의 온도를 조절하도록 300MHz~40GHz 대역의 고출력 고주파에서 50W의 높은 펄스 피크 전력에서도 섭씨 40℃ 이하의 저온의 특성을 갖는 펄스파 플라즈마를 발생시킨다. 예를들면, 신호발생기가 펄스폭이 10μs이고, 주기가 10Hz, 즉 1초에 10번씩 펄스파를 제공하는 경우, 플라즈마의 온도 특성을 조절하도록 펄스 모드 전력 증폭기에 공급되는 펄스파의 펄스폭이 낮아지면 펄스폭 시간에 따른 평균 전력이 낮아지며 이에 따라 플라즈마 온도가 낮아지게 된다.
이 펄스 모드 전력 증폭기를 이용한 300MHz~40GHz 대역의 고출력 고주파에서도 50W의 높은 펄스 피크 전력에서도 섭씨 40℃ 이하의 저온의 특성을 갖는 플라즈마는 치과 치료용 치아세균을 살균하거나 또는 의료용 마이크로파 플라즈마로 사용된다.
본 발명은 300MHz~40GHz 대역의 고출력 고주파에서도 50W의 높은 펄스 피크 전력에서도 섭씨 40℃ 이하의 저온의 특성을 갖는 플라즈마를 발생시키기 위하여, 반도체 소자를 펄스 모드 전력 증폭기로 동작시키는 것이다. 전력 발진기(10) 또는 신호 발생기(20)의 출력단에 펄스 모드로 동작하는 펄스 모드 전력 증폭기(30)를 연결한다. 펄스 모드 전력 증폭기(30)의 출력단에는 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 발생기(40)를 연결한다. 이 때, 전력 발진기(10) 또는 신호 발생기(20)로부터 300MHz ~ 40GHz 대역의 고주파수의 연속파(Continuous Wave)가 펄스 모드 전력 증폭기(30)에 입력되고, 이후에 펄스 모드 전력 증폭기(30)에 의해 증폭된 피크 펄스 전력(PA)을 갖는 펄스파(Pulse Wave)를 출력하게 된다. 또한, 펄스 파가 없는 펄스 슬립 시간(Pulse Sleep Time)에서는 기존의 연속파 플라즈마를 발화(Ignition)하기 위한 전력보다 낮은 일정한 전력(PB)을 내도록 하여, 펄스 슬립 시간동안 플라즈마가 꺼지지 않고 유지되도록 한다. 이 펄스파에 의해 발생하는 플라즈마는 피크 펄스 전력(PA)과 동일한 평균 전력(Average Power)을 갖는 연속파(Plasma)에 의해 발생하는 플라즈마 보다 낮은 온도를 갖는다. 또한, 전력 증폭기를 펄스 모드로 동작시키기 위해 펄스 모드 전력 증폭기의 게이트(Gate) 입력부에 인가되는 펄스 전압의 형태에 따라서 출력되는 펄스 파형을 바꿀 수 있다. 이 펄스 모드 전력 증폭기를 이용한 플라즈마를 사용해 의료용 마이크로파 플라즈마 연구가 더 진행할 수 있을 것으로 보인다.
도 3은 본 발명에 따른 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 방법을 설명한 순서도이다.
본 발명에 따른 펄스 마이크로파 저온 플라즈마는 전력 발진기 또는 신호 발생기와 전력 증폭기 그리고 플라즈마 발생 구조를 직렬 구조로 구성하고, 전력 증폭기의 게이트(Gate) 입력부에 펄스 신호를 인가함으로써 발생시킬 수 있다. 여기서 펄스 신호의 피크 전압 값(VA)은 일정한 입력 전력과 드레인 전압(Drain Voltage)에 대해 펄스 모드 전력 증폭기의 피크 펄스 전력(PA)이 최대가 되는 값이며, 피크가 아닐 때의 값(VB)은 플라즈마 제트 분사 구조에서 플라즈마가 발화된 후 유지될 수 있는 출력 전력(PB)을 갖도록 조절한다.
이 때, 플라즈마를 유지하는 출력 전력은 기존의 연속파를 이용한 플라즈마 발화 방식의 평균 전력에 비해 낮은 전력을 갖게 된다. 또한 플라즈마의 온도는 펄스 피크 전력(PA)과 같은 평균 전력 값을 갖는 연속파를 이용한 플라즈마에 비해 월등히 낮은 온도(섭씨 40℃ 이하의 온도)를 갖는다.
또한, 펄스 모드 전력 증폭기(30)의 게이트 입력단에 인가하는 펄스 신호의 피크 전압 값과 베이스 라인 전압 값을 조정하기 위해 정확한 펄스를 만들 수 있는 신호 발생기(펄스 제너레이터 또는 펄스 회로)를 필요로 한다. 이러한 펄스 제너레이터를 이용하면, 펄스 모드 전력 증폭기(30)의 게이트 입력단에 들어가는 펄스 신호의 펄스 폭(Pulse Width)과 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency)를 조절하여 플라즈마의 온도를 조절할 수 있다.
본 발명은 펄스 모드 전력 증폭기를 이용하여, 50W 정도의 높은 평균 전력을 가지는 연속파 플라즈마와 비교해 그 평균 전력과 같은 펄스 피크 전력(PA)을 가지는 펄스파 플라즈마를 만들어 40℃ 이하의 훨씬 낮은 온도를 갖는 플라즈마를 발생하며, 이를 치과 치료용 또는 의료용으로 연구가 가능하도록 하였다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
10: 전력 발진기 20: 신호 발생기
30: 펄스 모드 전력 증폭기 40: 플라즈마 생성기
VA: 펄스파가 있는 구간의 펄스 신호의 피크 전압
VB: 펄스파가 없는 구간에서 펄스 슬립 시간에 마이크로파 전압

