Область техники
Настоящее изобретение касается конструкции связи волновода и накладного электрода (аппликатора), а более конкретно устройству соединения волновода и накладного электрода, которое способно управлять распространением электромагнитных волн, генерируемых генератором электромагнитных волн, для передачи их на накладной электрод в одном направлении и поддержания стабильной работы, даже если изменяется состояние нагрузки.
Предшествующий уровень техники.
Системы, в которых электромагнитная волна, генерируемая генератором электромагнитных волн, таким как, например, магнетрон, передается через волновод к нагрузке, находящейся внутри накладного электрода, используются в различных приложениях, таких как микроволновые печи, безэлектродные лампы или нагревательные устройства.
Обычно накладной электрод относится к волноводному типу или резонатороному типу. Накладной электрод резонаторного типа включает накладной электрод резонансного типа и нерезонансного типа, а накладной электрод волноводного типа подразделяется на цилиндрический вид и прямоугольный вид в соответствии с формой поперечного сечения. Для накладного электрода волноводного типа используется электромагнитное поле, распределение которого внутри волновода соответствует ТЕmn или ТМmn видам колебаний электромагнитного поля. Здесь, "m" и "n" - это натуральные числа, включая "0".
Обычно мода (вид колебаний) с наиболее низкой критической частотой для заданного размера волновода или вид колебаний, определяемый электромагнитной волной наиболее низкой частоты, которая может распространятося в волноводе, называется основной модой, и в этом отношении в случае волновода цилиндрического типа его основной модой является мода ТЕ11, а для волновода прямоугольного типа - ТЕ10.
Резонатор резонансного типа классифицируется на тип ТЕmnр и тип ТМnmр в зависимости от вида распределения электромагнитного поля внутри резонатора, а если резонатор способен поддерживать множество мод одновременно, то он называется многомодовым резонатором. Типичный пример многомодового резонатора представляет собой микроволновую печь.
В большинстве случаев нагрузка внутри накладного электрода находится в твердом состоянии или в жидком состоянии, но газ также может быть нагрузкой, например, в случае плазменного генератора. Нагрузка может иметь различные формы и может быть неподвижной или перемещающейся.
Обычно из-за изменения состояния нагрузки трудно поддерживать стабильную работу.
Например, обратимся к безэлектродной лампе, очень трудно одновременно удовлетворить условия для поджига колбы (газового объема) лампы и для поддержания стабильной работы лампы. Импеданс (полное сопротивление) газового объема лампы или резонатора, включающего газовый объем лампы, значительно изменяется в зависимости от состояния газового объема лампы.
То есть, поскольку полное сопротивление газового объема в различных режимах, например, когда он холодный при отсутствии разряда, когда в нем начинается разряд или когда лампа полностью зажигается и поддерживается в установившемся режиме, различается для каждого случая, то когда выполняется условие согласования для конкретного режима, для других режимов полное сопротивление оказывается в значительной степени несогласованным.
Поэтому, даже если газовый объем лампы поджигается и зажигается начальный разряд, то скорее всего газовый объем лампы погаснет, когда произойдет переход к стабильному состоянию, или даже если газовый объем лампы достигнет стабильного состояния, то поскольку согласование полных сопротивлений газового объема лампы и электромагнитной волны становится плохим, то полная эффективность свечения системы значительно ухудшается.
Для избежания потери эффективности обычно согласование полных сопротивлений системы выполняется для состояния, при котором газовый объема лампы находится в режиме стабильной работы. Однако в этом случае, поскольку согласование в начальном состоянии газового объема лампы оказывается не надлежащим, то электромагнитная волна, вводимая в резонатор, в основном отражается назад в магнетрон. Из-за отражения электромагнитной волны электрическое поле внутри резонатора оказывается недостаточно сильным для поджига газового объема лампы и, следовательно, трудно поджечь газовый объем лампы. Кроме того, магнетрон может работать нестабильно, или генерировать аномальные колебания, или может повышаться температура магнетрона, поэтому продолжительность работы магнетрона значительно укорачивается. В этом случае для поджига газового объема лампы используются резонаторы сложной формы или в резонатор добавляется устройство, которое помогает осуществлять поджиг газового объема лампы однако, это приводит к чрезмерному увеличению стоимости и их конструкция становится сложной. При таких способах поджига также не решается проблема аномальной работы или короткой продолжительности службы магнетрона.
