ИСТОЧНИК СВЕТА Российский патент 2016 года по МПК H01J65/04 

Настоящее изобретение относится к источнику света.

В патенте US № 6737809 описано и заявлено:

1. Лампа, содержащая:

(a) волновод, имеющий корпус, содержащий керамический диэлектрический материал предварительно выбранной формы и предварительно выбранных размеров, причем корпус имеет первую сторону, определенную первой внешней поверхностью волновода;

(b) первое микроволновое устройство подачи, расположенное внутри и в непосредственном контакте с корпусом волновода; адаптированное для подачи микроволновой энергии в корпус от микроволнового источника, имеющего вывод и ввод и работающего в частотном диапазоне от приблизительно 0,5 до приблизительно 30 ГГц с предварительно выбранными частотой и интенсивностью, устройство подачи соединено с выводом источника, причем указанные частота и интенсивность и указанные форма тела и размеры выбраны таким образом, чтобы корпус резонировало по меньшей мере в одном режиме резонанса, имеющем по меньшей мере один максимум напряженности электрического поля;

(c) закрытую первую выемку, зависящую от указанной первой поверхности, в корпусе волновода; и

(d) первую колбу, расположенную в выемке в положении, соответствующем максимальной напряженности электрического поля в процессе работы, причем колба содержит газообразный наполнитель, который при получении микроволновой энергии от резонирующего корпуса волновода формирует светоизлучающую плазму.

Заявитель называет эту лампу лампой с керамическим волноводом и усовершенствовал ее технологию и, в частности, разработал согласующую цепь для согласования выходного полного сопротивления микроволнового источника с входным полным сопротивлением волновода. Это описано в международной заявке на патент настоящего Заявителя № PCT/GB2007/001935 («Заявке 1935»). При переводе данной заявки на национальную фазу в UK под № GB 0820183.2 основной пункт формулы изобретения был исправлен следующим образом:

лампа, которая должна быть приведена в действие от источника микроволновой энергии, причем лампа содержит:

- безэлектродную газоразрядную колбу;

- излучатель для излучения микроволновой энергии в колбу;

- вместилище колбы, сформированное из керамического материала, покрытого электропроводным экраном, причем вместилище имеет:

- первое углубление, содержащее колбу, причем углубление открыто таким образом, чтобы давать свету возможность светить из колбы, и

- второе углубление, содержащее излучатель, причем второе углубление открыто таким образом, чтобы делать возможным соединение микроволнового излучения с радиатором, и

- микроволновую цепь, имеющую:

- ввод для микроволновой энергии от ее источника, и

- выходное ее соединение с излучателем в керамическом вместилище,

причем микроволновая цепь является

- емкостно-индуктивной цепью, сконфигурированной в виде полосового фильтра и согласующей выходное полное сопротивление источника микроволновой энергии с входным полным сопротивлением комбинации цепи, вместилища и колбы.

В своей разработке безэлектродных колб в волноводе Заявитель совместил лампу и волновод, позволив свету излучаться через волновод. Эта разработка Заявителя является объектом международной заявки на патент № PCT/GB2008/003829. В ней описано и заявлено в формуле изобретения:

1. Источник света, который должен быть подпитан микроволновой энергией, причем источник имеет:

- твердый плазменный тигель из материала, который является прозрачным для выхода света из него, причем плазменный тигель имеет герметичную полость в плазменном тигле,

- клетку Фарадея, окружающую плазменный тигель, причем клетка, по меньшей мере, частично является пропускающей свет для выхода света из плазменного тигля, при этом ограждающую микроволновое излучение,

- наполнитель в полости из материала, возбуждаемого микроволновой энергией для формирования в ней светоизлучающей плазмы, и

- антенну, скомпонованную внутри плазменного тигля для передачи индуцирующей плазму микроволновой энергии к наполнителю, причем антенна имеет:

- соединение, простирающееся вне плазменного тигля, для соединения с источником микроволновой энергии;

причем компоновка такова, что свет от плазмы в полости может пройти через плазменный тигль и излучаться из него через клетку.

