Волноводная система для безэлектродного осветительного устройства

Изобретение относится к волноводной системе для безэлектродного осветительного устройства. Технический результат заключается в обеспечении возможности регулировки полосы пропускания при малых габаритах. Предложена волноводная система для безэлектродного осветительного устройства, содержащая волновод, направляющий микроволновую энергию, исходящую от антенны средства генерирования микроволн, которая устойчиво вставлена во внутреннюю поверхность волновода, и имеющий щель, образованную на внутренней поверхности волновода и связанную с резонатором, где расположена колба для подвода микроволновой энергии внутрь резонатора, первый штырь, выступающий от одной внутренней поверхности волновода так, чтобы он был расположен рядом со щелью, для согласования импеданса с антенной и настройки в зависимости от выходной частоты антенны; и второй штырь, выступающий от внутренней поверхности волновода на определенном расстоянии относительно первого штыря и расширяющий полосу пропускания совместно с первым штырем, для настройки в зависимости от выходной частоты антенны, изменяющейся в соответствии с изменением импеданса антенны, при этом обеспечивается возможность подвода максимальной микроволновой энергии, исходящей от антенны, к резонатору и гарантируется устойчивость резонанса. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Описание

Предпосылки создания изобретения

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к волноводной системе для безэлектродного осветительного устройства, и в частности, к волноводной системе для безэлектродного осветительного устройства, которая имеет компактные размеры и способна подводить наибольшую часть микроволновой энергии в резонатор.

2. Описание уровня техники

В безэлектродном осветительном устройстве микроволновая энергия, исходящая от антенны магнетрона, источника энергии, передается в резонатор по волноводу, и микроволновая энергия подается в электродную осветительную лампу, установленную в резонаторе, так что осветительная лампа излучает видимые лучи или ультрафиолетовые лучи. В общем случае она имеет пролонгированный срок службы по сравнению с газосветной лампой или люминесцентной лампой, а ее световой эффект является превосходным.

Как упоминалось выше, для подвода в резонатор наибольшей части микроволновой энергии, исходящей от антенны магнетрона, должно быть достигнуто хорошее согласование импедансов между антенной магнетрона и волноводом или между волноводом и резонатором, а также должна быть выполнена настройка относительно выходной частоты магнетрона. Кроме того, в зависимости от изменения импеданса магнетрона должно осуществляться частотное согласование.

Как пример, из уровня техники известна система настройки с тремя штырями, удовлетворяющая указанным выше условиям, в которой расстояние от антенны магнетрона до щели волновода задано равным трем восьмым длины (λ_g) канализируемой волны для согласования при всех обстоятельствах с произвольным импедансом антенны магнетрона. Однако, поскольку длина волновода в системе может быть большой, трудно выполнить систему компактной, и могут существовать многочисленные различные способы для настройки резонансной частоты.

Кроме того, в другом примере из уровня техники, в патенте США № 5977712, предложен способ использования проводящего штыря в случае, когда расстояние от антенны магнетрона до щели волновода меньше половины длины (λ_g) канализируемой волны, однако согласно патенту нелегко регулировать полосу пропускания.

Сущность изобретения

Поэтому задача настоящего изобретения заключается в создании волноводной системы для безэлектродного осветительного устройства с компактными размерами, в котором можно регулировать полосу пропускания резонансной частоты путем осуществления функции индуктивности или функции емкости, используя два штыря, и тем самым можно иметь меньшее влияние на изменение резонансной частоты в начале инициирования освещения и после завершения освещения и гарантировать устойчивость резонанса.

Для получения этих и других преимуществ и в соответствии с задачей настоящего изобретения, реализованного и широко описанного в настоящей заявке, предложена волноводная система для безэлектродного осветительного устройства, содержащая волновод, направляющий микроволновую энергию, исходящую от антенны средства генерирования микроволн, которая устойчиво вставлена во внутреннюю поверхность волновода, и указанный волновод имеет щель, образованную на внутренней поверхности волновода и связанную с резонатором, где расположена колба, для подвода микроволновой энергии внутрь резонатора; первый штырь, выступающий от одной внутренней поверхности волновода так, чтобы он был расположен рядом со щелью, для согласования импеданса с антенной и настройки в зависимости от выходной частоты антенны; и второй штырь, выступающий от внутренней поверхности волновода на определенном расстоянии относительно первого штыря и расширяющий полосу пропускания совместно с первым штырем, для настройки в зависимости от выходной частоты антенны, изменяющейся в соответствии с изменением импеданса антенны.

