一种深亚波长级微波常压低温等离子体射流装置

本发明属于等离子体，尤其涉及一种深亚波长级微波常压低温等离子体射流装置。

背景技术：

1、微波大气压低温等离子体射流技术历经多年发展，已由早期基础放电机理探索逐步演进为能够在开放空气环境中以微波激励稳定产生高活性等离子体，并在材料加工、生物医学与环境治理等领域形成重要的先进等离子体源研究方向。其小型化进程是诸多关键应用场景（如体内腔体相关医疗应用）的必要前提，旨在克服传统系统体积庞大、难以贴近处理对象等瓶颈。

2、微波大气压等离子体射流的小型化经历了由矩形波导等较为笨重的放电体系向平面传输线与深亚波长谐振器件集成的技术演进：早期主要依赖2.45 ghz波导或表面波结构，虽能实现稳定射流，但系统体积及配套匹配网络较大；随后微带线通过在喷口邻域实现强电场局域增强，形成更为紧凑的mw-appj并具备阵列化拓展潜力；进一步引入分裂环谐振器等高q结构，实现放电间隙微型化，从而降低点火与维持功率需求；同时发展封闭带状线/同轴“等离子体笔”等结构，以抑制电磁泄漏并提高能量耦合效率；近年则在数瓦级条件下实现近室温、可接触的喷流输出，并结合固态微波源与动态匹配控制，持续推动装置向手持化与可量产方向发展。

3、现有技术仍存在以下关键问题:整体尺寸依然偏大。在诸如体内腔道诊疗等应用场景中，往往要求设备在整体上实现小型化。然而，当前微波常压低温等离子体射流装置的小型化工作多侧重于单一维度的尺寸缩减，尚难以达成多维度整体微型化，这已成为制约该技术进一步实际应用的关键瓶颈。

技术实现思路

1、本发明申请的目的在于提供一种深亚波长级微波常压低温等离子体射流装置，本发明旨在将整体腔体尺寸压缩至接近深亚波长量级，并将放电中心向射流出口偏移，从而实现一种结构紧凑、能效优异的微波常压低温等离子体射流系统。

2、本发明申请提供一种深亚波长级微波常压低温等离子体射流装置，包括中部外导体，中部外导体下端连接支撑介质结构，中部外导体内部设有内导体，内导体上端连接电容片；

3、中部外导体包括外导体主体，外导体主体的侧壁上设有馈电输入管道和石英管插入管道；馈电输入管道位置处安装sma连接器，石英管插入管道位置处安装石英管，sma连接器的端部在外导体主体内部与内导体接触；

4、内导体其中心轴平行于外导体主体的中心轴安装在外导体主体的内部；

5、支撑介质结构包括支撑介质主体，支撑介质主体的侧壁上垂直其中心轴方向设有sma连接器内导体插入通道，支撑介质主体的上端面平行其中心轴方向设有内导体插入通道一；

6、电容片包括下部金属电容片和上部金属电容片，下部金属电容片下端设有与内导体相配合的内导体插入通道二。

7、进一步地，中部外导体下方设有外导体底盖，其上方设有外导体顶盖。

8、进一步地，支撑介质结构还包括支撑介质底座，支撑介质主体设置在支撑介质底座上方。

9、进一步地，馈电输入管道与sma连接器连接处设有金属贴合平台。

10、进一步地，支撑介质底座上设有与内导体插入通道一相连通的孔，且其孔径与内导体插入通道一相同。

11、进一步地，外导体底盖包括外导体底盖主体，外导体底盖主体上设有内导体插入通道，内导体插入通道与内导体插入通道一是相连通的孔，且其孔径与内导体插入通道一相同。

12、进一步地，下部金属电容片和上部金属电容片之间设有与石英管的外曲面相贴合的内曲面。

13、进一步地，外导体主体上位于与石英管插入管道相对的另一侧侧壁上设有与石英管的管径相适配的孔洞，使得石英管可横向贯穿外导体主体。

14、本发明申请中，中部外导体由外导体主体构成，其上开设有馈电输入管道和石英管插入管道。石英管经由石英管插入管道插入装置内部，sma连接器经由馈电输入管道插入装置内部。内导体通过支撑介质结构中的内导体插入通道一、下部金属电容片中的内导体插入通道二以及外导体底盖中的内导体插入通道固定于外导体上。