Для понимания этого источника света заявитель использует следующие определения:

«прозрачный» означает, что материал, из которого сделан элемент, описанный как прозрачный, является просвечивающим или пропускает свет;

«плазменный тигель» означает закрытый корпус, содержащий плазму, причем последняя находится в полости, когда наполнитель полости возбуждается микроволновой энергией от антенны.

Заявитель называет этот источник света LER.

Заявитель заметил существенную разницу между лампой с керамическим волноводом, использующей безэлектродную колбу, вставленную в волновод, и LER. В первом случае имеет место изменение входного полного сопротивления волновода между стартовым и установившимся режимом работы. Это приводит к несоответствию полного сопротивления выходному полному сопротивлению микроволнового источника, приводящего в действие лампу. Это несоответствие устраняется в полосовой согласующей цепи из Заявки 1935 настоящего Заявителя, которая делает возможным пропускание микроволновой энергии как в стартовом, так и в нормальном рабочем режиме. В случае LER нет такого изменения входного полного сопротивления. Действительно, Заявитель был удивлен, когда заметил, что входное полное сопротивление LER остается, по существу, постоянным при стартовом и нормальном режиме работы.

Как оказалось, Заявитель может использовать более простую согласующую цепь.

Целью настоящего изобретения является предоставление улучшенного источника света типа LER.

В соответствии с изобретением предоставляется источник света, который должен быть запитан микроволновой энергией, причем источник имеет:

- твердый плазменный тигель из материала, который является прозрачным для выхода света из него, причем плазменный тигель имеет герметичную полость в плазменном тигле,

- клетку Фарадея, окружающую плазменный тигель, причем клетка, по меньшей мере, частично является пропускающей свет, для выхода света из плазменного тигля, при этом ограждающую микроволновое излучение,

- наполнитель в полости из материала, возбуждаемого микроволновой энергией для формирования в ней светоизлучающей плазмы, и

- антенну, скомпонованную внутри плазменного тигля для передачи индуцирующей плазму микроволновой энергии к наполнителю, причем антенна имеет:

- соединение, простирающееся вне плазменного тигля, для соединения с источником микроволновой энергии;

причем источник света отличается тем, что он включает в себя:

- источник микроволновых излучений с частотой для возбуждения резонанса внутри прозрачного тигля и клетки Фарадея для возбуждения светоизлучающей плазмы в герметичной полости, и

- волновод для передачи микроволновых излучений от генератора на антенну, причем волновод имеет:

- по существу, длину двух или более полуволн и имеет:

- ввод волновода от генератора, расположенного вблизи вводного конца волновода, и

- вывод волновода в соединение антенны, расположенное вблизи выводного конца волновода.

В предпочтительном варианте осуществления ввод волновода и вывод волновода расположены симметрично, то есть на одинаковом расстоянии от их соответствующих концов. Тем не менее можно предусмотреть, что они могут быть несимметричны с возможным ухудшением эффективности.

Аналогично в предпочтительном варианте осуществления ввод и вывод расположены на расстоянии в четверть длины волны от их соответствующих концов. Опять же можно предусмотреть, что они могут быть расположены на расстоянии, равном другим долям/процентам длины волны от концов.

При том, что волновод может быть выполнен из твердого диэлектрического материала, предпочтительно, он является воздушным волноводом. Волновод может иметь круглое цилиндрическое поперечное сечение, но Заявитель предпочитает использовать прямоугольное поперечное сечение.

Опять же, в то время как микроволновый генератор может быть электронным генератором и устройством усилителя, он, предпочтительно, является магнетроном.

В предпочтительном варианте осуществления:

- волновод является металлическим коробом, имеющим в длину, по существу, одну длину волны и имеющим металлическую заглушку, и предпочтительно

- микроволновый генератор устанавливается на поверхность короба или на металлическую заглушку, и предпочтительно

- ввод волновода является выводом микроволнового генератора, который проходит через поверхность или заглушку, и предпочтительно

- вывод волновода крепится к поверхности короба или заглушки и проходит к центральной продольной оси короба и проходит вдоль нее вне короба к соединению антенны, с которой он является одним целым.

