一种用于提升射频等离子体装置同步工作时电压与电流探头测量精度的联合校准技术

本文提出了一种电压(V)与电流(I)探头的联合校准方案，该方案即使在电压-电流相位差非常接近 $90^{\circ}$ 时也能准确分辨。后者一直是 V-I 探头用于微型射频等离子体装置（如大气压等离子体射流(APPJ)）时的一个主要问题。由于此类微型装置的阻抗以容性为主，电压与电流信号之间的相位差非常接近 $90^{\circ}$。然而，事实证明，当 V-I 探头用于此类装置而未进行联合校准时，其给出的相移常常超过 $90^{\circ}$。此外，由于功率吸收正比于阻抗的阻性部分，当相位差接近 $\approx90^{\circ}$ 时，其对相位差变得非常敏感。因此，能够准确分辨相位至关重要。校准后，V-I 探头将成为 APPJ 电气表征以确定平均射频功率 $P_{av}$、等离子体阻抗 $Z_p$ 等所不可或缺的工具。典型的校准后 V-I 数据给出，对于氦气（氩气），在 $P_{av} \approx 9.8 W$ $(\approx7.7 W)$ 时，$Zp \approx 93.6 - j 1139 {\Omega} (81.5 - j 1173 {\Omega})$。