СВЕРХВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ (СВЧ) ВОЗБУДИТЕЛЬ БЕЗЭЛЕКТРОДНОЙ ГАЗОРАЗРЯДНОЙ ЛАМПЫ Российский патент 2005 года по МПК H01J65/04 H01P7/06 

Изобретение относится к области светотехники и техники СВЧ. В более узком приложении заявляемый объект относится к осветительным устройствам, используемым для создания направленных потоков оптического излучения. В конкретном идеологическом и конструктивном построении заявляемый объект относится к СВЧ-возбудителям безэлектродных ламп, являющихся источниками света в осветительных и проекционных устройствах.

Известны устройства СВЧ-возбудителей безэлектродных газоразрядных ламп и светоизлучателей (светильников, прожекторов) на их основе, в которых СВЧ-возбудители "инициируют" и поддерживают СВЧ-разряд, образующий в лампе плазменное светящее тело определенной формы.

На сегодня наиболее распространенным, хотя и не единственным, техническим решением является использование в СВЧ-возбудителе сферической безэлектродной лампы, размещенной в цилиндрическом СВЧ-резонаторе, работающем на ТЕ₁₁₁ в виде колебаний. При этом СВЧ-электромагнитное поле в резонаторе азимутально неоднородно. Тем не менее традиционно используемое вращение лампы обеспечивает практически сферическую форму плазменного светящего тела и его равнояркость. Это дает возможность идеализированно рассматривать светящее тело как квазиточечный источник и при построении (на базе рассматриваемого СВЧ-возбудителя) светильника, прожектора или проектора с направленным световым потоком относительно легко осуществлять оптическое сопряжение внешнего рефлектора с источником света. В частности - совмещать фокус параболоида или эллипсоида с центром светящего тела. Однако в реальной ситуации лампа "окружена" не идеально светопрозрачной стенкой СВЧ-резонатора. Это приводит к переотражению (причем, хаотическому) лучей внутри СВЧ-резонатора, и падение света на внешний рефлектор происходит уже не только из центра светящего тела, а с различных направлений, что в той или иной степени ухудшает формирование направленного светового потока, затрудняя получение требуемой формы кривой силы света (КСС). Это существенно для светильников, а особенно для прожекторов или проекционных устройств, где к форме КСС предъявляются весьма жесткие требования. Все это заставляет изыскивать средства для повышения результирующего выхода светового потока именно в нужном направлении. Среди таких средств известны корректирующие линзы и контрзеркала, являющиеся внешними по отношению к СВЧ-возбудителю элементами. Известны и дихроичные рефлекторы и контрзеркала, конструктивно входящие непосредственно в состав СВЧ-возбудителя. Форма контрзеркал, используемых в составе СВЧ-возбудителя известных построений, базируется на тривиальной идее: переотражение падающих лучей обратно в центр светящего тела. Простота идеи, однако, не означает отсутствия оригинальности в известных конструкциях, ее реализующих. Сложность введения или формообразования контрзеркал непосредственно в СВЧ-резонаторе, т.е. в составе СВЧ-возбудителя, обусловлена необходимостью компромиссной увязки электродинамических характеристик СВЧ-резонатора с оптическими и геометрическими параметрами рефлекторов и в конечном итоге - необходимостью достижения высокой светопрозрачности СВЧ-резонатора при непревышении допустимых уровней СВЧ-излучений и при обеспечении желательной формы КСС.