Предпочтительно, соединение антенны является коаксиальным соединением с антенной, что, предпочтительно, осуществляется с помощью коаксиального внешнего элемента, окружающего соединение антенны.

Предпочтительно, коаксиальный внешний элемент является жестким металлическим рукавом, скрепленным с волноводом, и предоставляется керамический изолятор между соединением антенны и рукавом; и, предпочтительно, металлический рукав содержит плазменный тигель на своем конце, удаленном от волновода, с клеткой Фарадея, соединенной с металлическим рукавом.

Удобно, что клетка Фарадея имеет обод, выступающий в направлении металлического рукава, причем обод крепится к металлическому рукаву для вмещения его рукавом плазменного тигля.

В другом аспекте изобретение предоставляет источник света, который должен быть подпитан микроволновой энергией, причем источник имеет:

- твердый плазменный тигель из материала, который является прозрачным для выхода света из него, причем плазменный тигель имеет герметичную полость в плазменном тигле,

- клетку Фарадея, окружающую плазменный тигель, причем клетка, по меньшей мере, частично является пропускающей свет для выхода света из плазменного тигля, при этом ограждающую микроволновое излучение,

- наполнитель в полости из материала, возбуждаемого микроволновой энергией для формирования в ней светоизлучающей плазмы, и

- антенну, скомпонованную внутри плазменного тигля для передачи индуцирующей плазму микроволновой энергии к наполнителю, причем антенна имеет:

- соединение, простирающееся вне плазменного тигля, для соединения с источником микроволновой энергии;

причем источник света также включает в себя:

- управляемый источник микроволнового излучения, соединенный с соединением антенны;

- устройство зажигания для зажигания плазмы в наполнителе в герметичной полости;

- датчик для определения зажигания плазмы и

- цепь управления для снабжения источника малой мощностью первоначально и одновременно с устройством зажигания и для выключения устройства зажигания и увеличения мощности микроволнового источника после определения зажигания плазмы.

Для того чтобы помочь понять изобретение, его конкретный вариант осуществления будет сейчас описан в качестве примера и со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

Фигура 1 является разобранным видом источника света в соответствии с изобретением;

Фигура 2 является поперечным сечением вида сбоку источника света вдоль его продольной оси;

Фигура 3 является графиком зависимости обратных потерь (ОП) от входной частоты при изменении частоты согласующей цепи волновода лампы.

Ссылаясь на чертежи, безэлектродная микроволновая лампа 1 имеет:

- магнетрон 2, который является традиционным магнетроном, таким как используемый в микроволновой печи, снабженным охлаждающим вентилятором 21 и воздуховодом 22, который работает с частотой 2,45 ГГц;

- согласующую цепь 3 воздушного волновода в виде прямоугольного алюминиевого короба 31, закрывающего заполненную воздухом выемку 32, которая имеет прямоугольное поперечное сечение вдоль ее длины. Для ввода микроволнового излучения в выемку выходная антенна 23 магнетрона выступает через отверстие 33 в крышке 34, закрывающей корпус. Кромка 35 отверстия 33 имеет прочный заземляющий контакт с заземляющей сеткой 24 магнетрона, окружающей антенну. Внутренние размеры волновода следующие:

длина $$\begin{array}{ccc}& & \end{array}$$ 121,7 мм;

ширина $$\begin{array}{ccc}& & \end{array}$$ 72,9 мм;

высота $$\begin{array}{ccc}& & \end{array}$$ 42,8 мм.

Длина волновода равна одной длине волны - λ - микроволнового излучения с частотой 2,45 ГГц в воздухе с учетом формы компонентов. Выходная антенна 23 магнетрона скомпонована на расстоянии в ¼ λ от одного конца 36 волновода;

- микроволновый проводник 4, формирующий вывод из воздушного волновода для ввода микроволновых излучений на соединение 41 антенны, присоединен с помощью винта 42 к крышке 34 на расстоянии в ¼ λ от другого конца 37 волновода. Это положение обеспечивает максимальное напряжение, которое должно быть передано. Проводник имеет участок 43 резонатора, участок, который удерживается винтом и изгибается под прямым углом в направлении выходного участка 44 на половине высоты волновода, и проходит через стенку края 37 короба 31. Оттуда он проходит как соединение антенны, по существу, через алюминиевый крепеж 45 тигля. Он вмещает в себя керамический изолятор 46, который придает соединению с крепежом тигля коаксиальное свойство;