Между тем, когда полное волновое сопротивление системы нагрузки для электромагнитной волны, то есть полное сопротивление накладного электрода и газового объема внутри него, и полное сопротивление передающей волноводной линии не согласуются, то электромагнитная волна отражается от накладного электрода. В этом случае, когда отраженная энергия возвращается назад в генератор электромагнитных волн, то она отрицательно влияет на генератор электромагнитных волн, нарушая его стабильную работу, или поглощается в виде тепла в генераторе электромагнитных волн, тем самым уменьшая срок его службы или даже разрушая его. Поэтому для защиты генератора и обеспечения надлежащего согласования обычно используется согласующее устройство или циркулятор.
На фиг.1 схематично показана конструкция волноводной системы в соответствии с аналогом, известным из патента Кореи N 96-30307 на имя Fusion Lighting INC.
Согласующее устройство регулирует полное волновое сопротивление волноводной линии передачи. Направленный ответвитель 4 на фиг.1 выделяет заданную часть электромагнитной волны, которая распространяется в направлении нагрузки 6 или возвращается назад после отражения от нагрузки в накладном электроде 5. Для поддержания хорошего режима согласования в линии передачи к направленному ответвителю 4 подключается ваттметр 3, а согласующее устройство 2 регулируется так, чтобы отраженная волна была минимальной.
Однако известный аналог имеет недостатки, состоящие в том, что для поддержания удовлетворительного согласования согласующее устройство 2 требуется регулировать в соответствии с состоянием нагрузки. В частности, в случае, когда во время работы изменяются характеристики нагрузки, согласующее устройство должно постоянно подстраиваться. Более того, если полное сопротивление нагрузки изменяется нерегулярно или резко, то трудно поддерживать благоприятный режим согласования.
Кроме того, использование согласующего устройства, направленного ответвителя и ваттметра или циркулятора приводит к увеличению затрат, а полный размер системы увеличивается и система усложняется. Поэтому для преодоления недостатков известных аналогов требуется новая волноводная конструкция.
Краткое описание изобретения
Таким образом, в основу настоящего изобретения положена задача разрешения проблемы, заключающейся в том, что в системе, в которой электромагнитная волна передается от генератора электромагнитных волн в накладной электрод, энергия, отраженная из-за изменения характеристик нагрузки, возвращается назад в генератор электромагнитных волн, ухудшая характеристики генератора электромагнитных волн.
Другой задачей, лежащей в основе настоящего изобретения, является устранение неудобства подстройки согласующего устройства в волноводной конструкции при подготовке его для любых возможных изменений в характеристиках нагрузки.
Для достижения этих и других преимуществ и в соответствии с замыслом настоящего изобретения, как оно выполнено и обобщенно описано здесь, предлагается устройство соединения волновода и накладного электрода, включающее генератор электромагнитных волн; волновод для передачи электромагнитной волны, генерированной генератором электромагнитных волн; и накладной электрод для приема электромагнитной волны через волновод и ввода ее в газовый объем лампы, при этом стенки волновода и накладного электрода частично или полностью выполнены общими, на которых выполнены щели, а волновод имеет длину, равную целому числу половины длины электромагнитной волны, направляемой через волновод.
На общей стенке волновода и накладного электрода выполнены по меньшей мере две щели с определенными промежутками, обеспечивая возможность, чтобы электромагнитная волна, отражаясь от накладного электрода, не возвращалась назад в генератор электромагнитных волн, когда она направляется в волновод.
Расстояние между центральными точками щелей приблизительно равно четверти длины волны электромагнитной волны, передаваемой по волноводу. Ширина щели предпочтительно больше, чем трехкратная толщина стенки, в которой выполнены щели.
Волновод закручен в цилиндрическую форму, центрированную относительно оси резонатора, так что траектория распространения электромагнитной волны в пределах волновода образует окружность или дугу окружности, концентрические с поперечным сечением резонатора.
В торцевой части волновода в направлении распространения электромагнитной волны дополнительно имеется блок поглощения электромагнитной волны, чтобы поглощать электромагнитную волну, все еще распространяющуюся внутри волновода, которая не связалась с накладным электродом, и электромагнитную волну, возвращенную в волновод, которая отразилась от накладного электрода, и распространяющуюся в ее первоначальном направлении (то есть, в направлении, противоположном направлению к генератору электромагнитных волн). Что касается блока поглощения, то для него может быть использован уголь, графит или вода.
Обратимся к форме поперечного сечения накладного электрода, она предполагается круговой или овальной формы, а что касается поперечного сечения волновода, то она предполагается круговой, полукруглой или овальной формы.