В известных конструкциях СВЧ-возбудителей, использующих цилиндрический СВЧ-резонатор с рабочим видом колебаний ТЕ₁₁₁, часть боковой стенки и одна ("светопрозрачная") торцевая стенка СВЧ-резонатора выполнены сетчатыми. Такие технические решения реализованы в известных устройствах Light Drive 1000™ и Solar 1000™ (см. Шлифер Э.Д. Безэлектродные СВЧ-газоразрядные лампы. Сб.: Энергосбережение в освещении. - М.: Знак, 1999, с.169-192 [1]), а также представлены в аналогах заявляемого объекта. Аналогичными, в частности, являются технические решения, описанные в Патенте США №5334913, кл. Н 05 В 41/16 (НКИ: 315/248), опубл. 02.08.1994 (авторы M.G. Ury и др. [2]) и в Патенте РФ №2185005, кл. H 01 J 65/04, опубл. в Бюл. №19 от 10.07.2002 (автор Шлифер Э.Д. [3]). В аналоге [2] сферическая безэлектродная лампа размещена в осесимметричном цилиндрическом СВЧ-резонаторе, имеющем плоскую светонепрозрачную торцевую стенку и выпуклую "светопрозрачную" (сетчатую) торцевую стенку. Лампа закреплена на консольном диэлектрическом (кварцевом) держателе, проходящем через отверстие в светонепрозрачной торцевой плоской стенке и соединенном с валом электродвигателя. В [2] предусмотрен внешний по отношению к СВЧ-возбудителю рефлектор (глубокий параболоид), оптический фокус которого совмещен с центром плазменного светящего тела (т.е. с упомянутым квазиточечным источником света). Однако световые лучи, исходящие из указанного источника в направлении обеих торцевых, да и боковой стенок СВЧ-резонатора, переотражаясь от них, не сходятся в фокусе, и это препятствует обеспечению требуемой формы результирующего светового потока. Поэтому в [2] кроме внешнего рефлектора предусмотрена постановка непосредственно в СВЧ-резонаторе дополнительного отражателя - дихроичного рефлектора, отражающего световой поток, но пропускающего СВЧ-энергию. На чертеже, приведенном в описании устройства по патенту [2], схематично показан (позиция 21) этот дихроичный рефлектор. Особенность его конфигурации состоит в том, что светоотражающая поверхность, обращенная к лампе, выполнена вогнутой. Известен еще ряд устройств-аналогов, в которых светоотражающая поверхность дихроичного рефлектора выполнена плоской. Это снимает ряд трудностей в обеспечении крепления рефлектора и точного позиционирования его отражающей поверхности относительно "квазиточечного" источника света. К числу упомянутых аналогов следует отнести более поздние, чем [2] Патенты США: №5841233, кл. H 01 J 65/04 (НКИ 315/39), опубл. 24.11.1998, автор M.G. Ury и др. [4]; №58111936, кл. H 01 J 65/04 (НКИ 315/39), опубл. 22.09.1998, автор В. Turner и др. [5]; №5866990, кл. Н 05 В 37/00 (НКИ 315/248), опубл. 02.02.1999 [6]; №5847517, кл. Н 05 В 41/16 (НКИ 315/248), опубл. 08.12.1998 [7] и др.

Аналоги [2, 4, 5, 6, 7] имеют осесимметричный СВЧ-резонатор с рабочим видом колебаний ТЕ₁₁₁, вращаемую безэлектродную СВЧ-газоразрядную лампу на консольном диэлектрическом стержне-держателе, проходящем сквозь центральное отверстие в дихроичном рефлекторе и в светонепрозрачной торцевой стенке СВЧ-резонатора к приводному валу двигателя. Упомянутая светонепрозрачная торцевая стенка СВЧ-резонатора во всех аналогах [4, 5, 6, 7] выполнена плоской, поскольку не призвана выполнять функции рефлектора, тогда как эти функции выполняет именно дихроичный рефлектор, расположенный между лампой и светонепрозрачной торцевой стенкой СВЧ-резонатора.

Общим для всех аналогов признаком является введение внутрь СВЧ-резонатора средств переотражения светового потока. При этом в аналогах [2, 6, 7], имеющих плоскую светонепрозрачную торцевую стенку СВЧ-резонатора, другая ("светопрозрачная") торцевая стенка показана выпуклой, но форма выпуклой поверхности, ее центр и радиус кривизны специально не оговариваются, хотя очевидно, что наряду с приданием СВЧ-резонатору жесткости и формоустойчивости указанная форма может способствовать некоторой упорядоченности "хаотических" переотражений лучей, исходящих из светящего тела.

Следует подчеркнуть, что в [2, 6, 7] не содержится никаких конкретных рекомендаций и конструктивных средств, прицельно и наиболее эффективно решающих именно эту задачу. В свете проблемы оптимизации формирования светового потока, исходящего из СВЧ-возбудителя и, в конечном итоге, из осветительного устройства в целом, технические решения, реализованные в перечисленных аналогах, следует признать явно недостаточными.

