(57)【要約】【課題】  経済性および技術性が優れた新規なプラズマ導波管システムを提供する。【解決手段】  導波管に一定水準で高さが減少する段差を形成し、前記導波管段差部に対向する導波管の内側面に一定高さのブロック部を設ける。これにより、導波管全体を貫通する３−スタブシステムが有するマイクロ波の外部流出の問題、また外部へ進行するマイクロ波による外部システム損傷の問題を効果的に解決することができる。さらには、導波管の内側面に備えられる所定の高さのブロック部は段差部の対向面に位置される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マグネトロンおよび前記マグネトロンから発振されたマイクロ波が移動するプラズマ用導波管において、
前記導波管の内側面の一側に形成された複数個の段差部；および
前記導波管の内側面の他側に形成された所定の高さのブロック部を含み、前記ブロック部は複数個の段差部の間の境界部の対向側に形成されたことを特徴とする、プラズマ導波管。
【請求項２】
前記ブロック部は、前記段差部の中の低い導波管の高さに比べ３０％から７０％までの間であることを特徴とする、請求項１に記載のプラズマ導波管。
【請求項３】
前記段差部は、所定の角度で高さが減少するテーパー部であることを特徴とする、請求項２に記載のプラズマ導波管。
【請求項４】
前記ブロック部は、前記テーパー部の対向領域内に含まれることを特徴とする、請求項３に記載のプラズマ導波管。
【請求項５】
前記ブロック部は、前記導波管の内側面と連結されることを特徴とする、請求項４に記載のプラズマ導波管。
【請求項６】
前記ブロック部は、前記導波管の内側面と物理的に連結されない別の部材であり、前記ブロック部の位置は、調節可能であることを特徴とする、請求項５に記載のプラズマ導波管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、段差部およびブロック部を用いたプラズマ導波管に関するものであり、より詳しくは、導波管の内側面に備えられる、所定の高さのブロック部と段差部との同時使用により、マイクロ波の進行方向に高さが減少する導波管内でのマイクロ波の集中効果を極大化するとともに、整合効果が得られる、段差部およびブロック部を用いたプラズマ導波管｛Ｐｌａｓｍａ  ｗａｖｅｇｕｉｄｅ  ｕｓｉｎｇ  ｓｔｅｐ  ｐａｒｔ  ａｎｄ  ｂｌｏｃｋ  ｐａｒｔ｝に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラズマ発生装置は、電磁波を伝送する導波管と、プラズマインピーダンスを調整する３−スタブと、プラズマを発生するプラズマ発生部とを含み、プラズマ発生部には放電管が備えられる。前記導波管に電磁波が伝送されると、前記導波管のプラズマ発生部には電界が集中してプラズマが発生する。
【０００３】
したがって、導波管は、電界をどれくらい効率よく集中できるのかが重要な設計要因として作用する。
【０００４】
導波管の構造は、従来の矩形状のフラット（ｆｌａｔ）な構造から、その高さが徐々に減少する構造に発展した。
【０００５】
図１は、韓国公開特許公報１０−２００８−００３３４０８号（以下、先行技術という）に開示されたプラズマ反応器の全体模式図である。
【０００６】
図１に示すように、前記先行技術１に係るプラズマ反応器は、導波管で印可される電界（電磁気波）を密集させるため、高さが所定の角度で低くなるテーパー形状を有し、前記導波管の後段には、電場が印可されてプラズマが発生する反応器チャンバーが備えられる。しかしながら、先行技術１は、反射される電磁波を最小化するための構成としてテーパーにした導波管を開示したが、実際に、プラズマが発生するチャンバーでの電場の集中効果は、導波管の後段に比べ減少する問題がある。
【０００７】
これを改善しようと韓国登録特許１０−１１９６９６６号（以下、先行技術という）は、多重テーパー構造の導波管を開示している。しかしながら、この場合は、マグネトロンから発振されるマイクロ波の微調節が難しいという問題がある。
【０００８】
このようなマイクロ波の微調節のため、図１に示されたように、３−スタブ整合システム２０が用いられる。
【０００９】
３−スタブ整合システムは、導波管１８内の波長をλｇとする時、各スタブの間の間隔がλｇ／４となるように設けられ、導波管１８の特性インピーダンスと導波管１８の低い高さ部の負荷インピーダンスとを整合させながら負荷に最大電力を伝送する作用をする。