Для решения вышеуказанных задач предлагается также безэлектродная лампа, включающая: генератор электромагнитных волн; волновод, направляющий электромагнитную волну, генерированную генератором электромагнитных волн; резонатор для приема электромагнитной волны из волновода и подачи ее в колбу лампы; и безэлектродную колбу в резонаторе, в которой стенка волновода и накладного электрода выполнена частично или полностью общей, в которой выполнены щели так, чтобы электромагнитная волна не направлялась назад в генератор электромагнитных волн, когда она отражается от резонатора, а длина волновода равна целому числу половины длины электромагнитной волны, направляемой по волноводу.
Краткое описание чертежей
Прилагаемые чертежи, которые включены для лучшего понимания изобретения и входят и составляют часть этой заявки, иллюстрируют варианты изобретения и вместе с описанием предназначены для пояснения основных положений изобретения.
На чертежах:
фиг.1 - схематичное изображение, показывающее конструкцию волноводной системы в соответствии с известным аналогом;
фиг.2А и 2В иллюстрируют конструкцию волновода в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения, на которых:
фиг.2А - фронтальная проекция волновода;
фиг.2В - проекция волновода сбоку;
фиг.3 - сечение направленного ответвителя обычного волновода в соответствии с известным аналогом;
фиг.4 - сечение волновода в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения;
фиг.5А и 5В показывают конструкцию волновода, приспособленного для безэлектродной лампы, в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения, на которых:
фиг.5А - проекция волновода сбоку;
фиг.5В - фронтальная проекция волновода;
фиг.6 - сечение, показывающее конструкцию волновода, приспособленного для нагревающей системы, в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.7 - сечение, поясняющее основной принцип двойного резонанса, на котором показана напряженность электрического поля, когда колба лампы зажигается;
фиг.8 - сечение, поясняющее основной принцип двойного резонанса, на котором показана напряженность электрического поля после того, как колба лампы зажжена;
фиг.9А и 9В показывают конструкцию волновода, приспособленного для безэлектродной лампы, в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения, на которых:
фиг.9А - сечение волновода сбоку;
фиг.9В - фронтальное сечение волновода;
фиг.10А-10С - поясняющие изображения, показывающие обычные формы волновода, на которых:
фиг.10А - разрез волновода с прямоугольным сечением;
фиг.10В - перспективный вид, показывающий конструкцию цилиндрического волновода для Е стороны;
фиг.10С - перспективный вид, показывающий конструкцию цилиндрического волновода для Н стороны;
фиг.11А и 11В показывают конструкцию волновода, приспособленного для безэлектродной лампы, в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения, на которых:
фиг.11А - проекция волновода сбоку;
фиг.11В - фронтальная проекция волновода;
фиг.12А и 12В показывают конструкцию волновода, приспособленного для безэлектродной лампы, в соответствии с еще одним вариантом выполнения настоящего изобретения, на которых:
фиг.12А - сечение волновода сбоку;
фиг.12В - фронтальная проекция волновода,
Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения
Обратимся теперь к подробному описанию предпочтительных вариантов выполнения настоящего изобретения, примеры которых проиллюстрированы на прилагаемых чертежах.
Первая особенность настоящего изобретения заключается в том, что в конструкции, обеспечивающей направленную связь, выполнены щели.
Фиг.2А и 2В иллюстрируют конструкцию волновода в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения, которая включает волновод 12 для направления электромагнитной волны от генератора электромагнитных волн, который генерирует микроволновую (СВЧ) электромагнитную волну; накладной электрод 5 для ввода переданной электромагнитной волны в нагрузку; щели 11 в устройстве направленной связи для соединения волновода 12 и накладного электрода 5 так, чтобы передавать электромагнитную волну, распространяющуюся через волновод, на накладной электрод 5, и поглощающий блок 13, установленный в торцевой части волновода в поступательном направлении электромагнитной волны.
Стенка одной стороны цилиндрического накладного электрода 5 и стенка одной стороны полукругового волновода 12 является общей, а две щели 11 выполнены на некотором расстоянии друг от друга на части этой стенки.
Фиг.2В представляет собой боковую проекцию конструкции волновода в соответствии с настоящим изобретением. Электромагнитная волна, генерированная генератором электромагнитных волн, распространяется к поглощающему блоку 13, расположенному на торцевой части волновода, через волновод 12, а также ответвляется в нагрузку, размещенную внутри накладного электрода 5, через щели 11 связи.