Известен, однако, уже упомянутый аналог [3], в котором наряду с повышением общей надежности устройства прицельно решается задача уменьшения разброса направлений лучей, переотражаемых внутри СВЧ-резонатора, исходящих сквозь светопрозрачные участки его стенок. Устройство [3] содержит вращаемую безэлектродную лампу, размещенную в зоне пучности СВЧ-электрического поля осесимметричного СВЧ-резонатора, имеющего светопрозрачную сетчатую часть цилиндрической боковой стенки и две торцевые стенки, одна из которых сетчатая светопрозрачная, а другая сплошная (светонепроницаемая). При этом сетчатая часть боковой стенки и сетчатая торцевая стенка, как и во всех аналогах [2, 4, 5, 6, 7], естественно, не идеально светопрозрачны. Коэффициент светопрозрачности k_пр всегда меньше единицы и обычно имеет значение k_пр≈0.8÷0.85, что является компромиссной величиной, учитывающей требования СВЧ-непрозрачности. Важной для сопоставления с заявляемым объектом конструктивной особенностью аналога [3] является выполнение обеих торцевых стенок не плоскими, а в виде сегментов сферических поверхностей, имеющих центры кривизны, совмещенные с центром сферы лампы. Это улучшает "собираемость" переотраженных от сферических участков стенок лучей в центре светящего тела, облегчает формирование результирующего светового потока и повышает его полезный выход. Иными словами, сегменты сферических поверхностей выполняют функции контрзеркал. Аналог [3] по большинству признаков является наиболее близким к заявляемому объекту, что обуславливает принятие аналога [3] за прототип.

Рассмотрим более детально устройство [3] и оценим его достоинства и недостатки.

В конструкции прототипа [3] сферическая безэлектродная лампа закреплена на одном конце диэлектрического (кварцевого) держателя, который расположен вдоль оси СВЧ-резонатора и простирается сквозь центральное отверстие в светонепрозрачной цельнометаллической торцевой части стенки к непоказанному на фиг.1 и 2 из [3] приводному валу электродвигателя. Согласно фиг.1 и 2 из [3] вторая торцевая часть стенки выполнена сетчатой (условно-светопрозрачной, хотя, как отмечалось выше, коэффициент светопрозрачности k_пр≈0.8-0.85). Поскольку сетка в [3], как и в других аналогах, не идеально светопрозрачна и имеет конечную толщину, только часть лучей, исходящих из светящего тела лампы, проходит за пределы СВЧ-резонатора без искажений прямолинейности, а некоторая часть выходит с разбросом по направлениям (т.е. с рассеянием из-за реальной неточечности источника света, переотражений в СВЧ-резонаторе и т.д.), а часть отражается от сферической поверхности к центру лампы, что и требуется обычно от контрзеркала.

На фиг.1 и 2 из [3] показан внешний рефлектор, фокальная ось которого совпадает с осью симметрии СВЧ-резонатора, а оптический фокус (например, параболоида) совмещен с центром сферической лампы. Это предполагает, что осветительный прибор на базе СВЧ-возбудителя [3], как и вышеупомянутые аналоги, формирует световой поток, преимущественно направленный вдоль оси. При этом результирующий поток "содержит" как лучи, отраженные внешним рефлектором, так и лучи, непосредственно проходящие сквозь сетчатую торцевую часть стенки резонатора (и не попадающие на внешний рефлектор). В прототипе [3], как и в аналогах, сетчатые стенки СВЧ-резонатора имеют конечную толщину. Светоизлучающие ячейки сетки и перемычки между ними "возмущают" световой поток, исходящий от квазиточечного источника света, и эти возмущения присутствуют как в проходящем, так и в отраженном потоках. Поэтому даже при сферической форме сетчатой торцевой части стенки в [3] полного собирания (фокусировки) отраженных от нее лучей в центре лампы не происходит, хотя эта фокусировка в конструкции [3] значительно улучшена в сравнении с конструкциями аналогов [2, 4, 5, 6, 7]. Таким образом, первым недостатком [3], связанным с использованием именно сетчатой структуры светопрозрачных частей стенок, в том числе и контрзеркала, является неполнота устранения возмущений (рассеяния) в отраженном и проходящем потоках. Из этого недостатка вытекает и второй: трудность фокусировки выходящего потока и необходимость применять громоздкие и дорогостоящие корректирующие линзы и внешние контрзеркала для увеличения осевой составляющей потока за счет уменьшения относительной доли рассеянного (теряемого) светового потока, что приобретает особое значение при построении, например, кинопроекционной аппаратуры или прожекторов следящего света.