Вышеупомянутые и другие задачи, признаки, объекты и преимущества настоящего изобретения станут более понятными из нижеследующего подробного описания настоящего изобретения, выполненного в сочетании с сопровождающими чертежами.

Краткое описание чертежей

Сопровождающие чертежи, которые включены для обеспечения дальнейшего понимания изобретения, образуют часть этого описания, иллюстрируют варианты осуществления изобретения и совместно с описанием служат для пояснения принципов изобретения.

На чертежах:

фиг. 1 - перспективный вид, иллюстрирующий конструкцию безэлектродного осветительного устройства, имеющего волноводную систему согласно настоящему изобретению;

фиг. 2 - продольный разрез, иллюстрирующий внутреннюю часть безэлектродного осветительного устройства, показанного на фиг. 1;

фиг. 3 - местный разрез, иллюстрирующий увеличенный волновод согласно настоящему изобретению;

фиг. 4 - увеличенный вид, иллюстрирующий штырь согласно настоящему изобретению;

фиг. 5А-5С - графики, иллюстрирующие характеристики S11 прохождения частот; и

фиг. 6А и 6В - графики характеристик S11 прохождения частот, иллюстрирующие состояние расширенной полосы пропускания в соответствии с регулированием длины штыря согласно настоящему изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Теперь обратимся к подробному описанию предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, примеры которого иллюстрированы сопровождающими чертежами.

Ниже вариант осуществления безэлектродного осветительного устройства согласно настоящему изобретению будет пояснен со ссылками на сопровождающие чертежи.

Следует отметить, что могут существовать различные варианты осуществления волноводной системы для безэлектродного осветительного устройства согласно настоящему изобретению, и наиболее предпочтительный вариант осуществления из них будет описан ниже.

На фиг. 1 представлен перспективный вид, иллюстрирующий конструкцию безэлектродного осветительного устройства, имеющего волноводную систему согласно настоящему изобретению. На фиг. 2 представлен продольный разрез, иллюстрирующий внутреннюю часть безэлектродного осветительного устройства, показанного на фиг. 1. На фиг. 3 представлен местный разрез, иллюстрирующий увеличенный волновод согласно настоящему изобретению, и на фиг. 4 представлен увеличенный вид, иллюстрирующий штырь согласно настоящему изобретению.

Как показано на этих фигурах, безэлектродное осветительное устройство, имеющее волноводную систему, основанную на настоящем изобретении, снабжено средством 102 генерирования микроволн внутри корпуса 101, предназначенным для генерирования микроволновой энергии.

К тому же волноводная система 103 компактного размера, предназначенная для направления микроволновой энергии, генерируемой в средстве 102 генерирования микроволн, установлена в верхней части средства 102 генерирования микроволн. Резонатор 104 сетчатого типа, предназначенный для резонирования микроволновой энергии, направляемой через волноводную систему 103, соединен с наружной стороной корпуса 101.

Кроме того, сферическая колба 105, которая герметизирована (заполнена) светящимся материалом, излучающим свет при резонансе микроволновой энергии, установлена внутри резонатора 104. Колба 105 вращается с помощью двигателя 106, соединенного с валом 106а двигателя, расположенным на участке нижнего конца оси 105а колбы.

Отражающий экран 107, обернутый вокруг резонатора 104, установлен на наружной стороне корпуса 101, и посредством этого свет, излучаемый из колбы 105, проходит через резонатор 104 так, что после этого он отражается отражающим экраном 107.