Устройство направленной связи в соответствии с настоящим изобретением имеет важное значение в том отношении, что оно препятствует отражению и возвращению назад в генератор электромагнитных волн электромагнитной волны, генерированной и переданной от генератора электромагнитных волн, а обеспечивает полное ее поглощение в нагрузке внутри накладного электрода 5.
Для упрощения понимания на фиг.3 показан обычный волноводный направленный ответвитель. Электромагнитная волна, распространяющаяся в одном направлении через волновод В, частично переходит в волновод А через две щели связи (или отверстия), расположенные с зазором между их центральными точками, равным приблизительно четверть длины волны, и в этом отношении из-за взаимодействия между этими двумя щелями связи электромагнитная волна распространяется в первом направлении также и по волноводу А.
То есть, для электромагнитной волны, которая прошла через эти две щели, создается конструктивная интерференция в поступательном направлении волны и деструктивная интерференция создается в противоположном направлении, в результате чего электромагнитная волна в волноводе А распространяется в том же направлении, что и в волноводе В. Кроме того, когда электромагнитная волна, распространяющаяся в волноводе А, объединяется с волной в волноводе В, то она также распространяется в первом направлении.
Устройство соединения волновода и накладного электрода согласно настоящему изобретению отличается от обычного волноводного направленного ответвителя в том отношении, что большая часть электромагнитной волны, распространяющейся по одному волноводу, ответвляется в другой, а не частично ответвляется. Такое соединение может быть осуществлено путем подходящего выбора длины и ширины щелей, выполненных на волноводе и в соответствующих местах.
Фиг.4 представляет сечение системы, иллюстрируя основной принцип работы в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения.
Как показано на чертеже, СВЧ электромагнитная волна 21, которая попадает в волновод 12, почти вся ответвляется в накладной электрод 10 через щели, выполненные на стенке, являющейся общей для волновода 12 и накладного электрода 10, когда волна распространяется по волноводу 12, и таким образом ответвленная электромагнитная волна 24 поглощается нагрузкой внутри накладного электрода.
В то же время, если полное сопротивление, определяемое накладным электродом и находящейся в нем нагрузкой, не совпадает с полным сопротивлением электромагнитной волны, то часть электромагнитной волны отражается, а не поглощается. Эта отраженная волна 27 ответвляется назад в волновод 12 через щели.
Отраженная волна 28, ответвленная назад в волновод, и все еще распространяющаяся электромагнитная волна 26, которая не ответвилась в накладной электрод от электромагнитной волны 21, введенной в волновод, проходят к поглощающему блоку 13 по волноводу так, что поглощаются в нем. Таким образом, электромагнитная волна, переданная в волновод 12 из генератора электромагнитных волн, полностью поглощается либо нагрузкой внутри накладного электрода 10, либо поглощающим блоком 13 в торцевой части волновода 12, без возвращения части волны назад в генератор электромагнитных волн.
Для удовлетворения требований, устанавливаемых исходя из задачи настоящего изобретения, желательная форма накладного электрода представляет собой форму, имеющую в поперечном сечении круг или овал. В зависимости от состояния нагрузки или перемещения нагрузки может использоваться накладной электрод подходящего вида.
На фиг.4 стенка волновода 12 и стенка накладного электрода показаны как существующие раздельно, общей является только щелевая область; тем не менее, волновод и накладной электрод могут иметь стенку частично или полностью общую в зависимости от назначения их использования.
Конструкция волновода включает множество щелей или окон в виде отверстий в направлении распространения (осевом направлении) волновода. Несмотря на то, что в основном в нем выполнены по меньшей мере две щели, в соответствии с назначением использования щелей может быть выполнено больше. Кроме того, нет необходимости, чтобы количество щелей было четным, поэтому может быть выполнено и нечетное число щелей.
Расстояние между центральными точками щелей в основном равно четверти длины волны внутри волновода, как и в обычном направленном ответвителе волноводного типа, хотя это расстояние не является фиксированным. Расстояние может изменяться в соответствии с конструкцией волновода и накладного электрода при использовании на практике, то есть исходя из их размера, формы и способа работы. Расстояние между щелями также необязательно одно и то же для соседних щелей, некоторые щели могут быть разделены в несколько групп, которые размещаются соответствующим образом.
Щели могут иметь различные формы, такие как прямоугольник, круг или овал, и необязательно, чтобы они были одинаковыми по форме или размеру, то есть по ширине и длине.