Claims (4)

  1. 연속파(Continuous Wave)를 갖는 마이크로파를 생성하는 전력 발진기;
    펄스 모드 전력 증폭기의 게이트(Gate)에 연결되며, 펄스 모드로 전력 증폭기를 동작시키기 위해 사각파, 톱니파, 사인파 중 어느 하나의 펄스 전압을 인가하는 신호 발생기;
    상기 전력 발진기로부터 연속파(Continuous Wave)를 입력받고, 펄스 신호의 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency)를 조절하여 상기 신호 발생기로부터 사각파, 톱니파, 사인파의 전압을 게이트(Gate)로부터 입력받아 증폭하며 증폭된 피크 펄스 전력(PA)을 갖는 펄스파(Pulse Wave)를 생성하는 펄스 모드 전력 증폭기; 및
    상기 펄스 모드 전력 증폭기로부터 사각파, 톱니파, 사인파를 갖는 펄스 신호의 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency)가 조절된 펄스파(Pulse Wave)를 인가 받아 플라즈마의 온도를 조절하도록 300MHz~40GHz 대역의 고출력 고주파에서 50W의 높은 펄스 피크 전력에서도 섭씨 40℃ 이하의 저온의 특성을 갖는 펄스파 플라즈마를 발생시키는 플라즈마 생성기를 포함하며,
    상기 신호 발생기는 펄스 슬립 시간 동안 마이크로파 전력(PB)을 만들기 위해 상기 펄스 모드 전력 증폭기의 게이트 단에 펄스파 전압을 공급 시 펄스 슬립 시간 동안에 전압(VB)이 존재하도록 하며,
    상기 펄스 모드 전력 증폭기는 상기 펄스파 플라즈마를 유지하기 위하여 펄스 슬립 시간에 마이크로파 전력(PB)이 존재하도록 하며,
    상기 신호 발생기는 상기 펄스 모드 전력 증폭기의 게이트 단에 입력하는 펄스 신호의 펄스 반복 주파수를 변화시켜, 플라즈마의 온도 및 특성을 조절하며, 펄스파의 펄스폭이 낮아지면 펄스폭 시간에 따른 평균 전력이 낮아지며 이에 따라 플라즈마 온도가 낮아지며,
    펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치는 50W 정도의 높은 펄스 피크 전력에서도 섭씨 40℃ 이하의 낮은 온도를 갖는 펄스파 플라즈마를 만드는 것을 특징으로 하는 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 펄스 모드 전력 증폭기는
    마이크로파 대역의 전력 증폭기를 펄스 모드로 동작시 소자의 게이트 단에 상기 신호 발생기로부터 사각파, 톱니파, 사인파 중 어느 하나의 펄스파 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치.
  3. 전력 발진기에 의해 연속파(Continuous Wave)를 갖는 마이크로파를 생성하는 단계;
    신호 발생기에 의해 사각파, 톱니파, 사인파 중 어느 하나의 펄스 전압을 펄스 모드 전력 증폭기의 게이트(Gate)로 인가하는 단계;
    상기 전력 발진기로부터 연속파(Continuous Wave)를 입력받고, 펄스 신호의 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency)를 조절하여 상기 신호 발생기로부터 사각파, 톱니파, 사인파의 전압을 게이트(Gate)로부터 입력받아 펄스 모드 전력 증폭기에 의해 증폭하며 증폭된 피크 펄스 전력(PA)을 갖는 펄스파(Pulse Wave)를 생성하는 단계; 및
    상기 펄스 모드 전력 증폭기로부터 사각파, 톱니파, 사인파를 갖는 펄스 신호의 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency)가 조절된 펄스파(Pulse Wave)를 입력받아 플라즈마의 온도를 조절하도록 플라즈마 발생기에 의해 300MHz~40GHz 대역의 고출력 고주파에서 50W의 높은 펄스 피크 전력에서도 섭씨 40℃ 이하의 저온의 특성을 갖는 펄스파 플라즈마를 발생시키는 단계를 포함하며,
    상기 신호 발생기는 펄스 슬립 시간 동안 마이크로파 전력(PB)을 만들기 위해 상기 펄스 모드 전력 증폭기의 게이트 단에 펄스파 전압을 공급 시 펄스 슬립 시간 동안에 전압(VB)이 존재하도록 하며,
    상기 펄스 모드 전력 증폭기에서 상기 펄스파 플라즈마를 유지하기 위하여 펄스 슬립 시간에 마이크로파 전력(PB)이 존재하도록 하며,
    상기 신호 발생기에 의해 상기 펄스 모드 전력 증폭기의 게이트 단에 입력하는 펄스 신호의 펄스 반복 주파수를 변화시켜, 플라즈마의 온도 및 특성을 조절하는 것을 특징으로 하는 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 펄스 모드 전력 증폭기는 마이크로파 대역의 전력 증폭기를 펄스 모드로 동작시 소자의 게이트 단에 상기 신호 발생기로부터 사각파, 톱니파, 사인파 중 어느 하나의 펄스파 전압을 공급하는 것을 특징으로 하는 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 방법.