Как можно видеть из фиг. 3, волноводная система 103 включает в себя волновод 111, направляющий по пути 110 в нем микроволновую энергию, выводимую от антенны 102а средства 102 генерирования микроволн, которая устойчиво вставлена во внутреннюю поверхность волновода 111, и имеющий щель 111b, образованную во внутренней поверхности волновода 111 и связанную с резонатором 104, где расположена колба 105, предназначенную для подвода микроволновой энергии внутрь резонатора 104, первый штырь 112, выступающий от одной внутренней поверхности волновода 111, размещенный рядом со щелью 111b, предназначенный для согласования импеданса с антенной 102а и настройки в зависимости от выходной частоты антенны 102а, и второй штырь 113, выступающий от внутренней поверхности волновода 111 на некотором расстоянии от первого стержня 112 и совместно с первым штырем 112 расширяющий полосу пропускания, предназначенный для настройки в зависимости от выходной частоты антенны 102а, изменяющейся в соответствии с изменением импеданса антенны 102а.

Волновод 111 имеет форму прямоугольного параллелепипеда, образованного из материала, содержащего металл. Участок 111а для установки антенны, в который вставляют антенну 102а средства 102 генерирования микроволн, образован на одной стороне нижней части волновода 111.

Первый штырь 112 установлен на внутренней стенке 111е волновода, где устойчиво вставлена антенна, так, что выступающий концевой участок первого штыря 112 находится рядом со щелью 111b. Второй штырь 113 установлен на поверхности 111с, обращенной к поверхности, на которой установлен первый штырь 112, и посредством этого концевой участок второго штыря 113 обращен к поверхности 111е, на которой установлен первый штырь 112.

В то же самое время первый штырь 112 и второй штырь 113 установлены параллельно антенне 102а и предпочтительно перпендикулярно к поверхностям 111с и 111е, на которых установлены соответствующие штыри 112 и 113.

В данном случае, для оптимизирования передачи микроволновой энергии предпочтительно поместить второй штырь 113 более близко к антенне 102а, чем первый штырь 112.

В то же самое время должен быть определенный промежуток между вторым штырем 113 и антенной 102а, чтобы посредством этого можно было предотвратить дуговой разряд между ними.

Первый и второй штыри 112 и 113 установлены с возможностью регулирования их высот, чтобы гибко осуществлять согласование импеданса антенны и настройку резонансной частоты.

Что касается фиг. 3 и 4, то на каждом своем концевом участке первый и второй штыри 112 и 113 имеют участки с наружной резьбой, соответственно 112а и 113а, а участки 111d и 111f со внутренней резьбой, соединенные с участками 112а и 113а с наружной резьбой, образованы на внутренней поверхности волновода 111. В соответствии с этим штыри 112 и 113 могут быть легко установлены и кроме того, высоты первого и второго штырей 112 и 113 могут быть отрегулированы в соответствии со степенью соединения между участками 112а и 113а с наружной резьбой и участками 111d и 111f.

Кроме того, предпочтительно, чтобы первый и второй штыри 112 и 113 были образованы цилиндрическими по форме, а в соответствии с условиями согласования импеданса и настройки резонансной частоты их можно образовать многоугольными по форме.

Кроме того, что касается толщин первого и второго штырей 112 и 113, то предпочтительно, чтобы в соответствии с условиями согласования импеданса и настройки резонансной частоты они имели толщины от 1 до 10 мм.

Безэлектродное осветительное устройство, имеющее волноводную систему согласно настоящему изобретению, сконструированное так, как указано выше, работает следующим образом.

Когда на средство 102 генерирования микроволн подается высокое напряжение, генерируется микроволновая энергия, которая с этого времени направляется по волноводу 111 и затем излучается в резонатор 104 через щель 111b волновода 111. В светящемся материале, герметизированном в колбе 105, излучаемой микроволновой энергией создается разряд с образованием света плазмой. Такой образованный свет создает освещение вперед, при этом отражаясь от отражающего экрана 107.

В это время, как установлено выше, согласование импеданса и настройка выходной частоты антенны 102а средства 102 генерирования микроволн могут быть легко осуществлены посредством первого и второго штырей 112 и 113, установленных в волноводе 111, и кроме того, может быть расширена полоса пропускания резонансной частоты.

