СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ПОДДЕРЖАНИЯ РАЗРЯДА В БЕЗЭЛЕКТРОДНОЙ ЛАМПЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК H01J65/04 

Область техники.

Изобретение относится к системам для возбуждения разряда в газонаполненных безэлектродных лампах с использованием электромагнитного излучения диапазона СВЧ.

Предшествующий уровень техники.

Важнейшей предпосылкой эффективного практического использования безэлектродных ламп является стабильность возбуждения разряда как в импульсных, так и в непрерывных режимах генерации.

Как правило, для этого используются устройства, содержащие СВЧ-магнетрон, камеру или резонатор, в которой находится собственно сама безэлектродная лампа, представляющая из себя стеклянную или кварцевую емкость, заполненную газом при определенном давлении [патент США N 5905342, МКИ⁶ H 01 J 65/04, заяв. 02.12.1996, публ. 18.05.1999]. Обычно используется какой-либо газ с низким порогом пробоя, например аргон, при достаточно низком давлении (как правило значительно меньше атмосферного), к которому добавляют некоторое количество паров ртути или другого аналогичного вещества, находящегося при комнатной температуре в конденсированном состоянии. После возбуждения разряда фактически в чистом аргоне происходит разогрев лампы, ртуть или другое аналогичное вещество испаряется, повышая давление внутри лампы до рабочего. Для разогрева лампы и выхода в рабочий режим требуется время порядка нескольких секунд.

Основным недостатком такого способа возбуждения и поддержания разряда является невозможность повторного возбуждения разряда в случайно потухшей лампе до тех пор, пока лампа не будет охлаждена.

Это связано с тем, что напряженности поля СВЧ, достаточной для пробоя аргона при низком давлении, не хватает для зажигания разряда при высоком давлении, устанавливающемся внутри лампы после испарения ртути. Это делает безэлектродную лампу достаточно инерционным и нестабильным прибором, способным работать с весьма ограниченным набором газов и при низком давлении.

Известны устройства [патент США N 4359668, МКИ⁶ H 01 J 007/46, заяв. 15.07.1981, публ. 16.11.1982; патент США N 5886480, МКИ⁶ H 05 B 41/16, заяв. 08.04.1998, публ. 23.03.1999], в которых решается задача создания безэлектродной лампы с возможностью многократной безинерционной инициации, способной работать не только с благородными газами при низком давлении, но и с молекулярными или электроотрицательными газами при давлении порядка или даже выше атмосферного.

Для этого применяют специальные дополнительные средства возбуждения разряда в газе при давлении выше некоторого критического, зависящего от состава газа. В качестве таких средств может быть применен вспомогательный источник ультрафиолетового излучения, дополнительный электрический импульсный высоковольтный разрядник или использование раздельных резонансных мод для возбуждения и поддержания разряда [патент США N 5786667, МКИ⁶ H 01 J 65/04, заяв. 09.08.1996, публ. 28.07.1998].

Все эти средства позволяют получить возбуждение разряда, но использование их усложняет конструкцию безэлектродной лампы и, если она гаснет, для ее поджига нужна новая внешняя инициация разряда, что приводит к необходимости применения каких-либо следящих и управляющих поджигом устройств.

Известен способ возбуждения и поддержания разряда безэлектродной лампы [патент США N 5767626, МКИ⁶ H 01 J 65/04, заяв. 06.12.1995, публ. 16.06.1998] с помощью электромагнитной волны СВЧ-диапазона, заключающийся в использовании объемного резонатора, возбуждении колебаний на частоте, соответствующей резонансной частоте системы: источник СВЧ-излучения - резонатор - безэлектродная лампа, увеличении напряженности электромагнитного поля до величины, превышающей пробойную напряженность для газа, заполняющего безэлектродную лампу, возбуждении тем самым разряда с последующим поддержанием горения разряда воздействием СВЧ-излучения, в котором безэлектродную лампу размещают в полости резонатора, имеющего одну резонансную частоту, когда лампа находится в невозбужденном состоянии (эта частота используется для возбуждения разряда) и вторую частоту (которая выше первой) используют для поддержания горения разряда в безэлектродной лампе.