KR1020170101954A 2017-08-10 2017-08-10 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치 및 방법 KR20170098740A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170101954A KR20170098740A (ko) 2017-08-10 2017-08-10 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170101954A KR20170098740A (ko) 2017-08-10 2017-08-10 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치 및 방법

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150149035A Division KR20170048099A (ko) 2015-10-26 2015-10-26 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170098740A true KR20170098740A (ko) 2017-08-30

Family

ID=59760617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170101954A KR20170098740A (ko) 2017-08-10 2017-08-10 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20170098740A (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109498997A (zh) * 2018-12-28 2019-03-22 清华大学深圳研究生院 一种等离子体诱导组织再生的装置
KR102297904B1 (ko) * 2020-11-19 2021-09-07 주식회사 이온메디칼 마이크로웨이브를 이용한 피부 치료 장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109498997A (zh) * 2018-12-28 2019-03-22 清华大学深圳研究生院 一种等离子体诱导组织再生的装置
CN109498997B (zh) * 2018-12-28 2024-03-22 清华大学深圳研究生院 一种等离子体诱导组织再生的装置
KR102297904B1 (ko) * 2020-11-19 2021-09-07 주식회사 이온메디칼 마이크로웨이브를 이용한 피부 치료 장치

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101568380B1 (ko) 플라즈마를 이용한 피부 치료 장치
EP2962654B1 (en) Class resonant-h electrosurgical generators
EP2851025B1 (en) Method of improving efficiency of electrosurgical generators
US9770283B2 (en) Systems and methods for improving efficiency of electrosurgical generators
MX2021015378A (es) Sistema y metodo para suministrar corriente electrica de impulsos al tejido vivo.
WO2018202759A3 (en) APPARATUS FOR STERILIZING AN INSTRUMENT CHANNEL OF A SURGICAL EXAMINATION DEVICE
Kostov et al. Study of cold atmospheric plasma jet at the end of flexible plastic tube for microbial decontamination
KR20170098740A (ko) 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치 및 방법
AU2003256562A1 (en) Ring oscillator with frequency stabilization
EP3248560A1 (en) Electrosurgical generator with an inverter and with a controller for minimizing harmonics
JP6518419B2 (ja) 電気外科用発電機の効率を改善するシステムおよび方法
KR20170048099A (ko) 펄스 마이크로파를 이용한 저온 플라즈마 발생 장치 및 방법
EP3256064A1 (en) Apparatus for treating skin blemishes with cold plasma
US9282620B2 (en) Apparatus and method for generating constant current pulse wave, medical operation method using same, and light generating apparatus
KR101662156B1 (ko) 볼 타입 플라즈마 발생기를 이용한 피부 치료 장치
EP3854181B1 (en) Electrode arrangement for a dbd plasma treatment
EP3324871B1 (en) Electrosurgical apparatus to perform a tissue cut on the body of a human or animal patient
KR100866240B1 (ko) 반도체 레이저 구동 장치 및 이를 이용한 레이저 침
US20230255686A1 (en) Electromagnetic energy delivery apparatus and method
RU2638797C1 (ru) Газоразрядное устройство для обработки термочувствительных поверхностей
KR101532351B1 (ko) 포텐셜이 제어되는 플라즈마를 발생시키는 대기압 플라즈마 발생장치
RU204681U1 (ru) Устройство плазменной стерилизации на основе высокочастотного генератора с применением регулируемых электродов
CN209933820U (zh) 一种混频治疗仪
Florez et al. Impact of the Electrical Operating Point over a DBD Driven Plasma Jet
KR100821563B1 (ko) 고밀도 에너지의 레이저 발생을 위한 레이저발생장치의ｑ-스위칭 드라이버

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment