基于矩形波导的大气压微波放电等离子体装置的研究进展刘
程
摘要：大气压微波放电等离子体是放电研究亟待突破的领域，在新材料制备，
废弃物等离子体气化处理，都有着巨大的应用潜力。本文主要对近年来利用矩形
波导作为反应腔结构的大气压微波等离子体源装置的研究现状进行综述，并结合
实验室的矩形波导谐振腔的研究成果，介绍这些装置在工程项目中的应用方向。
研究表明，利用矩形波导谐振腔结构，能够在数百至数千瓦的微波功率下，产生
稳定的大体积等离子体，是一种高效、高性价比的等离子体产生方式。结论给出，
基于矩形波导的微波等离子体装置在相应工业上具有较强的应用价值，是一个值
得深入研究的应用方向。
关键词：大气压微波等离子体；矩形波导；工业应用
Abstract:Theplasmadischargegeneratedbymicrowavepowerhasalwaysbeen
anissueofmajorconcernduetoindustrialreason.Thispaperfocusesonrectangular
waveguideresonatorgeneratingplasmadischargeatatmosphericpressureand
reviewsthelaboratoryresearchesallovertheword.Studieshaveshownthatthe
usageofarectangularwaveguideresonatorstructureispossibleandconvenientto
generatestableandlargevolumeplasmaunderseveralhundredstoseveralkilowatts
ofmicrowavepower.Conclusionsshowsthatrectangularwaveguidehasastrong
portentialbasedonthelargeindustrialbackground,itisavaluabledirectionwhichis
worthyoffurtherresearch.
Keywords：atmosphericmicrowaveplasma;rectangularwaveguide;industrial
applications
0引言
近30年来，微波产生的等离子体因其在元素分析、化学合成、表面改性、净
化杀菌等化工领域突出的应用价值，得到了专家学者的广泛关注，并应用到各种
工业生产当中[1-5]。微波等离子体相比电极放电等离子体而言，由于没有电极，
不存在电极蒸发烧蚀以及电极材料的污染问题，并且等离子体产生区域不受电极
间隙的限制，能够产生大体积等离子体。微波等离子体的微观特征也一些不同的
物理表现，如比其他种类的低温等离子体，如介质阻挡放电（dielectricbarrier
discharge，DBD）等离子体，直流电晕放电等离子体，有更高的电离程度，更高
的电子温度和更多的高速离子等等[6-7]。
早在上世纪60年代，微波放电现象就已经开始被学者研究，但目前微波等离
子体还存在着不少问题没有解决，如微波电磁场理论同气体放电理论耦合的复杂
模型以及材料处理时的等离子体的参数控制问题等等。这些困难导致了微波等离
子体的研究远没有直流等离子体、DBD等离子体等的研究普及。微波产生等离子
体，既需要的是性能优异的微波功率源提供能量，又需要品质因数高，设计合理
的微波谐振腔，而其中反应腔的设计尤为关键，它的主要作用就是将微波能量转
化为等离子体工作气体的内能，合理的设计结构能够有效增强局部的电场强度，
从而降低等离子体的激发难度。
本文就将从大气压微波放电产生等离子体的方向，阐述近年来国内外的研究
成果和进展，重点将集中在利用矩形波导结构产生的微波等离子体实验装置研究
及应用的部分。
1微波放电历史回顾
微波等离子体（MicrowavePlasma,）或微波放电（MicrowaveDischarge），
是利用在微波频段（300MHz~300GHz）电磁波作为能量，产生并维持等离子体。
现工业和民用惯用的频率主要为2450MHz