Для реализации этого способа используется два магнетрона, подключенных независимо один от другого при помощи волноводов к объемному резонатору. Первый магнетрон имеет частоту, соответствующую резонансной частоте объемного резонатора с незаженной лампой, и используется для возбуждения разряда. После загорания лампы, которое контролируется либо при помощи фотоячейки, либо при помощи реле времени, питание первого магнетрона при помощи соответствующей электронной схемы отключается, после чего включается второй магнетрон, имеющий более высокую частоту, которая является резонансной или околорезонансной для объемного резонатора с зажженной лампой. При этом вторая частота выше первой в силу того, что электрические размеры объемного резонатора с зажженной лампой меньше, чем с незаженной и, соответственно, резонансная частота объемного резонатора больше.

Этот способ позволяет повысить напряженность поля внутри безэлектродной лампы на этапе, предшествующем загоранию, но при условии точной настройки магнетрона и системы, образованной объемным резонатором и безэлектродной лампой, на одинаковую частоту.

Однако эта проблема не решена в данном изобретении.

Так, даже для объемного резонатора со сравнительно невысокой для диапазона СВЧ добротностью Q = 1000, относительная точность совпадения частоты магнетрона и собственной резонансной частоты системы объемный резонатор - безэлектродная лампа должна быть ~1/Q = 0.001.

Невозможность точной настройки на одинаковую частоту выдвигает на первый план проблему температурной и временной нестабильности резонансной частоты и собственной частоты магнетрона, связанной с линейным расширением резонатора, магнетрона, волноводов и самой безэлектродной лампы в процессе работы.

Так, температура анодного блока магнетрона после включения питания возрастает на несколько сотен градусов, а температура самой безэлектродной лампы меняется от температуры жидкого азота до ~500-600^oC и даже более, в то время как резонатор остается в процессе работы при практически комнатной температуре, что приводит к неодинаковому изменению собственной рабочей частоты магнетрона и резонатора и, соответственно, к расстройке резонанса.

Предложенная конструкция достаточно сложна, содержит два магнетрона, систему слежения за зажиганием лампы, систему включения и отключения магнетронов, нуждается в точной настройке по частоте.

Кроме того, вызывает сомнения необходимость поддержания горения безэлектродной лампы обязательно на более высокой частоте и что эта более высокая частота будет резонансной или околорезонансной для объемного резонатора с зажженной лампой.

Но, во-первых, после зажигания разряда отпадает необходимость в резонансном усилении напряженности поля, для чего собственно и используется объемный резонатор, т. к. для поддержания разряда в газе требуется значительно меньшая напряженность поля, чем для пробоя, обычно в 10-1000 раз меньшая [Райзер Ю.П. Физика газового разряда, М. Наука, 1987, стр. 450].

Во-вторых, после зажигания разряда безэлектродная лампа становится эффективным поглотителем СВЧ-энергии, находящимся внутри резонатора, что приводит к резкому уменьшению добротности до величины в лучшем случае Q ~10-20. При такой низкой добротности системы ширина резонансной кривой получается достаточно большой и точная настройка частоты уже не требуется. Более высокая частота второго магнетрона связана не с изменением частотно-резонансных параметров резонатора после зажигания лампы, а с согласованием импедансов магнетрона, с одной стороны, как генератора СВЧ и безэлектродной лампы, nак нагрузки этого генератора, с другой стороны.

При надлежащем согласовании импедансов частота СВЧ- излучения, используемая для поддержания горения лампы, может быть как больше, так и меньше первой (резонансной) частоты.

Раскрытие изобретения.