Другими словами, под волноводной конструкцией, соответствующей настоящему изобретению, понимается схема расположения подходящего числа щелей в волноводе, их форма и расстояния для использования с соответствующими волноводом и накладным электродом, характеристики которых оптимизируются по числу щелей, форме и расстоянию между щелями.
Фиг.5А и 5В показывают конструкции волновода, приспособленные для безэлектродной лампы, которая возбуждается СВЧ-волнами в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения.
Как показано на чертеже, электромагнитная волна, генерированная магнетроном 1, распространяется по волноводу 12 и ответвляется в накладной электрод 5 через щели 11, которая затем возбуждает материал в колбе 6, размещенной в пределах накладного электрода, тем самым генерируя свет, такой как, например, видимый свет или ультрафиолетовый свет.
Внутренняя и наружная стенки волновода 12 выполнены из двух концентрических цилиндров, при этом вся внутренняя стенка волновода 12 является частью стенки накладного электрода 5.
Фактическая эффективная длина волновода 12 начинается от одной стороны стенки 9, установленной в волноводе, до торцов на противоположной стороне стенки 9 в направлении по окружности.
Поглощающий блок 13 установлен в волноводе на противоположной стороне по отношению к антенне 7 магнетрона, а четыре щели 11 выполнены на внутренней стенке волновода.
Фиг.6 представляет сечение, показывающее структуру волноводной системы, приспособленной для нагревательной системы при использовании с нагрузкой жидкостного типа, в соответствии с настоящим изобретением.
Обратимся к фиг.6, электромагнитная волна, генерированная магнетроном 1, ответвляется в накладной электрод 5 так, чтобы нагревать находящуюся в нем нагрузку жидкостного типа. Конструкция цилиндрического волновода включает две щели, а накладной электрод представляет собой цилиндрическую волноводную конструкцию, использующую моду ТЕ11.
Внутри накладного электрода выполнена трубка из изолятора, обладающая малыми диэлектрическими потерями и большой стойкостью к нагреву, из такого материала, как тефлон, она установлена наклонно и через нее протекает жидкость, которая должна нагреваться.
Поскольку диэлектрическая постоянная нагрузки или коэффициент поглощения электромагнитной волны изменяется в зависимости от состояния жидкости, определяемого видом, температурой и плотностью, величина отраженной электромагнитной волны, которая не поглощается нагрузкой, изменяется соответствующим образом в зависимости от рабочего режима и в конечном счете она поглощается поглощающим блоком (не показан), установленным в торцевой части волновода.
Другая особенность настоящего изобретения состоит в том, что волновод целенаправленно выполнен так, чтобы он выполнял функцию резонатора при любых условиях.
Длина волновода определяется расстоянием от стенки задней стороны антенны магнетрона до стенки торца противоположной стороны в поступательном направлении электромагнитной волны.
Если волновод выполнен по длине равным целому числу половины длины волны (то есть, nλ/2, n - целое число) внутри волновода, то волновод сам по себе способен выполнять функцию резонатора.
В случае, когда обращенные друг к другу две стороны, образующие волновод, изогнуты по форме цилиндра, то есть направление распространения электромагнитной волны в волноводе представляет собой изогнутую линию, а не прямую линию, тогда электрическая длина волновода вычисляется по соответствующему выражению электромагнитной теории. По существу, длина может быть почти точно получена, используя среднее расстояние, вычисленное вдоль середины двух изогнутых сторон.
Направление распространения электромагнитной волны в волноводе и поперечное сечение резонатора образуют концентрические круги, имеющие одну и ту же общую ось, а стенка резонатора и стенка волновода являются частично общими.
Электромагнитная волна в волноводе распространяется вдоль круговой траектории и поступает в резонатор через щель связи, расположенную в общей стенке волновода и резонатора, так чтобы волна подавалась на нагрузку в резонаторе.
Поскольку волновод служит резонатором (далее будем называть "первый резонатор"), то может поддерживаться стабильный рабочий режим, соответствующий состоянию нагрузки внутри накладного электрода.
Возьмем для примера безэлектродную лампу, напряженность электрического поля в резонаторе, включающем колбу, поддерживается на достаточно высоком уровне, поэтому, когда лампа включается, то может легко происходить поджиг газового объема лампы.
То есть, когда лампу включают, то в волноводе генерируется стоячая волна, то есть в первом резонаторе, до того как произойдет полный поджиг газового объема колбы, а второй резонатор возбуждается этой стоячей волной.
Этот принцип двойного резонанса поясняется со ссылкой на фиг.7.