- прозрачный тигель 5 в форме диска из кварца, имеющий:

диаметр $$\begin{array}{cccc}& & & \end{array}$$ 49 мм;

длину $$\begin{array}{ccc}& & \end{array}$$ $$\begin{array}{cc}& \end{array}$$ 21 мм.

Он имеет центральную полость 51, заполненную возбуждаемым материалом, и смещенное отверстие 52 для приема конца антенны 47 проводника 4. Этот конец, несмотря на то, что он является одним целым с его участком соединения антенны 41 и его выходным участком 44 внутри короба, содержит антенну для ввода микроволновой энергии в тигель;

- перфорированную клетку 6 Фарадея, которая покрывает открытый конец 53 и сторону 54 тигля. Клетка содержит перфорированный листовой металл 61 и имеет неперфорированный обод 62, с помощью которого она и тигель крепятся к крепежу 45 тигля с помощью винтов 63;

- керамическую вставку 7 для устройства зажигания, которая проходит под углом внутри крепежа тигля и поддерживает электрод 71, который проходит близко к концу 47 проводника. Она соединена с цепью 72 устройства зажигания, адаптированной прилагать импульсное высокое напряжение, которая зажигает плазменный разряд, когда магнетрон приводится в действие на малой мощности. Фотодиод 73 установлен на крепеже в таком месте, чтобы он мог определять свет от тигля с помощью оптоволокна 74;

- цепь 8 управления, которая соединена с магнетроном, чтобы обеспечить его приводящим в действие током, с цепью устройства зажигания, чтобы управлять ею, и фотодиод. Когда лампа должна быть включена, низкий, приводящий в действие ток прилагается к магнетрону и устройство зажигания работает. Когда фотодиод обнаруживает свет, устройство зажигания выключается, и энергия, подающаяся на магнетрон, увеличивается. Источник света после этого работает.

Следует заметить, в частности из частотных характеристик, изображенных на Фигуре 3, что волновод выступает в роли линии передачи между магнетроном и коаксиальным соединением антенны и прозрачного тигля.

Изобретение не предназначается для ограничения деталей описанного выше варианта осуществления. В частности, оно не ограничено работой при 2,45 ГГц. Заявитель предполагает, что оно может работать между величиной, на порядок меньшей, и величиной, на порядок большей, чем при этой частоте, учитывая, что длина выемки в единицах длин волн микроволновых излучений или электромагнитных волн для одной длины волны обратно пропорциональна частоте. В частности, Заявитель предполагает работу при частотах 434 МГц и ниже и при 5,2 ГГц и выше, и при частотах между этими значениями. При больших частотах общая длина может быть увеличена на величины, кратные половине лямбды. Действительно, это возможно при более низких частотах, но не приводит к дополнительной длине компонента, который уже и так становится длинным.