Задачей настоящего изобретения является: обеспечение стабильности и устойчивости возбуждения и поддержания разряда в безэлектродной лампе без использования каких-либо следящих и управляющих систем; обеспечение возможности работы безэлектродной лампы при более высоком давлении газа или при использовании в качестве рабочего газа с высоким порогом пробоя; обеспечение возможности безинерционного, многократного возбуждения и гашения разряда; исключение температурной и временной нестабильности при настройке магнетрона на собственную резонансную частоту объемного резонатора.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе возбуждения и поддержания разряда в безэлектродной лампе с помощью электромагнитной волны СВЧ-диапазона, заключающемся в использовании объемного резонатора, возбуждении колебаний на частоте, соответствующей резонансной частоте системы: источник СВЧ-излучения - резонатор - безэлектродная лампа, увеличении напряженности электромагнитного поля до величины, превышающей пробойную напряженность для газа, заполняющего безэлектродную лампу, возбуждении тем самым разряда с последующим поддержанием горения разряда воздействием СВЧ-излучения; повышают напряженность электромагнитного поля источника СВЧ-излучения, для чего устанавливают сильную связь между источником СВЧ-излучения и резонатором, возбуждают колебания на частоте, соответствующей резонансной частоте системы, образованной источником СВЧ-излучения и резонатором, определяют области пучности установившейся стоячей волны в резонаторе и направление колебаний электрического вектора, размещают в область пучности безэлектродную лампу, после чего поддерживают горение разряда, воздействуя СВЧ-излучением на частоте, соответствующей рабочей частоте источника СВЧ-излучения.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для осуществления способа возбуждения и поддержания разряда, содержащем источник СВЧ-излучения, объемный резонатор и заполненную газом безэлектродную лампу, в качестве источника СВЧ-излучения использован СВЧ-магнетрон, рабочая частота которого отличается от резонансной частоты объемного резонатора не более чем на 20, и установлена сильная связь между источником СВЧ и резонатором, для чего излучающий элемент СВЧ-магнетрона расположен внутри объемного резонатора, а безэлектродная лампа установлена в области пучности, установившейся внутри резонатора стоячей волны.

При этом объемный резонатор может быть выполнен так, что по крайней мере часть его поверхности перфорирована отверстиями таким образом, чтобы при относительной прозрачности для оптического излучения безэлектродной лампы обладать высоким коэффициентом отражения для СВЧ-излучения и не снижать существенно добротность объемного резонатора.

Для вывода оптического излучения безэлектродной лампы во внешнюю среду объемный резонатор может быть частично выполнен из оптически прозрачного диэлектрика или полупроводника.

Также для этой цели безэлектродная лампа может быть частично выведена за пределы резонатора через отверстие или отверстия в стенке резонатора.

Кроме того, для вывода оптического излучения безэлектродной лампы за пределы резонатора может быть использован световод или световоды.

Для облегчения пробоя в случае использования в качестве рабочего газа безэлектродной лампы газа с высоким порогом пробоя или при высоком давлении в состав безэлектродной лампы может быть добавлен выполненный из токопроводящего материала инициатор пробоя. Применение инициатора позволяет в несколько раз (вплоть до 10 раз) понизить напряженность поля, необходимую для пробоя. Инициатор может быть выполнен прямолинейным или изогнутым, например, в виде незамкнутой индуктивной петли, при этом для достижения оптимального результата безэлектродная лампа с инициатором пробоя должна быть соответствующим образом ориентирована по отношению к электрическому вектору СВЧ-излучения.

Для обеспечения изоляции разряда от стенок безэлектродной лампы она может быть размещена в пучности стоячей волны таким образом, что стенки лампы оказываются в области минимума стоячей волны.

Сопоставительный анализ показал, что заявляемое решение отличается от прототипа тем, что повышают напряженность электромагнитного поля источника СВЧ-излучения, для чего устанавливают сильную связь между источником СВЧ-излучения и резонатором, возбуждают колебания на частоте, соответствующей резонансной частоте системы, образованной источником СВЧ-излучения и резонатором, определяют области пучности установившейся стоячей волны в резонаторе и направление колебаний электрического вектора, размещают в область пучности безэлектродную лампу.

Устройство в отличие от прототипа содержит только один магнетрон, рабочая частота которого отличается от резонансной частоты объемного резонатора не более чем на 20%, излучающий элемент СВЧ-магнетрона расположен внутри объемного резонатора, а безэлектродная лампа установлена в области пучности установившейся внутри резонатора стоячей волны.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Как известно, для возбуждения разряда требуется значительно большая напряженность электрического поля, иногда на несколько порядков, чем для поддержания горения разряда, и поэтому обычно для возбуждения разряда используются довольно мощные источники СВЧ-излучения, либо включают в состав устройства дополнительные компоненты для инициации, например искровые разрядники, ультрафиолетовые лампы, криогенные, вакуумные системы и т.п.