【００１０】
しかし、このような３−スタブ整合システムは、まずフラットな構造の導波管に用いられ、負荷に最大電力を伝送するようにデザインされている。また、導波管を貫通する構造により、導波管の外部への微細な電磁気場の流出と、これによるアーキング問題が発生する。かかる問題を解決するには、電磁気場の導波管の外部への露出を防止するための高価のシーリング装置が別途に要求されるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】韓国登録特許１０−１１９６９６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、経済性および技術性が優れた新規なプラズマ導波管システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前記課題を解決するため、本発明は、マグネトロンおよび前記マグネトロンから発振されたマイクロ波が移動するプラズマ用導波管において、前記導波管の内側面の一側に形成された複数個の段差部；および前記導波管の内側面の他側に形成された所定の高さのブロック部を含み、前記ブロック部は複数個の段差部の間の境界部の対向側に形成されたことを特徴とする、プラズマ導波管を提供する。
【００１４】
本発明の一実施例において、前記ブロック部は、前記段差部の中の低い導波管の高さに比べ３０ないし７０％である。
【００１５】
本発明の一実施例において、前記段差部は、所定の角度で高さが減少するテーパー部である。
【００１６】
本発明の一実施例において、前記ブロック部は、前記テーパー部の対向領域内に含まれる。
【００１７】
本発明の一実施例において、前記ブロック部は、前記導波管の内側面と連結され、前記ブロック部の位置は調節可能である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、導波管に一定水準で高さが減少する段差を形成し、前記導波管の段差部に対向する導波管の内側面に一定高さのブロック部を設ける。これにより、導波管全体を貫通する３−スタブシステムが有するマイクロ波の外部流出の問題、また外部へ進行するマイクロ波による外部システム損傷の問題を効果的に解決することができる。さらには、導波管の内側面に備えられる所定の高さのブロック部は、段差部の対向面に位置され、これにより、マイクロ波の進行方向に高さが減少する導波管内でのマイクロ波の集中効果を極大化する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、先行技術に開示されたプラズマ反応器の全体模式図である。
【図２】図２は、本発明の一実施例に係る導波管システムの断面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施例に係る導波管の切断面の平面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例に係るブロック部の高さの比率を説明する図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例に係る導波管システムを示す図である。
【図６】図６は、本発明の一実施例に係るブロック部を含む導波管の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の図面を参照して詳細に説明する。以下に提示する実施例等に本発明の範囲が限定されものではなく、様々な形態で具体化することもできる。そして図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは、便宜のため、誇張して表現することもできる。明細書の全体にわったて、同じ参照番号は同じ構成要素を表す。また、本明細書の全般にわたって表示される略語は、本明細書で別途断りのない限り、当業界において通用され、理解される水準で解釈するべきである。
【００２１】
本発明は、前述した問題を解決するため、導波管に一定水準で高さが減少する段差を形成し、前記導波管の段差部に対向する導波管の内側面に一定高さのブロック部を設ける。これにより、導波管全体を貫通する３−スタブシステムが有するマイクロ波の外部流出の問題、また外部へ進行するマイクロ波による外部システム損傷の問題を効果的に解決することができる。さらには、導波管の内側面に備えられる所定の高さのブロック部は段差部の対向面に位置され、これにより、マイクロ波の進行方向に高さが減少する導波管内でのマイクロ波の集中効果を極大化する。