Как показано на чертеже, во-первых, резонатор формируется за счет перекрытия обоих торцов волновода, электрическая длина которого равна той же величине, что и длина направляемой в него волны. В этом отношении, если волновод имеет прямоугольное поперечное сечение, то он соответствует резонатору, работающему на ТЕ102 моде, а если волновод имеет круглое поперечное сечение, то он соответствует резонатору, работающему на ТЕ112 моде.
Электромагнитная волна в резонаторе образует стоячую волну, а распределение напряженности 16 электрического поля показано пунктирной линией, как это проиллюстрировано на фиг.7. Здесь, напряженность электрического поля в средней точке резонатора равна "0", и даже если эта точка блокируется проводящей стенкой 9, то не происходит изменения граничных условий, и распределение электрического поля сохраняется таким же, каким оно и было, а два объема, которые разделены установленной стенкой образуют, соответственно, независимые резонаторы 12 и 5.
Когда щель 14 связи выполняется на этой стене, то два резонатора, то есть первый и второй резонаторы 12 и 15, соединяются друг с другом, по-прежнему сохраняя первоначальное распределение электрического поля.
В то же время, когда колба устанавливается в центре второго резонатора, то есть в местоположении, где электрическое поле наиболее сильное, то поскольку колба не поглощает электромагнитные волны до того, как в ней не произойдет поджиг, электромагнитная волна, подаваемая на второй резонатор 5 через первый резонатор 12 (волновод), в основном отражается и возвращается назад в первый резонатор 12. Это приводит к формированию стоячей волны в первом резонаторе, которая опять передается во второй резонатор все время с одной и той же фазой, так что сильное электрическое поле постоянно подается на колбу, сохраняя конфигурацию стоячей волны во втором резонаторе, благодаря конструктивной интерференции.
Между тем, в случае, когда волноводная область не служит в качестве резонатора, поскольку фаза стоячей волны, генерированной в волноводе, становится отличной от фазы стоячей волны второго резонатора, тогда конфигурация резонанса (стоячей волны) во втором резонаторе изменяется, приводя к затруднению для зажигания колбы.
После того, как во всей колбе произошел поджиг, электромагнитная волна, вводимая в газовый объем колбы, в основном поглощается газовым объемом, и следовательно, в первый резонатор возвращается лишь незначительная электромагнитная волна. В этом случае первый резонатор не работает в качестве резонатора, а работает как нормальный волновод. Напряженность 16 электрического поля в это время показана пунктирной линией, как это проиллюстрировано на фиг.8. В это время в волноводе 12 нет стоячей волны, поэтому напряженность 16 электрического поля в волноводе становится однородной.
Щель связи выполняется так, чтобы электромагнитная волна в волноводе эффективно ответвлялась во второй резонатор, и устанавливается на стенке между волноводом и вторым резонатором в поступательном направлении электромагнитной волны. Требуется определить местоположение, длину и ширину щели так, чтобы достигалось условие согласования, когда газовый объем колбы находится в нормальном рабочем состоянии.
Обратимся к форме щели, обычно используется прямоугольная форма; однако, исходя из цели устройства, и для получения лучших рабочих параметров возможна любая модификация формы щели, например форма, в которой оба концевых участка скруглены, если требуется.
Также возможно иметь более одной щели, когда это необходимо. В настоящем изобретении, поскольку щели устанавливаются в направлении по окружности на стенке резонатора, по сравнению с расположением в известном аналоге это имеет очень большое преимущество для расположения множества щелей.
Особенно, что касается щели связи, желательно использовать направленные щели связи, имеющие преимущества в том, что они могут улучшить характеристики согласования со вторым резонатором, и электромагнитная волна, имеющая круговую поляризацию, может быть ответвлена во второй резонатор.
В случае, когда второй резонатор возбуждается волной с круговой поляризацией, то поскольку электрическое поле вращается относительно оси резонатора, когда на него смотреть на боковом сечении резонатора, электрическое поле равномерно прикладывается вдоль окружности колбы, так что можно предотвратить возможные повреждения колбы из-за локального нагрева поверхности колбы, и, таким образом, не требуется вращать колбу.
На фиг.9А и 9В показан другой вариант СВЧ безэлектродной лампы для генерации видимого света в соответствии с настоящим изобретением.
Волновод работает на ТЕ10 моде, он имеет прямоугольное поперечное сечение и закручен в форму цилиндра.