Третий недостаток - общий и для прототипа [3], и для всех аналогов с сетчатыми стенками - это отсутствие средств и возможностей увеличения светопрозрачности стенок без утраты их СВЧ-непрозрачности. В частности, нет этой возможности для сетчатой торцевой части стенки, ответственной за выход светового потока в осевом направлении и в любых направлениях, минующих внешний рефлектор.

Устройство [3] не исключает построения СВЧ-возбудителя, в котором обе торцевые части стенки СВЧ-резонатора выполнены светонепроницаемыми. Эта возможность вытекает из ограничительной части формулы изобретения [3], где речь идет о применении СВЧ-резонатора, имеющего светопрозрачную цилиндрическую боковую и две торцевые части стенки, по меньшей мере одна из которых выполнена светонепроницаемой. В тексте описания [3] также вскользь отмечено, что могут быть востребованы построения СВЧ-возбудителя, в которых обе торцевые части стенки СВЧ-резонатора выполнены светонепрозрачными. При этом конструкция такого варианта не описывается, но ясно, что за обеими торцевыми частями стенки сохраняются функции контрзеркал. Очевидно, что в этом случае непосредственный выход светового потока из СВЧ-резонатора в осевом направлении невозможен. Поэтому за формирование осевого потока с требуемой КСС отвечает главным образом внешний рефлектор, оптически сопряженный с квазиточечным светящим телом. Рассмотрение конструкций внешних рефлекторов как в [3], так и в настоящем описании выходит за рамки предмета изобретения. На приводимых фигурах эти рефлекторы показаны лишь для иллюстрации возможной архитектуры СВЧ-световых приборов на базе предложенных СВЧ-возбудителей и для рассмотрения работы заявляемого объекта.

Таким образом, отсутствие в [3] возможности выхода светового потока непосредственно из СВЧ-резонатора через его светонепроницаемую торцевую стенку, если не вводить дополнительных специфических конструктивных мер, существенно сужает область применения. В [3] таких мер не предложено, и представленная в [3] конструкция целиком ориентирована на использование только одной светонепроницаемой торцевой части стенки, а другая всюду показана сетчатой, и это, как отмечалось выше, влечет за собой все те недостатки, которые мы уже рассмотрели.

Устранение отмеченной совокупности недостатков и связанное с этим расширение возможных областей применения СВЧ-возбудителей безэлектродных ламп требует нахождения новых путей их построения.

Конкретной задачей предлагаемого технического решения является создание осветительного устройства с повышенной локальной светопрозрачностью стенок СВЧ-резонатора, обеспечивающей повышение качества формирования направленных световых потоков и увеличение полезного выхода света из СВЧ-резонатора без утраты его СВЧ-непрозрачности.

Технические результаты, которые могут быть получены при осуществлении предлагаемого устройства, заключаются в следующем:

1. Увеличивается "доля" потока в требуемом, в частности, в осевом направлении. В целом увеличивается результирующая световая отдача.

2. Достигается уменьшение разброса направлений лучей, отраженных от "светопрозрачной" торцевой стенки и переотраженных от светопрозрачной боковой стенки и второй (непрозрачной) торцевой стенки СВЧ-резонатора, и, соответственно, увеличивается доля потока, исходящего из центра лампы на внешний рефлектор.

3. Уменьшается "доля" потока, исходящего из лампы под углом к оси СВЧ-резонатора в направлениях, минующих внешний рефлектор, и увеличивается "доля" потока, сформированного в направлении, определяемом выбранным внешним рефлектором.

4. Обеспечивается оптическая совместимость СВЧ-возбудителя с внешними рефлекторами различных глубин и конфигураций, формирующими направленные световые потоки, которые характеризуются КСС наперед заданной формы.

5. Обеспечивается возможность одновременного формирования нескольких разнонаправленных и разноцветных потоков, в том числе без применения внешних рефлекторов.

Указанные технические результаты достигаются тем, что в сверхвысокочастотном (СВЧ) возбудителе безэлектродной СВЧ-газоразрядной лампы, содержащем сферическую безэлектродную лампу, размещенную в осесимметричном СВЧ-резонаторе, по крайней мере часть стенки которого имеет форму сегмента сферы с центром кривизны, совмещенным с центром безэлектродной лампы, часть стенки СВЧ-резонатора, имеющая форму сегмента сферы, снабжена по меньшей мере одним тубусом, который контактирует со стенкой со стороны ее внешней поверхности, направлен по нормали к сегменту сферы, выполнен в виде запредельного волновода и оптически связан с СВЧ-резонатором светоизлучающим отверстием в стенке СВЧ-резонатора.