Изобретение относится к источникам света. Безэлектродная микроволновая лампа (1) имеет магнетрон (2) в качестве источника микроволнового излучения и прозрачный тигель (5) с возбуждаемым материалом, в возбуждаемом материале которого образуется плазма. Для передачи микроволнового излучения от магнетрона к тиглю предоставляется согласующая цепь воздушного волновода (4) с выводом магнетрона, выступающим в роли ввода на расстоянии в четверть лямбда от одного конца, и выводом на расстоянии в четверть лямбда от другого конца, выступающим в роли ввода на соединение с тиглем. Технический результат - улучшение качеств источника света. 16 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Источник света, который должен быть подпитан микроволновой энергией, причем источник имеет:
- твердый плазменный тигель из материала, который является прозрачным для выхода света из него, причем плазменный тигель имеет герметичную центральную полость в плазменном тигле,
- перфорированную клетку Фарадея, окружающую плазменный тигель, причем клетка является, по меньшей мере, частично пропускающей свет, для выхода света из плазменного тигля, при этом ограждающую микроволновое излучение,
- наполнитель в полости из материала, возбуждаемого микроволновой энергией для формирования в ней светоизлучающей плазмы, и
- антенну, скомпонованную внутри плазменного тигля для передачи индуцирующей плазму микроволновой энергии к наполнителю, причем антенна имеет:
- соединение антенны, протягивающееся наружу плазменного тигля, для связи с источником микроволновой энергии;
- источник микроволновых излучений с частотой для возбуждения резонанса внутри прозрачного тигля и клетки Фарадея для возбуждения светоизлучающей плазмы в герметичной полости и
- наполненный воздухом волновод для передачи микроволновых излучений от генератора к антенне, причем волновод имеет:
- по существу, длину двух или более полуволн и имеет:
- ввод волновода от генератора, расположенного вблизи вводного конца волновода, и
- вывод волновода в соединение антенны, содержащий:
- проводник микроволнового излучения, расположенный вблизи выводного конца волновода, причем проводник микроволнового излучения содержит:
- часть резонатора и
- выводную часть, причем часть резонатора повернута под прямым углом к выводной части, причем выводная часть, размещенная на половине высоты волновода, проходит через торцевую стенку волновода и протягивается в качестве соединения антенны.

2. Источник света по п. 1, в котором источник микроволнового излучения является управляемым по мощности его выхода и включает в себя:
- средство зажигания для зажигания плазмы в наполнителе в герметичной полости;
- средство обнаружения для обнаружения зажигания плазмы и
- цепь управления для снабжения источника малой мощностью первоначально и одновременно со средством зажигания и для выключения средства зажигания и увеличения мощности микроволнового источника после обнаружения зажигания плазмы.

3. Источник света по п. 1 или 2, в котором ввод волновода и вывод волновода расположены симметрично, то есть на одинаковом расстоянии от их соответствующих концов.

4. Источник света по п. 1, в котором ввод волновода и вывод волновода расположены на расстоянии в четверть длины волны от их соответствующих концов.

5. Источник света по п. 1, в котором волновод состоит из
твердого диэлектрического материала.

6. Источник света по п. 1, в котором волновод является наполненным воздухом волноводом.

7. Источник света по п. 1, в котором волновод имеет круглое цилиндрическое поперечное сечение.

8. Источник света по п. 1, в котором волновод имеет прямоугольное поперечное сечение.

9. Источник света по п. 8, в котором:
- волновод является металлическим желобом, имеющим в длину, по существу, одну длину волны и имеющим металлическую заглушку,
- микроволновый генератор устанавливается на поверхности желоба или на металлическую заглушку, и
- ввод волновода является выводом микроволнового генератора, который проходит через поверхность или заглушку.

10. Источник света по п. 9, в котором:
- вывод волновода крепится к поверхности желоба или заглушки и протягивается к центральной продольной оси желоба и протягивается вдоль нее вне желоба к соединению антенны, с которой он является одним целым.

11. Источник света по п. 1, в котором обеспечено соединение антенны с коаксиальным внешним элементом, окружающим соединение антенны.

12. Источник света по п. 11, в котором коаксиальный внешний элемент является жестким металлическим рукавом, скрепленным с волноводом, и предоставлен керамический изолятор между соединением антенны и рукавом.

13. Источник света по п. 12, в котором металлический рукав
поддерживает плазменный тигель на своем конце, удаленном от волновода, причем клетка Фарадея соединена с металлическим рукавом.

14. Источник света по п. 13, в котором клетка Фарадея имеет обод, протягивающийся в направлении металлического рукава, причем обод крепится к металлическому рукаву для поддержания рукавом плазменного тигля.

15. Источник света по п. 13 или 14, в котором металлический рукав вмещает:
- второй керамический изолятор и
- зажигающий проводник внутри второго керамического изолятора и выступающий в направлении плазменного тигля.

16. Источник света по п. 1, в котором источником микроволнового излучения является электронный генератор или устройство усилителя.

17. Источник света по п. 1, в котором источником микроволнового излучения является магнетрон.