【００２２】
以下、図面を用いて、本発明に係る導波管システムを詳細に説明する。
【００２３】
図２は、本発明の一実施形態に係る導波管システムの断面図である。
【００２４】
図２に示すように、本発明の一実施形態に係る導波管システムは、マイクロ波が発生するマグネトロン１１０を含む。マグネトロン１１０から発生したマイクロ波は、導波管１００内の一方向に進行するようになるが、この時、導波管システムは少なくとも一つ以上の段差部１２０ａ、１２０ｂを有する。本発明の一実施形態において、段差部１２０ａ、１２０ｂは、マイクロ波の進行方向での導波管内の有効高さが減少する構造を意味し、その形態は、図１に示したように、テーパーにした形状と同様である。
【００２５】
特に、発明者は、既に公開され登録された二重テーパー構造の導波管の場合、実質的なマイクロ波集中効果が高くないこと、ひいては、導波管の高さの減少部位（すなわち、テーパーの後段）だけにマイクロ波が集中し、マイクロ波の密度が導波管全体に増加しないという問題を見出した。さらには、３−スタブを導波管外側から貫通する整合システムを、二重テーパー構造の導波管に用いる場合、集中されないマイクロ波の反射などによって、スタブ貫通領域へマイクロ波が漏れて、外部機器を損傷させてしまう問題を見出した。
【００２６】
これを改善した、本実施形態に係るプラズマ導波管システムは、段差部１２０ａ、１２０ｂに対向する導波管の内側面に所定の高さのブロック部１３０ａ、１３０ｂを設ける。所定の高さのブロック部は、円形または四角形の断面を有しても良いが、好ましくは円形の断面を有する。
【００２７】
本発明の一実施形態において、ブロック部１３０ａ、１３０ｂは、段差部１２０ａ、１２０ｂの各々に対応する数で、導波管の内側面に連結される。例えば、図１において、導波管は、二つのテーパーにした段差部１２０ａ、１２０ｂを有し、ブロック部１３０ａ、１３０ｂは、二つのテーパーにした段差部１２０ａ、１２０ｂの各々に対向する導波管の内側に連結される。
【００２８】
図３は、本発明の一実施形態に係る導波管の切断面の平面図である。
【００２９】
図３に示すように、本発明の一実施形態に係る導波管は、導波管の一側に備えられた少なくとも二つ以上の段差部１２０ａ、１２０ｂを含み、段差部１２０ａ、１２０ｂに対向する導波管の他側には、他側から所定の高さ突出したブロック部１３０ａ、１３０ｂが備えられる。
【００３０】
本発明の一実施形態において、ブロック部１３０ａ、１３０ｂの位置は、二つ以上のテーパーにした段差部１２０ａ、１２０ｂ領域に含まれ、これにより、テーパーによる高さの減少と、前記高さの減少領域で突出したブロック部１３０ａ、１３０ｂとの組み合わせによってマイクロ波の整合と集中が同時に生じるようになる。
【００３１】
本実施形態においては、ブロック部１３０ａ、１３０ｂの高さが、段差部１２０ａ、１２０ｂでのマイクロ波の集中および整合の効果において非常に重要であるので、これを下記に詳説する。
【００３２】
図４は、本発明の一実施形態に係るブロック部の高さの比率を説明する図である。
【００３３】
図４に示すように、本発明の一実施形態に係るブロック部２１０は、高さの差が生じる導波管の段差部２２０に対向するように構成される。
【００３４】
段差部２２０は、少なくとも二つの高さを有するが、このうち、一つは高いほうの高さｈ１であり、残りの一つは低いほうの高さｈ２である。この時、ブロック部２１０は、低いほうの高さｈ２を基準として、導波管の低いほうの高さに比べ３０ないし７０％であることが好ましい。もしブロック部２１０が上記の数値範囲を下回る場合、ブロック部２１０によるマイクロ波の整合効果が劣り、多様な波長のマイクロ波が段差部の低い高さ部へ同時に進行することで、マイクロ波の集中効果も同様に劣る。一方で、ブロック部２１０の高さが上記の数値範囲を上回る場合、ブロック部２１０によりマイクロ波が反射されて、流入されるマイクロ波を干渉する問題がある。
【００３５】
したがって、段差部に対向する位置に用いられるブロック部は、段差部の最も低い高さ部を一定水準で遮断する高さであるものが好ましく、段差部とブロック部との同時使用によるマイクロ波の整合／集中効果を極大化する。
【００３６】