Предусмотрено, что часть стенки СВЧ-резонатора, которая имеет форму сегмента сферы и снабжена по меньшей мере одним тубусом, выполнена из СВЧ- и светонепрозрачного сплошного материала и имеет зеркальную электропроводящую внутреннюю поверхность. В этом случае предусмотрено, что по меньшей мере одно светоизлучающее отверстие в стенке СВЧ-резонатора может быть перекрыто электропроводящим сетчатым материалом.

Предусмотрено, что часть стенки СВЧ-резонатора, которая имеет форму сегмента сферы и снабжена по меньшей мере одним тубусом, выполнена из СВЧ-непрозрачного сетчатого электропроводящего материала с коэффициентом k_пр1. В такой конструкции предусмотрено, что по меньшей мере одно светоизлучающее отверстие в стенке СВЧ-резонатора может быть перекрыто сетчатым электропроводящим материалом, коэффициент светопрозрачности которого k_пр2 больше коэффициента светопрозрачности k_пр1 материала стенки СВЧ-резонатора.

Предусмотрено, что по крайней мере один тубус снабжен выходными съемными светофильтром и коллиматором.

Дополнительным достоинством предлагаемого устройства является то, что открывается возможность получения не только разнонаправленных, но и по-разному сфокусированных и разноокрашенных пучков света.

Это дает проектировщикам систем художественного и специального освещения определенную свободу и возможность в выборе технических решений и расширяет арсенал соответствующих осветительных устройств.

Сопоставительный анализ предлагаемой конструкции СВЧ-возбудителя с уровнем техники и отсутствие описания аналогичных технических решений в известных источниках информации позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого устройства критерию "новизна".

Заявляемое устройство характеризуется совокупностью признаков, проявляющих новые качества, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 схематично показано в продольном разрезе предлагаемое устройство СВЧ-возбудителя с цилиндрическим СВЧ-резонатором с тубусом, направленным вдоль его оси, и с внешним рефлектором.

На фиг.2, 3 показаны соответственно варианты круглого и прямоугольного сечений тубуса СВЧ-возбудителя фиг.1 по АА.

На фиг.4 показано сечение СВЧ-возбудителя фиг.1 по ББ.

На фиг.5 схематично показан СВЧ-возбудитель с тубусом и выходным коллиматором.

На фиг.6 схематично показан в продольном разрезе вариант СВЧ-возбудителя со сферическим СВЧ-резонатором, тубусом и дополнительным внешним рефлектором.

На фиг.7 схематично показан вариант СВЧ-возбудителя с несколькими тубусами.