Обычно прямоугольный волновод изготавливается так, чтобы он имел отношение для ширины и длины как 2:1. В этом случае, как показано на фиг.10А, широкая сторона называется Е стороной, а узкая сторона называется Н стороной.
На фиг.10В и 10С, соответственно, показан прямоугольный волновод, скрученный по Е стороне и по Н стороне, для упрощения понимания.
Обратимся к фиг.9А и 9В, первый резонатор, представляющий собой внутреннюю область волновода, работает на моде ТЕ104, а второй резонатор в форме цилиндра работает на моде ТЕ111. Волновод и второй резонатор имеют "в общем владении" часть Е стороны волновода. Другая часть стенки резонатора, которая не является общей с волноводом, в основном образована сетчатым экраном, при этом она, по существу, прозрачна для света, генерируемого колбой.
Волновод и второй резонатор объединены с помощью совместно принадлежащей им поверхности между ними, то есть с помощью направленных щелей связи, установленных на Е стороне волновода.
Направленные щели связи выполнены по схеме четырех щелей, которые в основе составляют группу из двух независимых направленных щелей связи, размещенных последовательно, а каждая состоит из пары щелей.
Расстояние между центральными точками щелей равно приблизительно четверти длины волны в волноводе. В этом отношении, поскольку разность фаз для каждой щели составляет приблизительно 90°, то во втором резонаторе генерируется резонансная мода, имеющая круговую характеристику поляризации. Следовательно, такое устройство упрощает поджиг колбы и нет необходимости вращать колбу.
Обратимся к фиг.9А и 9В, щели связи размещены на Е стороне волновода, то есть на широкой стороне. Причина этого заключается в том, что второй резонатор и волновод имеют "в общем владении" часть Е стороны волновода. Если второй резонатор и волновод имеют общую Н сторону волновода, то есть часть узкой стороны, тогда щель связи также может быть выполнена на Н стороне волновода.
На чертежах, несмотря на то, что волновод скручен в виде цилиндра по стороне Е, его также возможно скрутить в форму цилиндра и по стороне Н волновода, и в обоих случаях возможно установить щели на обеих сторонах, Е стороне и Н стороне.
На фиг.11А и 11В показана СВЧ безэлектродная лампа, в которой используется магнетрон, осциллирующий с частотой 2,45 ГГц, в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения.
На чертежах показан волновод, имеющий прямоугольное поперечное сечение, который работает на ТЕ10 моде. Волновод скручен по Е стороне. Ширина и длина поперечного сечения волновода приблизительно 80 мм и 40 мм соответственно, и первый резонатор внутренней области волновода работает на ТЕ103 моде.
Второй резонатор представляет собой цилиндр, имеющий диаметр приблизительно 75 мм и работающий на ТЕ111 моде. Боковая стенка и передняя стенка цилиндра выполнены в виде сетчатого экрана, а его задняя стенка совместно принадлежит Н стороне волновода.
В этом варианте волновод и второй резонатор связываются с помощью щели связи распространяющейся волны, установленной на Н стороне волновода.
Предпочтительно, чтобы ширина щели более чем в три раза превосходила толщину стенки, где щель установлена. Если ширина щели узкая, то добротность Q становится высокой и, когда волна ответвляется в ненагруженный резонатор, что имеет место, когда колба внутри него холодная и в ней нет разряда, то высокая Q щели и резонатора облегчает поджиг колбы. Однако, поскольку Q резонатора становится значительно меньше, как только колба оказывается полностью подожженной, то трудно поддерживать хорошее согласование при нормальном рабочем режиме. Поэтому ширина щели должна определяться в соответствии в этим.
В настоящем изобретении ширина щели приблизительно 12 мм, а местоположение щели определяется так, чтобы согласование было наиболее подходящим после того, как колба будет полностью зажженной. При выполнении этого настоящее изобретение обеспечивает вполне надежное осуществление поджига и в то же время эффективную и стабильную работу.
На фиг.12А и 12В показана конструкция волновода, приспособленного для безэлектродной лампы, в соответствии с еще одним вариантом настоящего изобретения.
Этот вариант характеризуется тем, что волновод с прямоугольным поперечным сечением скручен в виде цилиндра по Н стороне. В этом случае цилиндрический второй резонатор совместно владеет частью Е стороны волновода, а волновод и второй резонатор соединяются через общую часть, то есть щель связи расположена на Е стороне волновода.