Если же использовать маломощный источник СВЧ-излучения, например СВЧ-магнетрон мощностью от 100 Вт до нескольких кВт, то на этапе, предшествующем инициации разряда, нужно поднять напряженность до необходимого уровня. Для этого установку нужно дополнить накопителем энергии в диапазоне СВЧ, в качестве которого может быть использован объемный высокодобротный резонатор.

Однако в этом случае возникает проблема настройки источника СВЧ-излучения на резонансную частоту объемного резонатора, а также проблема связанная с температурной и временной нестабильностью собственной частоты источника СВЧ и резонансной частоты резонатора. Эти проблемы легко решаются использованием в качестве источника СВЧ магнетрона (или другого магнетроноподобного прибора) и установлением сильной связи между магнетроном и объемным резонатором. Образующаяся при этом система: магнетрон, объемный резонатор и безэлектродная лампа является единым резонатором со своей резонансной частотой и добротностью - высокой при незажженной лампе и низкой при горящей.

Известны методы настройки и стабилизации частоты магнетрона объемным резонатором, при этом в резонансной системе магнетрона появляются дополнительные резонансные состояния при любом характере связи анодного блока магнетрона с резонатором [Д.В.Самсонов, "Основы расчета и конструирования магнетронов", М., "Советское радио", 1974, с. 167-194].

При этом в соответствии с принципом "минимального рассеяния" колебания системы "магнетрон - резонатор" возбуждаются на частоте, при которой достигается наибольшее отношение запасенной энергии к общей энергии потерь за период, то есть на частоте, при которой добротность системы максимальна (см. там же). Так как добротность собственной резонансной системы магнетрона (обычное значение добротности < 100) много меньше добротности объемного резонатора (обычное значение 1000 - 10000 и более), колебания будут возбуждаться на резонансной частоте системы, образованной магнетроном и резонатором. Для этого, конечно, должна быть обеспечена близость резонансной частоты системы к собственной рабочей частоте магнетона. Необходимая степень близости зависит от конкретного типа использованного магнетрона и способа связи его с резонатором. Аналогичной способностью "самонастраиваться" на частоту конкретного объемного резонатора при условии сильной связи обладают и другие магнетроноподобные источники СВЧ. Процесс установления частоты колебаний занимает очень короткое время, обычно ~10^-8 с.

Это означает, что если магнетрон сильно связан с объемным резонатором и их собственные резонансные частоты с точностью порядка нескольких, не более 20%, совпадают, колебания будут возбуждаться на резонансной частоте системы, образованной магнетроном и резонатором, без использования каких-либо механических или электрических устройств для настройки частоты. Конечно, абсолютное значение этой резонансной частоты подвержено температурным и временным изменениям, но взаимная настройка магнетрона и резонатора при этом сохраняется. Сильная связь в системе СВЧ-магнетрон - резонатор может быть установлена, например, если излучающий элемент СВЧ-магнетрона будет размещен в резонаторе.

Этот режим работы системы может поддерживаться только в том случае, если будет обеспечена высокая добротность всей системы: магнетрон - объемный резонатор - безэлектродная лампа в целом, для чего необходимо исключить какие-либо существенные потери энергии в системе (например, на излучение во внешнее пространство).

В случае обеспечения всех этих условий внутри объемного резонатора начинается накопление энергии и образуется стоячая волна, имеющая максимумы и минимумы напряженности электрического поля, пространственное распределение которых зависит от конкретного типа объемного резонатора (цилиндрический, коаксиальный, прямоугольный и т.п.) и типа возбуждаемых колебаний.

При этом напряженность электрического поля в местах расположения максимумов (так называемых "пучностей") значительно превышает напряженность поля, которую развивает магнетрон при излучении в свободном пространстве. Для высокодобротных резонаторов усиление напряженности поля может достигать очень больших величин - порядка 100 и более.