На фиг.1 безэлектродная СВЧ-газоразрядная лампа 1 сферической формы установлена в цилиндрическом СВЧ-резонаторе 2 на его продольной оси, как и в известных конструкциях, в зоне пучности СВЧ-электрического поля рабочего ТЕ₁₁₁-вида колебаний. Крепление лампы 1 осуществлено с возможностью вращения (двигатель 3 и его приводной вал 4 показаны условно) посредством центрального диэлектрического (кварцевого) стержня-держателя 5 и переходной втулки 6. СВЧ-резонатор 2 на фиг.1 имеет цилиндрическую электропроводящую боковую часть 7 стенки, участок 8 которой выполнен в виде светопрозрачной сетки конечной толщины с ячейками и перемычками между ними, формы и размеры которых выбраны из условия непропускания в окружающее резонатор 2 пространство СВЧ-излучения сверх допустимого (нормируемого) уровня. Эти ячейки и перемычки на фиг.1 не показаны, ибо это не является предметом рассмотрения. Участок 8 стенки 7 в силу сетчатой структуры не является идеально светопрозрачным. Как и в известных конструкциях, коэффициент светопроницаемости этой сетки k_пр≈0.8-0.85. Это означает, что только 80-85% светового потока излучается за пределы сетчатого участка 8 стенки 7, а 20-15% отражается. Тем не менее, далее будут использованы термины "светопрозрачный участок стенки" и/или "светопрозрачная стенка". СВЧ-резонатор 2 имеет также две торцевые части 9 и 10 стенки, которые в показанном варианте исполнения с аналогичной долей условности следует считать "светонепрозрачными", хотя в стенке 9 выполнены СВЧ-излучающая щель связи 11 и отверстие 12, сквозь которое простирается стержень-держатель 5, а в стенке 10 в данном варианте исполнения сквозное центральное светоизлучающее отверстие 13. В отличие от светопрозрачного сетчатого участка 8 стенки 7 обе светонепрозрачные торцевые стенки 9 и 10 в показанном на фиг.1 варианте устройства выполнены цельнометаллическими в форме сегментов сферы с радиусами R₂ и R₁ соответственно, концентрично с лампой 1. Внутренняя электропроводящая поверхность 14 торцевой стенки 10 выполнена зеркальной. Со стороны наружной поверхности 15 цельнометаллической (сплошной) светонепрозрачной торцевой стенки 10 соосно со светоизлучающим окном 13 закреплен тубус 16, который выполнен в виде запредельного волновода, обеспечивающего требуемую СВЧ-непрозрачность. Светоизлучающее отверстие 13, будучи в рассматриваемом устройстве неперекрытым сеткой, является полностью светопрозрачным, тогда как СВЧ-непрозрачность обеспечена тем, что поперечные размеры тубуса 16 выбраны из условия запредельности тубуса 16 как волновода на рабочей частоте СВЧ-возбуждения (накачки), а осевая протяженность этого запредельного волновода выбрана с учетом непревышения допустимых (нормируемых) уровней СВЧ-излучений.

Не противореча идее изобретения, профиль поперечного сечения этого запредельного волновода (тубуса 16) может быть круглым, прямоугольным или иным (см. соответственно фиг.2, 3). Можно лишь заметить, что при круглой форме сечения тубуса 16 и, соответственно, светоизлучающего отверстия 13 достигается наиболее симметричная картина в распределении переотражений света в самом СВЧ-резонаторе 2 и, как следствие, обеспечивается относительно симметричное распределение возмущений в световом потоке, проходящем из резонатора 2 к внешнему рефлектору 17 через светопрозрачный сетчатый участок 8 стенки 7. На фиг.5 условно показано устройство СВЧ-возбудителя с круглым тубусом 16, снабженным выходным коллиматором 18 и/или светофильтром. Конкретное устройство коллиматора, светофильтров и их механического сопряжения с тубусом, обеспечивающего крепление, съемность, заменяемость и регулировку, на фиг.5 не детализируется, так как конструктивные признаки, относящиеся к системе коллиматора, находятся за рамками предлагаемого изобретения. Следует лишь подчеркнуть, что предусматриваемое согласно фиг.5 применение в СВЧ-возбудителе позиции 18 дает дополнительные возможности управления фокусировкой светового потока и/или изменения его цветности, если в этом возникнет необходимость.

Заметим, что выполненное в светонепрозрачной стенке 9 центральное отверстие 12, сквозь которое проходит кварцевый стержень-держатель 5 лампы 1, и пристыкованный к этому отверстию отрезок трубки 19 образуют сочетание позиций, аналогичное сочетанию светоизлучающего отверстия 13 с тубусом 16. Поэтому в конкретном исполнении по фиг.1 размеры поперечного сечения трубки 19 и отверстия 12 выбраны также из условий их запредельности с учетом наличия в указанных позициях диэлектрика (кварцевого держателя 5), что видно также из фиг.4. Из прочих позиций, показанных на фиг.1 лишь условно (поскольку в рамках настоящего изобретения они не затрагиваются), отметим волноводный тракт 20, служащий для транспортировки СВЧ-энергии накачки (Р_СВЧ) от магнетрона (не показан) к щели 11, электродинамически связывающей этот тракт 20 с СВЧ-резонатором 2. Использование в качестве СВЧ-тракта волновода 20 и щелевого элемента связи 11 с СВЧ-резонатором 2 не является обязательным. Аналогично устройству прототипа (фиг.1 из [3]) в заявляемом объекте может быть применен коаксиальный СВЧ-тракт и зондовый СВЧ-излучатель.