Щели связи работают как элемент направленной связи, состоящей из двух щелей, в которой вторая щель короче первой щели в целях улучшения параметров согласования. В настоящем изобретении устройство целиком может входить внутрь наружного диаметра волновода по оси колбы, что является очень предпочтительным для конструирования системы с ламповой колбой, имеющей цилиндрический внешний вид.
Как уже было описано в отношении устройства соединения волновода и накладного электрода согласно настоящему изобретению, изменение нагрузки не оказывает негативного влияния на генератор электромагнитных волн, причем для этого не требуются дорогостоящие устройства, такие как волноводное согласующее устройство или циркулятор, поэтому срок службы генератора электромагнитных волн увеличивается и система стабильно работает все время. Также может быть уменьшено время, требующееся на обслуживание системы, для замены генератора электромагнитных волн.
Кроме того, для получения условия согласования системы не требуется производить регулировку вслед за изменением состояния нагрузки. При использовании согласующего устройства неудобство состоит в том, что для получения согласования должна осуществляться подстройка в соответствии с изменением состояния нагрузки, а в настоящем изобретении без изменения системы может использоваться нагрузка различного вида и с различными параметрами.
Поскольку всегда желательно поддерживать согласованное состояние системы, то увеличивается время эксплуатации генератора электромагнитных волн, такого как магнетрон, и система работает стабильно, а следовательно, эффективность системы может быть значительно повышена.
Более того, используя волновод, который также выполняет функцию резонатора, в широком диапазоне состояний нагрузки может сохраняться стабильный режим работы. Например, обратимся к безэлектродной лампе, что касается режима до и после поджига колбы, волновод и резонатор гарантируют поджиг и поддержание стабильного разряда, и особенность системы позволяет предотвратить ее повреждение во время переключения режимов.
Поскольку поджиг колбы осуществляется легко, то нет необходимости иметь какое-либо дополнительное оборудование для поджига колбы, что упрощает систему и, следовательно, может быть снижена стоимость продукции.
Более того, за счет соединения волновода и резонатора с помощью щелей связи предотвращается возможность для отраженной волны возвращаться назад в магнетрон, а в резонаторе может возбуждаться круговая поляризация. Таким образом, однородность распределения электромагнитного поля в резонаторе улучшается, поэтому газоразрядная плазма внутри колбы поддерживается стабильно, а поскольку необходимость во вращении колбы снимается, то может быть предотвращено повреждение колбы.
Поскольку настоящее изобретение может быть реализовано в нескольких формах, не выходя за рамки его идеи и существенных признаков, следует также пояснить, что вышеприведенные варианты не ограничиваются любыми подробностями приведенного выше описания, если не указано другое, эти варианты следует рассматривать широко в рамках сущности и объема изобретения, как оно определено в прилагаемой формуле, и таким образом, предполагается, что все изменения и модификации, которые попадают в границы этой формулы или эквивалентны ее признакам, охватываются прилагаемой формулой.
Устройство соединения волновода и накладного электрода, включающее генератор электромагнитных волн; волновод для передачи электромагнитной волны, генерированной генератором электромагнитных волн; и накладной электрод для приема электромагнитной волны через волновод и передачи ее на колбу лампы, при этом стенка волновода и накладного электрода является частично или полностью общей, на которой выполнены по меньшей мере две щели так, что когда электромагнитная волна, отражаясь от накладного электрода, направляется в волновод, то она не возвращается назад в генератор электромагнитных волн. Технический результат заключается в том, что изменение нагрузки не влияет на генератор электромагнитных волн, при этом не требуется дорогих устройств таких, как волноводное согласующее устройство или циркулятор, поэтому срок службы генератора электромагнитных волн увеличивается и система работает все время стабильно. Кроме того, длительность остановки системы для замены генератора электромагнитных волн может быть уменьшена. Помимо этого, для согласования системы не требуется ее подстраивать при изменении состояния нагрузки. В настоящем изобретении без изменения системы может использоваться нагрузка различных видов или с различными характеристиками. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 19 ил.
| US 4866351 А, 12.09.1989 | |||
| ЛЕБЕДЕВ И.В | |||
| Техника и приборы СВЧ | |||
| – М.: Высшая школа, 1970, т.I, с.279 | |||
| БЕЗЭЛЕКТРОДНАЯ ЛАМПА С КОНТРОЛИРУЕМЫМ СПЕКТРАЛЬНЫМ РАСПРЕДЕЛЕНИЕМ | 1998 |
|
RU2152666C1 |
| US 4954755 А, 04.09.1990 | |||
| US 4887192 А, 12.12.1989. | |||
