CN103340018A - 带有集总器件的等离子灯 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无极等离子灯。所述灯包括导电套壳，所述导电套壳包括介电材料（例如空气）；和灯泡，所述灯泡包含填充物以便形成发光等离子体。射频（RF）功率源被耦合进入所述套壳内。至少一个导电施加器将来自所述套壳的功率施加到所述灯泡上，且至少一个集总感应元件被耦合在所述射频供给装置与所述导电施加器之间。所述集总感应元件可以是螺旋卷绕的线圈。在典型实施例中，所述灯包括第一集总感应元件和第二集总感应元件。所述第一集总感应元件和所述第二集总感应元件可从所述套壳的彼此相对的端壁延伸出来。所述第一集总感应元件可被连接至位于与所述灯泡的第一端邻近的位置处的所述第一导电施加器，且所述第二集总感应元件可被连接至位于与所述灯泡的第二端邻近的位置处的所述第二导电施加器。

Description

带有集总器件的等离子灯
相关专利文献
本专利申请要求于2010年9月30日提交的序号为61/388,286的美国临时专利申请和于2010年12月23日提交的序号为61/426,958的美国临时专利申请的权益，这两个专利申请的整体内容在此作为参考被引用。
技术领域
本发明涉及无极等离子灯。在一个典型实施例中，本发明描述了一种带有集总器件的无极等离子灯。
背景技术
无极等离子灯可用于提供明亮的白色光源。由于未使用电极，因此这种灯的有效寿命比其他灯更长。在一种无极等离子灯中，射频功率可被耦合进入灯泡中的填充物内以便形成发光等离子体。
附图说明
下面将结合附图通过示例性而非限制性的方式对本发明进行描述，除非特别指出，否则图中相似的附图标记用于表示相似的特征。其中：
图1示出了无极等离子灯的典型实施例；
图1A示意性地示出了作为单端谐振器运行的无极等离子灯的典型实施例，所述单端谐振器具有单个射频（RF）功率输入端口，且灯泡的长轴与灯本体的上表面正交；
图1B示意性地示出了作为单端谐振器运行的无极等离子灯的典型实施例，所述单端谐振器具有单个射频功率输入端口，且灯泡的长轴与灯本体的侧面正交；
图1C是函数关系曲线图，图中示出了电场幅值与沿谐振器从射频输入端口至图1A和图1B所示等离子灯的灯泡的距离之间的函数关系；
图1D示出了图1A和图1B所示等离子灯的等离子体点火之前的典型电场线；
图1E示出了一旦在图1A和图1B所示等离子灯的灯泡内产生了等离子体之后的典型电场线；
图2A示意性地示出了作为单端平衡谐振器运行的无极等离子灯的典型实施例，所述单端平衡谐振器具有单个射频功率输入端口和独立的接地装置；
图2B示意性地示出了作为双端平衡谐振器运行的无极等离子灯的典型实施例，所述双端平衡谐振器具有两个射频功率输入端口，没有独立的接地装置；
图2C是函数关系图，图中示出了典型的电场幅值与沿谐振器从射频输入端口至图2A和图2B所示平衡谐振器等离子灯的灯泡、再至地或虚地的距离之间的函数关系；
图2D示出了图2A和图2B所示平衡谐振器等离子灯点火之前的电场线；
图2E示出了一旦在图1A和图1B所示平衡谐振器等离子灯的灯泡内产生了等离子体之后的电场线；
图3A是图1所示等离子灯的三维视图，图中示出了各维度的细节；
图3B是图3A所示等离子灯的平面图；
图3C是沿图3B的线A-A截取的等离子灯的剖视图；
图3D是图3A所示等离子灯的平面图，且顶壁被移除，图中示出了典型阻抗匹配网络的分解视图；
图3E是沿图3D的线B-B截取的等离子灯的剖视图；
图4A示出了灯泡组件的典型实施例；
图4B是图4A所示灯泡组件的平面图；
图4C是沿图4B的线C-C截取的灯泡组件的剖视图；
图4D示出了图4A所示灯泡组件的另一可选典型实施例；
图5A示出了热浮力对在灯泡内且在与布置在灯泡上方的两个射频功率板邻近的位置处产生的等离子体密度的影响；
图5B示出了热浮力对在灯泡内且在与两个射频功率板和布置在灯泡下方一对导电灯泡条带（conductive bulb strap）邻近的位置处产生的等离子体密度的影响；