Заметим, что подобное предложенному устройство со сплошной торцевой стенкой, светоизлучающим отверстием и тубусом может быть использовано и для случая, например, сферического СВЧ-резонатора, что иллюстрируется на фиг.6, где светопрозрачный (сетчатый) участок 8 в экваториальной зоне стенки аналогичен сетчатому участку 8 боковой части 7 стенки на фиг.1, а остальное не требует дополнительных комментариев. Заметим также, что исполнение, показанное на фиг.1, и исполнения согласно фиг.6 и 5 являются наиболее наглядными частными случаями построения предлагаемого устройства. Возможны и иные, но не меняющие сути заявляемого объекта конструктивные варианты. Так, например, для применения в "шоу-индустрии", где широко используются различные светоэффекты и виды подсветки, в предложенном устройстве могут быть сделаны и различные сочетания исполнений тех или иных элементов (позиций). В частности, торцевая стенка 10, имеющая форму сегмента сферы и снабженная тубусом 16, может быть выполнена не цельнометаллической, а сетчатой с некоторым коэффициентом светопрозрачности k_пр1, что отдельно не показано, а выходное светоизлучающее отверстие 13 на стыке с тубусом 16 - либо сквозным, как на фиг.1, 5, 6, либо перекрытым электропроводящей сеткой с увеличенным коэффициентом светопрозрачности k_пр2(k_пр2>k_пр1). Последние упомянутые варианты исполнения мы оставляем без графических иллюстраций за очевидностью конструкции. Особо выделим лишь возможные исполнения, один из примеров которых показан на фиг.7. Особенностью этого исполнения, опять-таки не ревизующего основные признаки заявляемого объекта, является использование нескольких (на фиг.7 - трех, а в общем случае - n) тубусов 16, каждый из которых направлен по нормали к сферической поверхности сегмента 10 и под собственным углом к оси СВЧ-резонатора. При этом, как и в устройстве фиг.5, каждый тубус может быть снабжен собственным коллиматором и/или светофильтром 18 (в том числе с возможностью их съема и замены, в зависимости от требуемой суперпозиции световых пучков, влияющей на форму результирующей КСС, и от требуемого распределения цветности в общем световом потоке). Легко видеть, что исполнения на фиг.6 и 7 с использованием n тубусов 16 могут вообще не содержать внешнего рефлектора 17.

Работу предлагаемого устройства рассмотрим на примере его исполнения согласно фиг.1. При подаче СВЧ-энергии накачки по волноводному тракту 20 щель связи 11 возбуждает СВЧ-резонатор 2 на рабочей частоте ТЕ₁₁₁ вида колебаний, в зоне пучности СВЧ-электрического поля которого размещена сферическая безэлектродная лампа 1, приведенная во вращение двигателем 3. В лампе 1 возникает безэлектродный СВЧ-разряд, образующий светящее плазменное тело сферической формы, испускающее "лучи" наподобие квазиточечного источника света. Последнее является некоторой идеализацией, удобной для нахождения оптического сопряжения внешнего рефлектора 17 с "центром светящего тела", предполагаемого совпадающим с центром сферы безэлектродной лампы 1. Исходящие из лампы 1 лучи частично выходят сквозь не идеально светопрозрачный сетчатый участок 8 стенки 7 к внешнему рефлектору 17 и далее на освещаемый объект, частично отражаются и многократно переотражаются внутри резонатора 2. Часть исходящих из лампы 1 лучей отражается от сферических поверхностей 10, 14 и возвращается к центру светящего тела. При этом исполнение торцевой стенки 10 в виде сплошного (несетчатого) сегмента сферы обуславливает строгое "нехаотизированное" отражение падающих от лампы лучей к ее центру и непропускание лучей, направленных "мимо" внешнего рефлектора, естественно, кроме тех, которые проходят в свободное от сетки светоизлучающее отверстие 13 и далее в тубус 16. При этом наличие не перекрытого сеткой светоизлучающего отверстия 13 (k_пр=1) обеспечивает значительное увеличение "выхода" светового потока в сравнении с достижимым при использовании традиционной сетчатой торцевой стенки 10, применяемой в конструкциях аналогов и прототипа. Таким образом, при работе заявляемого устройства достигается полезный технический результат, что не сопровождается появлением новых недостатков или утратой достоинств аналогов и прототипа. В меньшей степени энергетически эффективно, но по характеру работы, диктуемому требованиями эксплуатации, принципиально одинаково работают варианты устройства, имеющие упомянутые выше различные сочетания исполнений сплошных и сетчатых позиций 10 со сквозным и перекрытым сеткой выполнением позиции 13. Принципиально аналогична и работа устройств, показанных на фиг.5, 6, 7.