さらに、本実施形態は、所定の角度で高さが減少するテーパー形態の段差部でない、垂直に高さが減少するカスケード形段差部と、これに対応するブロック部とを同時に用いる導波管システムを提供する。
【００３７】
図５は、本発明の一実施形態に係る導波管システムを示す図である。
【００３８】
図５に示すように、導波管は、垂直に高さが減少する複数個の段差部２４０を有し、段差部２４０に対向する導波管の内側面には所定の高さのブロック部２３０が構成される。
【００３９】
この構成例では、ブロック部２３０が備えられる領域ａは、段差部２４０の境界面（すなわち、高さが減少する導波管位置、ｂに対応する対向面ｂ´）を含むように構成される。これにより、テーパー領域内に含まれるブロック部２３０の場合と同様に、マイクロ波の集中と整合効果とがテーパー−ブロック部２３０が同時に備えられる導波管領域で極大化される。
【００４０】
さらに、本発明の他の一実施形態は、ブロック部は導波管と物理的に連結されない、別の部材として位置が調節される形態である。
【００４１】
図６は、本発明の一実施形態係るブロック部を含む導波管の断面図である。
【００４２】
図６に示すように、導波管３００は、複数個の段差部２６０を含み、段差部２６０の高さの境界面に対向する導波管内側に所定の高さのブロック部２５０が備えられる。この時、ブロック部２５０は、導波管３００と異なる別の部材として導波管３００の内側にそのまま位置されるようになる別の部材である。したがって、ブロック部２５０は、図６に示されたように、整合条件に応じて位置が使用者により簡単に可変可能であり、さらには、導波管３００の壁面を貫通しないので、導波管３００を通じて、マイクロ波が導波管外部へ漏洩する問題が生じない。
【００４３】
以上の通り、本実施形態は、段差部と段差部の対向する導波管の一側に備えられた所定の高さの別の部材であるブロック部を通じて、導波管から発生し、進行する多様な周波数のマイクロ波を整合させ、段差部内でのマイクロ波の密度を大きく増加させ得る。すなわち、本実施形態に係るブロック部は、導波管の内側面と物理的に固定され連結されたものでなく、内側面上に位置されることができる別の部材である。したがって、別の部材の材質は、導波管と同じ材質または異なる材質でもよく、加えて、必要に応じてその形状を自由に変更し、プラズマの使用目的に応じて任意の設計変更が可能である。
【００４４】
以上で記載された「含む」、「構成する」または「有する」等の用語は、特に断りのない限り、該当構成要素が内在され得るということを意味するので、他の構成要素を除くのではなく他の構成要素をさらに含むことができると解釈するべきである。技術的または科学的な用語を含んだすべての用語は、別に定義しない限り、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者によって一般的に理解されることと同じ意味を有する。事前に定義された用語のような一般的に用いられる用語は、関連技術の文脈上の意味と一致すると解釈されるべきであり、本発明で明らかに定義しない限り、異常的または過度に形式的な意味として解釈されない。
【００４５】
以上の説明は、本発明の技術思想を例示的に説明したことに過ぎないものであり、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性から外れない範囲で多様な修正および変形が可能であろう。したがって、本発明に開示された実施例等は、本発明の技術思想を限定するためでなく説明するためであり、このような実施例により、本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、下記の請求範囲によって解釈されるべきであり、それと同等な範囲内にあるすべての技術思想は本発明の権利範囲に含まれると解釈するべきである。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、プラズマ導波管に利用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１００…導波管、１１０…マグネトロン、１２０ａ、１２０ｂ…段差部、１３０ａ、１３０ｂ…ブロック部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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