В обычных схемах использования объемных резонаторов для СВЧ пробоя после достижения пробойной напряженности начинается газовый разряд, который распространяется на весь объем резонатора. Но в случае расположения внутри объемного резонатора безэлектродной лампы, имеющей газовое наполнение с порогом пробоя существенно ниже, чем газовое наполнение резонатора, разряд развивается только внутри безэлектродной лампы и не распространяется на другие области резонатора. Это объясняется тем, что рост напряженности поля внутри резонатора продолжается только до момента пробоя самого слабого в электрическом отношении элемента, каковым является безэлектродная лампа. Сразу после возбуждения разряда напряженность поля резко снижается в силу значительного уменьшения добротности системы, вызванного поглощением излучаемой энергии СВЧ в газовом разряде в лампе.

Наличие безэлектродной лампы несколько меняет собственную резонансную частоту системы магнетрон - объемный резонатор, но так как практически отсутствует излучение энергии из системы во внешнюю среду на предразрядной стадии, добротность системы, образованной магнетроном, резонатором и безэлектродной лампой, остается высокой. В этом случае СВЧ-магнетрон "самонастраивается" на частоту, соответствующую резонансной частоте системы магнетрон - резонатор - безэлектродная лампа. При большой разнице между собственной рабочей частотой магнетрона и резонансной частотой системы, превышающей несколько процентов, колебания магнетрона могут возбуждаться на паразитной моде колебаний, что может привести к снижению эффективной излучаемой мощности, но так как магнетрон работает в этом режиме очень короткое время, перегрева и выхода магнетрона из строя не происходит.

После возбуждения разряда безэлектродная лампа начинает интенсивно поглощать энергию, в результате чего добротность всей системы резко падает, энергетически более выгодными для магнетрона становятся колебания на своей рабочей частоте, в результате чего магнетрон перестраивается на эту частоту и дальнейшее излучение энергии происходит на этой частоте. Процесс зажигания разряда и последующей перестройки частоты магнетрона протекает очень быстро, за характерное время ~10^-6 с, что делает безэлектродную лампу практически безинерционным прибором (при условии использования соответствующего газового наполнения, например, не содержащего ртуть).

Так как установлена сильная связь между СВЧ-магнетроном и резонатором, с одной стороны, и резонатором и безэлектродной лампой, с другой стороны, излучаемая энергия эффективно передается в зону горения. Согласование импедансов обычно не требуется; в случае необходимости оно может быть достигнуто небольшим перемещением лампы в области пучности, подбором формы и размеров лампы либо другими известными методами, например, подбором формы и размеров излучающего элемента магнетрона для согласования фазы излучения [см. патент США N 5525865, МКИ⁶ H 01 J 65/04, заяв. 25.02.1994, публ. 11.06.1996].

Если в силу каких-либо причин разряд погаснет, добротность всей системы через очень короткое время, равное времени рекомбинации свободных зарядов в объеме лампы (~10^-6 с), восстановится, магнетрон вновь перестроится на резонансную частоту, произойдет новое накопление энергии и сразу же произойдет новый разряд. Этим обеспечивается устойчивость горения безэлектродной лампы. Необходимость ожидать полного остывания лампы для повторного поджига отпадает. Подобный режим работы магнетрона и других магнетроноподобных генераторов СВЧ может быть реализован как в непрерывном режиме генерации, так и в импульсном или импульсно-периодическом. В этих случаях для эффективного увеличения напряженности поля длительность импульса должна превышать время накопления энергии в резонаторе.

Используя объемные резонаторы с добротностью Q ~1000-10000 при реализации устройства в соответствии с предложенным способом можно добиться увеличения напряженности поля в месте расположения безэлектродной лампы в 30-100 раз, что оказывается достаточным для большинства практических случаев. При необходимости получения разряда при очень высоких порогах пробоя, например, в случае заполнения безэлектродной лампы газом при давлении значительно выше атмосферного либо в случае использования молекулярных и/или электроотрицательных газов, порог пробоя может быть понижен при помощи токопроводящего инициатора пробоя, размещенного в газовом объеме лампы, и соответствующим образом ориентированным относительно направления электрического вектора СВЧ-излучения. При этом в силу локальной неоднородности поля вблизи инициатора порог пробоя может быть понижен в несколько (вплоть до 10) раз [см., например, патент РФ N 2046559, МКИ⁶ H 05 H 1/46, заяв. 30.12.92, публ. 20.10.95].