Настоящее изобретение относится к области светотехники и техники СВЧ, в частности, к осветительным устройствам, используемым для создания направленных потоков оптического излучения. Техническим результатом является создание осветительного устройства с повышенной локальной светопрозрачностью стенок СВЧ-резонатора, обеспечивающей повышение качества формирования направленных световых потоков и увеличение полезного выхода света из СВЧ-резонатора без утраты его СВЧ-непрозрачности. В сверхвысокочастотном возбудителе безэлектродной СВЧ-газоразрядной лампы, содержащем сферическую безэлектродную лампу, размещенную в осесимметричном СВЧ-резонаторе, по крайней мере часть стенки которого имеет форму сегмента сферы с центром кривизны, совмещенным с центром безэлектродной лампы, часть стенки СВЧ-резонатора, имеющая форму сегмента сферы, снабжена по меньшей мере одним тубусом, который контактирует со стенкой со стороны ее внешней поверхности, направлен по нормали к сегменту сферы, выполнен в виде запредельного волновода и оптически связан с СВЧ-резонатором светоизлучающим отверстием в стенке СВЧ-резонатора. Предусмотрено, что часть стенки СВЧ-резонатора, которая имеет форму сегмента сферы и снабжена по меньшей мере одним тубусом, выполнена из СВЧ- и светонепрозрачного сплошного материала и имеет зеркальную электропроводящую внутреннюю поверхность. Предусмотрено, что часть стенки СВЧ-резонатора, которая имеет форму сегмента сферы и снабжена по меньшей мере одним тубусом, выполнена из СВЧ-непрозрачного сетчатого электропроводящего материала с коэффициентом k_пр1, при этом по меньшей мере одно светоизлучающее отверстие в стенке СВЧ-резонатора может быть перекрыто сетчатым электропроводящим материалом, коэффициент светопрозрачности которого k_пр2 больше коэффициента светопрозрачности k_пр1 материала стенки СВЧ-резонатора. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Сверхвысокочастотный (СВЧ) возбудитель безэлектродной СВЧ-газоразрядной лампы, содержащий сферическую безэлектродную лампу, размещенную в снабженном СВЧ-излучающим элементом СВЧ-резонаторе, по крайней мере одна торцевая стенка которого имеет форму сегмента сферы с центром кривизны, совмещенным с центром безэлектродной лампы, при этом в другой торцевой стенке выполнено отверстие, сквозь которое простирается стержень - держатель лампы, отличающийся тем, что имеющая форму сегмента сферы торцевая стенка СВЧ-резонатора снабжена по меньшей мере одним тубусом, который контактирует со стенкой со стороны ее внешней поверхности, направлен по нормали к сегменту сферы, выполнен в виде запредельного волновода и оптически связан с СВЧ-резонатором светоизлучающим отверстием в стенке СВЧ-резонатора.2. СВЧ-возбудитель по п.1, отличающийся тем, что часть стенки СВЧ-резонатора, которая имеет форму сегмента сферы и снабжена по меньшей мере одним тубусом, выполнена из СВЧ- и светонепрозрачного сплошного материала и имеет зеркальную электропроводящую внутреннюю поверхность.3. СВЧ-возбудитель по п.2, отличающийся тем, что по меньшей мере одно светоизлучающее отверстие в стенке СВЧ-резонатора перекрыто электропроводящим сетчатым материалом.4. СВЧ-возбудитель по п.1, отличающийся тем, что часть стенки СВЧ-резонатора, которая имеет форму сегмента сферы и снабжена по меньшей мере одним тубусом, выполнена из СВЧ-непрозрачного сетчатого электропроводящего материала с коэффициентом k_пр1.5. СВЧ-возбудитель по п.4, отличающийся тем, что по меньшей мере одно светоизлучающее отверстие в стенке СВЧ-резонатора перекрыто сетчатым электропроводящим материалом, коэффициент светопрозрачности которого k_пр2 больше коэффициента светопрозрачности k_пр1 материала стенки СВЧ-резонатора.6. СВЧ-возбудитель по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что по крайней мере один тубус снабжен выходными съемными светофильтром и коллиматором.