图5C示出了热浮力对在灯泡内且在与布置在灯泡下方两个灯泡条带邻近的位置处产生的等离子体密度的影响；
图6A示出了单感应线圈无极等离子灯和无线圈无极等离子灯，每个无极等离子灯都具有电容器，如图中示意性示出地那样；
图6B示出了单感应线圈无极等离子灯和无线圈无极等离子灯，每个无极等离子灯都具有可调高功率电容器，所述可调高功率电容器被接地至导电套壳的底壁；
图6C示出了单感应线圈无极等离子灯和无线圈无极等离子灯，每个无极等离子灯都具有可调高功率电容器，所述可调高功率电容器被接地至导电套壳的侧壁；
图6D示出了单感应线圈无极等离子灯和无线圈无极等离子灯，每个无极等离子灯都具有围绕中心导电体的输入侧设置的环状环，所述中心导电体带有可选的绝缘介电体；
图6E示出了单感应线圈无极等离子灯和无线圈无极等离子灯，每个无极等离子灯都具有围绕中心导电体的输入侧设置的环状环，所述中心导电体带有可选的绝缘介电体，所述环状环形成于灯室内；
图6F示出了单感应线圈无极等离子灯和无线圈无极等离子灯，每个无极等离子灯都具有从腔体壁延伸至中心导电体的轴环（collar），所述中心导电体具有可选的绝缘介电体；
图6G示出了单感应线圈无极等离子灯和无线圈无极等离子灯，每个无极等离子灯都具有从中心导电体向外延伸的凸缘特征以便与腔体底壁形成更大的交叠区域；和
图6H示出了单感应线圈无极等离子灯和无线圈无极等离子灯，每个无极等离子灯都具有介电体定位材料，所述介电体定位材料在邻近灯泡的位置处围绕着金属杆柱结构或无线圈输入杆。
具体实施方式
尽管本申请所述的发明主题可存在多种变型和其他可选构型，但此处对图中所示的多个实施例进行详细描述。但应该理解：这并不旨在将本发明的实施例限于本文仅通过实例披露的特定形式或布置。相反地，本发明的主题旨在覆盖落入由所附权利要求书表达的本发明披露内容的精神和范围内的所有变型、等效方式和其他可选构造。除非特别指出，否则图中相似的附图标记用于表示相同或相似的特征。
本发明的无极等离子灯的设计是基于多种谐振器拓扑构型做出的。谐振器接受频率与其自谐振频率接近的电磁能量，并拒绝其他频率的输入能量。自谐振频率由谐振器的电抗器件决定。一旦能量进入谐振器，则该能量被电抗元件或电抗器件储存，直至其被谐振器的电阻元件或器件耗散。能量储存机构是谐振器电容器（或等效电容元件）内部的电场，和谐振器电感器（或等效感应元件）内部的磁场。能量在供应能量的频率下从电能向着磁能来回传递。在每一次传递中都会损耗一些能量。在从电能传递至磁能时，在电感器中产生电流，所述电流导致产生电阻损耗。当从磁能传递至电能时，在电容器中产生电压，所述电压用于为等离子灯提供功率。即，等离子灯是所需的功率损耗机构。根据实际设计，在能量衰减至小于其最初值的1%之前，可能会有上百次或者甚至是上千次传递。因此，成功运行的谐振器灯设计可被视为类似赛跑（race）的情况：其结构设计有必要使得灯或灯泡耗散电能的速度比电感器耗散磁能的速度更快。谐振器通常由其“Q”或品质因数表征。Q是储存能量与耗散功率之比乘以能量的角频率得出的，即：                                                
Figure 2011800575944100002DEST_PATH_IMAGE002
，其中，ω是***的角频率。对于其中形成了等离子体的运行的灯来说，由于灯泡耗散能量较快，因此Q应该极低（小于20）。但灯在等离子体点火之前可能呈现出极高的Q（大于200），这是因为灯泡的功率损耗机构尚未存在。
本文所讨论的多种谐振器设计被构造以便在一个或多个输入端口处接受功率（例如射频（RF）功率），并将所述射频功率输送至灯泡，所述灯泡包括能够形成等离子体的填充物。多种类型的气体填充物可被包含在灯泡内。当射频功率被提供给填充物时，通过在填充物内产生的高电场而在灯泡内产生等离子体弧。在典型实施例中，射频功率导致发光等离子体在灯泡中进行放电。在典型实施例中，射频功率可在这样的频率下被供应，所述频率处于约10MHz与约500MHz（或更高）之间的频率范围内或处于所述频率范围内包括的任何范围内。在典型实施例中，射频功率可在所述的频率范围之上或之下0%至10%之间的范围内或在所述频率范围内包括的任何范围内的一定频率下或一定频率范围下被供应。在一些实施例中，射频功率可在频率范围之上或之下0%至5%之间的范围内被供应。