В данном случае первый штырь 112 и второй штырь 113 можно рассматривать как эквивалентную цепь, составленную из последовательно соединенных L и С (то есть из индуктивности и емкости).

На фиг. 5А-5С представлены графики, иллюстрирующие характеристики S11 пропускания частот, на которых "S11" обозначает коэффициент отражения, "f" обозначает переменную частоту, "fo" обозначает резонансную частоту, при этом в случае f/fo=1 может быть достигнуто точное согласование резонансной частоты.

То есть первый штырь 112 установлен на внутренней поверхности волновода 111, а именно на поверхности 111е, в которую устойчиво вставлена антенна 102а, и посредством него согласовывают импеданс антенны 102а между волноводом 111 и резонатором 104. То есть после изменения высоты первого штыря 112 значения L и С изменяются, и импеданс щели 111b также изменяется. В результате этого, как показано на фиг. 5А, может быть выполнено согласование импеданса в зависимости от изменения резонансной частоты.

Однако, как можно видеть из фиг. 5В, поскольку в соответствии с изменением импеданса антенны 102а магнетрона может возникать ограничение диапазона настройки, второй штырь 113 установлен на противоположном месте относительно первого штыря 112 для стабильного выполнения согласования импеданса и для предотвращения дугового разряда относительно антенны 102а.

Поэтому, как показано на фиг. 5С, длины первого штыря 112 и второго штыря 113 суммируются для достижения согласования частоты относительно произвольного импеданса антенны 102а.

В дополнение к этому первый штырь 112 и второй штырь 113 установлены на противоположных местах по отношению друг к другу, а концевой участок первого штыря 112 расположен рядом со щелью 111b, посредством чего эффективно получается волновод 111 компактного размера. Первый штырь 112 помещен вблизи внутренней боковой поверхности 111g волновода 111, посредством чего достигается эффект, заключающийся в том, что внутренняя боковая поверхность 111g может быть перемещена. Кроме того, в соответствии с этим настройка резонансной частоты может быть выполнена при одновременном учете влияния волны, отраженной на внутренней боковой поверхности 111g.

Более того, когда длину штырей 112 и 113 и расстояние между штырями 112 и 113 соответствующим образом регулируют, изменяют значение добротности (Q), а также точно настраивают резонансную частоту, и посредством этого можно регулировать полосу пропускания (значение Q обратно пропорционально полосе пропускания).

В дополнение к этому, поскольку волновод 111 связан с резонатором 104, то в безэлектродном осветительном устройстве происходит изменение импеданса антенны 102а средства 102 генерирования микроволн и при этом резонанс непременно наблюдается на произвольной частоте, даже если резонансная частота не соответствует заданному значению. Поэтому сдвиг первоначальной резонансной частоты в компактном безэлектродном осветительном устройстве может быть выполнен путем использования в волноводе 111 упомянутых выше двух штырей 112 и 113, обращенных друг к другу. Таким образом, один из двух штырей 112 и 113, а именно первый штырь 112, используют для возникновения первоначального резонанса на соответствующей частоте, а другой штырь, а именно второй штырь 113, используют для точного согласования с частотой, подводимой от антенны 102а. В соответствии с этим значение Q уменьшается, а полоса пропускания расширяется, в результате чего повышается запас устойчивости резонанса.

На фиг. 6А и 6В представлены графики для характеристик S11 пропускания частот, иллюстрирующие состояние, когда полоса пропускания расширяется в соответствии с регулировкой длины штыря согласно настоящему изобретению. Как и на фиг. 5, "S11" представляет собой коэффициент отражения, "f" суть переменная частота, "fo" суть резонансная частота, при этом в случае f/fo=1 может быть достигнуто точное согласование резонансной частоты.

Что касается фиг. 6А, то можно заметить, что после уменьшения длины второго штыря 113 полоса пропускания расширяется, а резонансная частота становится точной. Однако, если полоса пропускания становится чрезмерно широкой, коэффициент отражения становится большим, что делает трудным поддержание максимальной мощности.