15、作为本发明的一种实施方案，内导体分别与内导体插入通道二、外导体底盖通过银焊固定。支撑介质底座与外导体主体及外导体底盖通过专用胶水固定，以对内导体起到支撑和稳定作用。

16、作为本发明的一种实施方案，电容片包括上部金属电容片，上部金属电容片与外导体顶盖通过银焊固定；外导体底盖主体与外导体顶盖通过银焊与中部外导体固定，由此形成内部电容片结构并实现外导体的完整闭合。

17、作为本发明的一种实施方案，sma连接器通过馈电输入管道插入外导体中，其中，sma连接器的金属贴合平台与馈电输入管道通过银焊固定。进一步地，sma连接器的内导体经由sma连接器内导体插入通道插入支撑介质主体中，并与内导体接触，从而实现微波的高效馈电。

18、工作原理：

19、本发明工作时，通过sma连接器将微波馈入腔体内，并基于电容加载同轴谐振腔的小型化谐振特性，通过引入圆弧形非对称结构的电容片，在整体尺寸接近深亚波长的条件下，实现了微波在石英管内的聚焦。同时，利用非对称偏心电容结构设计，将微波电场聚焦区域移至靠近喷口处。工作气体（如工业纯氩气）通过石英管流入装置内部。当微波输入功率足够高时，聚焦电场区域的场强升高至击穿阈值，从而激发出等离子体射流。此外，还可采用辅助激发方式，例如将金属尖端（如金属丝）插入石英管内部的微波电场聚焦区域，待等离子体激发后迅速拔出，从而在较低的微波输入功率下实现高效激发常压低温等离子体射流。

20、本发明通过引入圆弧形电容加载，将传统的半波长分布参数谐振模式转换为近似集总lc谐振模式，使得谐振频率主要取决于等效电感和电容，从而摆脱对放电腔体几何尺寸与工作波长严格比例的依赖，同时，通过圆弧金属表面的聚焦作用，强化放电中心的电场强度，进一步提高放电效率。

21、另一方面，本方法提出一种非对称偏心电容结构，调整电容片的相对位置与大小，将强电场区域偏移至射流出口附近，以促进等离子体射流在自由空间中的形成与稳定。

22、本发明利用电容加载及其非对称偏心结构，实现了在放电腔体整体接近深亚波长尺寸下的高效微波常压低温放电，可有效适用于口腔、妇科腔道以及工业制程管道等狭窄空间作业场景，具备显著的应用前景。

1.一种深亚波长级微波常压低温等离子体射流装置，其特征在于：包括中部外导体（1），所述中部外导体（1）下端连接支撑介质结构（2），所述中部外导体（1）内部设有内导体（3），所述内导体（3）上端连接电容片（4）；

2.根据权利要求1所述的深亚波长级微波常压低温等离子体射流装置，其特征在于，所述中部外导体（1）下方设有外导体底盖（5），其上方设有外导体顶盖（7）。

3.根据权利要求1所述的深亚波长级微波常压低温等离子体射流装置，其特征在于，所述支撑介质结构（2）还包括支撑介质底座（22），所述支撑介质主体（21）设置在支撑介质底座（22）上方。

4.根据权利要求1所述的深亚波长级微波常压低温等离子体射流装置，其特征在于，所述馈电输入管道（12）与sma连接器（8）连接处设有金属贴合平台（81）。

5.根据权利要求3所述的深亚波长级微波常压低温等离子体射流装置，其特征在于，所述支撑介质底座（22）上设有与内导体插入通道一（23）相连通的孔，且其孔径与内导体插入通道一（23）相同。

6.根据权利要求2所述的深亚波长级微波常压低温等离子体射流装置，其特征在于，所述外导体底盖（5）包括外导体底盖主体（51），所述外导体底盖主体（51）上设有内导体插入通道（52），所述内导体插入通道（52）与内导体插入通道一（23）是相连通的孔，且其孔径与内导体插入通道一（23）相同。

7.根据权利要求1所述的深亚波长级微波常压低温等离子体射流装置，其特征在于，所述下部金属电容片（41）和上部金属电容片（42）之间设有与石英管（7）的外曲面相贴合的内曲面。

8.根据权利要求1所述的深亚波长级微波常压低温等离子体射流装置，其特征在于，所述外导体主体（11）上位于与石英管插入管道（13）相对的另一侧侧壁上设有与石英管（7）的管径相适配的孔洞，使得石英管（7）可横向贯穿外导体主体（11）。