在典型实施例中，等离子灯可被用于娱乐照明或建筑物照明或其他照明应用场合。在一些实例中，等离子灯可被用于摇头光束娱乐设备、固定光束设备、建筑照明设备、或均匀照明设备。典型实施例还可用于街道照明和区域照明和其他高输出照明应用场合。然而，应该意识到：等离子灯的使用并不限于这些典型布置。
本文所述的等离子灯的典型实施例可进行精细调节以便满足射频运行特性的政府需求和其他规章需求。例如，工业、科学和医学（ISM）频带由国际通信协会（ITU，本部设于瑞士日内瓦）定义以便避免射频频谱的各个部分之间产生有害干扰，例如在等离子灯与射频无线电站之间产生干扰。建立ISM频带的目的在于利用通常被认为对社会有用的射频技术为各种应用场合提供多种频带宽度部分。ISM装置可仅在那些频带范围（遵循限制最大辐射电场强度和磁场强度的其他健康和安全规章）内自由辐射，因此有必要进行精细频率调节以便确保符合ISM限制。如果等离子灯本体并不是根据ISM频带运行的，则灯的谐振频率可根据需要进行调节。本文通过实例对频率调节的多个典型实施例进行描述。
典型实施例提供了可在向下平移至更低的频率而不需要过大的灯本体的频率范围内运行的等离子灯。促进（且可优化）谐振器尺寸小型化、直流向射频的转换效率和ISM频带的使用这些优点之间的竞争与平衡的目标频率范围可以是40MHz至80MHz之间的频率。典型的ISM制定频率是40.68MHz。尽管对于40MHz的射频功率供应或80MHz射频功率供应而言，总的直流向射频的转换效率是大约相同的（两种效率可以都是约90%或更高），但40MHz的功率供应可具有成本优势。
图1示出了无极等离子灯300的典型实施例。等离子灯300***作性地耦合至功率源且如图示例性地示出地，包括导电套壳301、射频输入端口303、灯泡305、陶瓷载体307、和一对导电条带309。导电条带309可形成导电施加器，所述导电施加器将来自导电套壳301的功率施加到灯泡305上。在典型实施例中，导电套壳301呈平行六面体形，且具有平行的端壁330和332、平行的侧壁334和336、和平行的顶壁338和底壁340。图中所示的等离子灯300进一步包括位于导电套壳301内的介电体体积空间313（例如空气）、灯泡组件315、以地面线圈317的典型形式存在的集总感应元件、和一对地面线圈紧固件319。下面将结合图3A对等离子灯300进行更详细地图示和描述。
图1A示意性地示出了作为单端谐振器运行的无极等离子灯100的典型实施例。等离子灯100仅是实例且其他实施例可使用其他等离子灯，包括微波等离子灯或电感等离子灯。在特定的典型实施例中，等离子灯100可进行优化以便在低光学径角性应用场合中使用。
如图所示的等离子灯100包括细长灯泡101、形成灯本体的金属套壳103、和射频供给装置如输入端口105。灯泡101被设置在套壳103的介电体腔体113内。介电体腔体113可包括气体如空气或加压氮、液体、固体如陶瓷或陶瓷粉末、或这些物质的一些组合。灯泡101包含填充物，当功率被耦合至填充物时，所述填充物能够形成发光等离子体。填充物被包含在灯泡101的灯泡腔体115内。在一个典型实施例中，灯泡101的外部长度是约26mm，且灯泡101的外径（中心处）为约10mm。在该实例中，灯泡101的内部（包含填充物）具有约20mm的内部长度和约6mm的内部直径（中心处）。灯泡101沿圆柱形部分侧部的壁厚是约2mm。在灯泡101的前端处的壁厚为约3mm。另一端处的壁厚也为约3mm。在该实例中，内部灯泡体积为约0.51cm3。在典型实施例中，在稳态运行阶段提供介于约150瓦至500瓦之间（或其中包括的任何范围内）的功率，该灯泡尺寸导致产生了处于约295瓦/cm3至982瓦/cm3的范围内，或其中包含的任何范围内，的功率密度。在该典型实施例中，灯泡101的内部表面积为约3.77 cm2，且壁负载（内部表面积上的平均功率）处于约39.8瓦/mm2至132.6瓦/mm2的范围内，或其中包含的任何范围内。在其他实施例中，灯泡101可更小或更大，且具有与之相对应的更高或更低的壁负载。在其他实施例中，所施加的射频功率可大约通过灯泡尺寸与本实施例的灯泡尺寸之比来衡量，从而保持相似的壁负载。