Для обеспечения изоляции разряда от стенок лампы размеры и форма лампы могут быть сделаны соответствующими распределению поля стоячей волны. Если стенки безэлектродной лампы оказываются в минимуме поля стоячей волны, то разряд горит внутри лампы, не касаясь стенок, что позволяет значительно снизить тепловую нагрузку на стенки лампы.

Для более эффективного вывода оптического излучения безэлектродной лампы из резонатора лампа может быть расположена внутри резонатора лишь частично, а частично выведена во внешнее пространство через отверстие в стенке резонатора. Также для этой цели может быть использован световод.

Краткое описание фигур чертежей.

Работа устройства для реализации способа поясняется чертежом, где дан вариант устройства, когда безэлектродная лампа полностью размещена внутри резонатора и имеет в своем составе прямолинейный инициатор пробоя.

Устройство содержит СВЧ-магнетрон 1, излучающий элемент 2 которого размещен в полости объемного резонатора 3, в полости которого установлена также безэлектродная лампа 4, имеющая в случае необходимости в своем составе инициатор пробоя 5.

Работает устройство следующим образом.

После подачи напряжения питания на магнетрон 1 за очень короткое время (~ 10^-8 с) происходит установление частоты, соответствующей резонансной частоте системы магнетрон 1 - резонатор 3 - безэлектродная лампа 4. Далее происходит накопление энергии в течение ~10^-6 с до достижения пробойной напряженности, после чего внутри безэлектродной лампы зажигается разряд, магнетрон 1 перестраивается на рабочую частоту и энергия СВЧ, излучаемая источником излучения 2 магнетрона 1, поглощается безэлектродной лампой 4, поддерживая ее горение. Инициатор пробоя 5 является необязательным элементом и включается в состав безэлектродной лампы 4 при необходимости. В случае, если разряд погаснет, процесс возбуждения разряда автоматически повторится.

Промышленная применимость.

В обычно используемых цилиндрических резонаторах, возбуждаемых на моде колебаний ТМ 010, напряженность электрического поля в центре резонатора согласно [А. Мак-Доналд, "СВЧ пробой в газах", "Мир", М. 1969 г., стр. 167] составляет
E₀= P₀Q/ηω′0

(1),
где P₀ - мощность излучения СВЧ-магнетрона,
Q - добротность резонатора,
ω′0 - угловая частота СВЧ-излучения,
η = 0,27•ε₀•V (2),
где ε₀ = 8,85•10^-12 Ф/м - диэлектрическая проницаемость вакуума,
V - объем резонатора, который обычно выбирается как V ~ λ³,
где λ - длина волны СВЧ-излучения в свободном пространстве.

Используя формулу (1) для расчета, можно подобрать объемный резонатор с относительно невысокой добротностью (Q) и при этом достичь довольно высокой напряженности в центре резонатора.

Например, при P₀ = 1 кВт, ω′0

/2π = 2,45 ГГц, V = 1 л, Q = 10³ напряженность электрического поля может достигать E₀ ~160 кВ/см. Для сравнения, пробойная напряженность воздуха при атмосферном давлении составляет около 30 кВ/см.

Пример конкретного использования.

Использовался магнетрон с блоком питания от бытовых СВЧ-печей, имеющий мощность P = 800 Вт и частоту f = ω′0

/2π = 2,45 ГГц, это позволило при λ = 12 см использовать резонатор, изготовленный из меди, объемом V = 0,7 л с частично перфорированной поверхностью.

Безэлектродная лампа была выполнена в виде кварцевой колбы объемом 0,1 л. В качестве рабочего газа использовался технический аргон при атмосферном давлении с небольшой добавкой ртути. Оптическая мощность излучения безэлектродной лампы составляла около 100 Вт. Разряд зажигался и гас с частотой 50 Гц в соответствии с однополупериодным режимом питания магнетрона.

