本文設計了一個基于BJ26矩形波導的常壓微波等離子體反應器。微波反應器對于等離子體的產生起關鍵性作用，本設計中采用了矩形壓縮波導結構。首先運用Ansoft　HFSS仿真軟件對反應器進行了模擬計算，得到不同矩形壓縮波導腔體內的電場分布，從而對腔體進行了優化設計，最終制作了常壓微波等離子體反應器。將反應器安裝在微波系統中，獲得了頻率為2.45GHz功率可調的穩定的微波等離子體。

　　等離子體的產生方法有直流放電、射頻放電、微波放電等。直流放電的缺點是有極放電、密度低、電離度低、運行氣壓高;射頻放電雖然密度和電離度有所提高，但應用范圍受限;而微波放電技術與上述等離子體產生技術相比，具有能量轉化效率高、不會產生電極污染和很寬的壓強范圍等一系列優勢，正被廣泛應用于工業領域。

　　目前，在低氣壓條件下產生微波等離子體較為容易，因此在工業上得到了一定的應用，例如等離子體真空鍍膜、刻蝕、表面清洗等，而在常壓條件下產生微波等離子體則較為困難。常壓微波等離子體與低壓相比擁有諸多優勢，例如粒子密度更大、無需配置和維護昂貴的真空設備等，因此正逐漸成為新的研究熱點。常壓微波等離子體射流或炬已經有了一定的研究，利用這種方式可以很容易獲得氦氣、氬氣等工作氣體的等離子體流，但由于其體積小，不便于大體積、大功率的工業應用，因此真空技術網(http://bjjyhsfdc.com/)認為對于大體積、大功率常壓微波等離子體的研究具有良好的發展前景和工業價值。

　　本文對產生大功率微波等離子體做了初步的探討，設計了一個可隨時產生微波等離子體的開放系統，以期在本設計的基礎上可以通過進一步的研究實現系統放大，從而獲得大體積、大功率下的常壓微波等離子體。

　　本設計中的常壓微波等離子體反應器選擇了結構較為簡單的矩形壓縮波導，并采用基于電磁場有限元方法分析微波工程問題的Ansoft HFSS電磁仿真軟件來優化反應器。

1、整體裝置

　　常用的微波等離子體產生裝置包括三個部分：微波功率源、微波傳輸系統和微波反應器及其附加裝置，如圖1所示。

　　微波功率源為整個系統提供微波能量。微波傳輸系統包括環形器和三銷釘阻抗匹配器。為避免反射波損害微波功率源，采用環形器隔離反射波，并采用三銷釘阻抗匹配器盡量減少微波反射。

　　從傳輸系統輸入的微波能量經過反應器的調制，使得反應器中的電場被重新分配，在某個位置處得到顯著加強，利用該強電場將此處空氣擊穿，從而得到等離子體。

圖1　常用微波等離子體產生裝置原理圖

4、結論

　　本文運用HFSS仿真軟件對不同結構、尺寸下微波等離子體反應器內部電場分布進行了模擬計算，并對比了各種模擬結果，得到如下結論：通過改變矩形壓縮波導尺寸、開孔位置及大小的方式均可以在一定程度上增大腔內電場強度，但增幅有限;在開孔內置入適當長度的導電探針后，探針可聚集圓孔周圍電場，從而在孔內產生足以擊穿空氣的強電場。依托這一結論，制作了所需的常壓微波等離子體反應器，運行時無需點火，反應器便能產生均勻、穩定的微波等離子體。