С другой стороны, как показано на фиг. 6В, если длину первого штыря 112 несколько увеличить, а длину второго штыря 113 уменьшить до состояния сдвига первоначальной резонансной частоты в правую сторону, то полоса пропускания, показанная на фиг. 6А, сузится больше, и резонансная частота также станет точной, в результате чего упадет коэффициент S11 отражения. В соответствии с этим может быть повышена передаваемая мощность микроволновой энергии.

То есть, точный резонанс можно получить, используя два штыря 112 и 113, и, если отрегулировать полосу пропускания и характеристики отражения, стабильность частоты и эффективность поддерживаемой мощности можно повысить.

Как установлено выше, в волноводной системе безэлектродного осветительного устройства, основанного на настоящем изобретении, два штыря установлены в волноводе на противоположных местах относительно друг друга с определенным промежутком между ними и при этом один из штырей используют для получения первоначального резонанса на соответствующей частоте, а другой штырь используют для того, чтобы резонанс был при заданном значении, а также для регулирования значения Q, что соответственно приводит к корректировке полосы пропускания. В результате этого можно использовать волновод небольшого размера и с достижением преимущества повысить устойчивость резонанса.

Поскольку настоящее изобретение может быть осуществлено в нескольких вариантах без отступления от сущности или существенных характеристик его, то должно быть понятно, что описанные выше варианты осуществления не ограничены какими-либо деталями предшествующего описания, если не указано иное, а должно интерпретироваться широко в рамках его сущности и объема, определенных в приложенной формуле изобретения, и поэтому все изменения и модификации, которые попадают в рамки и границы формулы изобретения, или в эквиваленты таких рамок и границ предполагаются охваченными приложенной формулой изобретения.

1. Волноводная система для безэлектродного осветительного устройства, содержащая волновод, направляющий микроволновую энергию, исходящую от антенны средства генерирования микроволн, которая устойчиво вставлена во внутреннюю поверхность волновода, и имеющий щель, сформированную на внутренней поверхности волновода и связанную с резонатором, где расположена колба, для подвода микроволновой энергии внутрь резонатора; первый штырь, установленный с возможностью съема на внутренней поверхности волновода в непосредственной близости к щели и имеющий регулируемую высоту для согласования импеданса с антенной и осуществления настройки в зависимости от выходной частоты антенны; и второй штырь, установленный с возможностью съема на другой внутренней поверхности волновода на заданном расстоянии относительно первого штыря и имеющий регулируемую высоту и расширяющий полосу пропускания совместно с первым штырем для настройки в зависимости от выходной частоты антенны, изменяющейся в соответствии с изменением импеданса антенны.

2. Система по п.1, в которой выступающий концевой участок первого штыря расположен в непосредственной близости со щелью, а второй штырь установлен на поверхности, обращенной к поверхности, на которой установлен первый штырь, и тем самым концевой участок второго штыря обращен к поверхности, на которой установлен первый штырь.

3. Система по п.2, в которой первый и второй штыри установлены так, чтобы они были параллельными антенне.

4. Система по п.3, в которой второй штырь расположен ближе к антенне, чем первый штырь.

5. Система по п.4, в которой второй штырь удален от антенны на заданный промежуток для того, чтобы предотвратить между ними дуговой разряд.

6. Система по п.1, в которой первый и второй штыри имеют участки с наружной резьбой на их соответствующих концевых участках, а участки с внутренней резьбой, соединенные с участками с наружной резьбой, выполнены в стенке волновода с ее внутренней стороны или внутренней поверхности, чтобы посредством этого регулировать высоту выступа.

7. Система по п.1, в которой первый и второй штыри образованы цилиндрическими по форме.

8. Система по п.1, в которой первый и второй штыри образованы многоугольными по форме.

9. Система по п.1, в которой первый и второй штыри имеют толщину от 1 до 10 мм.

10. Система по п.1, в которой первый и второй штыри образованы из материала, содержащего металл.

11. Система по п.6, в которой участки с внутренней резьбой, соединенные с участками с наружной резьбой, сформированы многократно по длине волновода.