Устройство отличается высокой стабильностью в работе, возбуждение разряда в случаи гашения происходит без ожидания остывания лампы. Такое устройство может работать от обычной бытовой электросети.

Кроме того, устройство отличается компактностью и простотой конструкции, в нем отсутствуют какие-либо механически перемещаемые детали, какие-либо электронные схемы слежения или переключения. Проблемы настройки магнетрона и резонатора на одинаковую частоту не возникает и, соответственно, нет временной и температурной нестабильности, связанной с неточной настройкой частот.

Все это позволяет реализовать способ, используя устройство во многих областях, например в медицине для стерилизации при помощи ультрафиолетового излучения, а малогабаритность и простота конструкции устройства позволяют применить его во всех отраслях, где требуется простой, надежный и в то же время достаточно мощный источник света.

Безэлектродная лампа возбуждается при помощи высокодобротного объемного резонатора, имеющего сильную связь с источником СВЧ. После зажигания лампы добротность резонатора резко снижается, приводя к перестройке частоты источника СВЧ на рабочую частоту, на которой поддерживается горение лампы. В случае, если разряд гаснет, процесс инициации автоматически повторяется. Технический результат - обеспечение стабильности, устойчивости возбуждения и поддержания разряда, упрощение конструкции. 2 с. и 7 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Способ возбуждения и поддержания разряда в безэлектродной лампе с помощью электромагнитной волны СВЧ-диапазона, заключающийся в использовании объемного резонатора, возбуждении колебаний на частоте, соответствующей резонансной частоте системы источник СВЧ-излучения - резонатор - безэлектродная лампа, увеличении напряженности электромагнитного поля до величины, превышающей пробойную напряженность для газа, заподняющего безэлектродную лампу, возбуждении тем самым разряда с последующим поддержанием горения разряда воздействием СВЧ-излучения, отличающийся тем, что повышают напряженность электромагнитного поля источника СВЧ-излучения, для чего устанавливают сильную связь между источником СВЧ-излучения и резонатором, возбуждают колебания на частоте, соответствующей резонансной частоте системы, образованной источником СВЧ-излучения и резонатором, определяют области пучности установившейся стоячей волны в резонаторе и направление колебаний электрического вектора, размещают в область пучности безэлектродную лампу, после чего поддерживают горение разряда, воздействуя СВЧ-излучением на частоте, соответствующей рабочей частоте источника СВЧ излучения. 2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее источник СВЧ-излучения, объемный резонатор и заполненную газом безэлектродную лампу, отличающееся тем, что безэлектродная лампа размещена в области пучности, установившейся внутри резонатора стоячей волны, а в качестве источника СВЧ-излучения использован СВЧ-магнетрон, рабочая частота которого не более чем на 20% отлична от резонансной частоты объемного резонатора, внутри которого расположен излучающий элемент СВЧ-магнетрона. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что объемный резонатор имеет частично перфорированную поверхность, относительно прозразную для оптического излучения безэлектродной лампы, на имеющую высокий коэффициент отражения для СВЧ-излучения. 4. Устройство по п.2, отличающееся тем, что объемный резонатор частично выполнен из оптически прозрачного диэлектрика либо полупроводника. 5. Устройство по п.2, отличающееся тем, что безэлектродная лампа имеет внутри газового объема токопроводящий инициатор пробоя, ориентированный параллельно электрическому вектору стоячей волны. 6. Устройство по п.2, отличающееся тем, что безэлектродная лампа имеет внутри газового объема токопроводящий инициатор пробоя в виде индуктивной незамкнутой петли, ориентированной перпендикулярно магнитному вектору стоячей волны. 7. Устройство по п.2, отличающееся тем, что безэлектродная лампа установлена в пучности стоячей волны таким образом, что стенка или стенки лампы размещены в областях минимума стоячей волны. 8. Устройство по п.2, отличающееся тем, что безэлектродная лампа установлена внутри резонатора лишь частично, а частично выведена во внешнее по отношению к резонатору пространство через отверстие или отверстия в стенке резонатора. 9. Устройство по п.2, отличающееся тем, что для вывода оптического излучения безэлектродной лампы за пределы резонатора использован световод или световоды.