套壳103是导电的（例如在不导电材料上形成金属层或金属化层）并罩住了等离子灯100的多个元件/器件。在典型实施例中，套壳103使用空气作为介电材料。套壳103的导电本质为所施加的射频功率提供了地面电流返回路径。射频输入端口105将射频功率从射频功率供应源（图中未示出）通过输入匹配网络或阻抗匹配网络107耦合至移相元件109（例如集总感应元件），耦合至一对导电场施加器111。在典型实施例中，输入匹配网络107可以是阻抗调节元件，如在移相元件109与射频输入端口105之间被连接至套壳103的可变电容器并联组。在另一典型实施例中，输入匹配网络107可以是集总式电容或分布式电容，或电容性结构如平行板。在另一典型实施例中，可通过将移相元件109的端部设置成在一个或多个点处与套壳103非常邻近，但不接触，的方式实现匹配网络107的电容，所述一个或多个点与介于移相元件109与射频输入端口105之间的连接点相邻。输入匹配网络或阻抗匹配网络107使射频功率供应源的输出阻抗与等离子灯100的输入阻抗（例如50欧）相匹配。阻抗的匹配可促进功率的传递，同时减少输入功率从等离子灯100的反射。
移相元件109可例如是四分之一波长移相器。在特定实施例中，移相器109将提供某种程度上小于四分之一波长的相移（90度），这是因为输入匹配网络107和场施加器111的电容负载分别提供了一些附加的相移。实际上，射频输入端口105与场施加器111之间所有器件的总相移是90度，或90度的奇数倍。四分之一波长移相器在从射频端口105耦合至导电场施加器111的功率中提供了约90度的相移。四分之一薄翅移相器可包括集总电感器；特别地在典型实施例中，一定长度的导电金属丝被成形为具有空气芯体的线圈。线圈金属丝可以是实心的或中空的，且可涂覆有多种材料。中空线圈可减轻重量，且不会对性能产生影响，这是因为射频电流由于趋肤效应而仅在导电体的表面附近流动。线圈可涂覆有多种镀覆金属，如铜、银、金或铂族金属。线圈还可覆土有多种温度稳定绝缘材料，如金属氧化物、聚酰亚胺树脂或陶瓷或陶瓷粉末。对于四分之一波长移相器而言，导电金属丝的总长度是射频输入功率的波长（λ）除以四倍。例如，对于40.68MHz的输入频率，λ在自由空气中约等于7.37米。因此，形成线圈的导电金属丝在空气腔体中的长度为约7.37米/4或1.84米。如果所述长度的金属丝被卷绕成线圈，则移相元件109的线性延伸范围可在其他大大小于1.84米。在其他典型实施例中，感应线圈可被卷绕成不规则形状。例如，其可具有非圆形剖面，如椭圆形或方形剖面。其可能具有其他不规则特征，如沿电感器的长度产生变化的半径或卷绕节距。在一些实施例中，电感器可包括多层线圈，所述线圈具有卷绕在第一较小半径上的一些绕匝，和卷绕在第二较大半径上的一些绕匝。在其他典型实施例中，电感器可并不卷绕成线圈；相反地，所述金属丝可以是直的或在一个或多个位置处是弯曲的以便实现所需的任意形状。在其他典型实施例中，移相元件109可以是带状线或其他横向电磁波（TEM）波导。
在图1A所示的典型实施例中，所述成对的导电场施加器111包括金属射频供给装置，所述金属射频供给装置相对于移相元件109的长度横向地进行延伸，且被放置在与灯泡101邻近的位置处，由此将灯泡101放置在所处函数的电场内。下面将结合图1D和图1E并通过实例对所产生的电场进行更详细的讨论。射频功率被耦合至灯泡101中的填充物以便形成发光等离子体。场施加器111的横向取向使得射频功率沿第一轴线进入套壳103内且光沿与所述第一轴线大体上正交的第二轴线离开套壳103。该取向可用于满足施加水平设计限制，例如沿光学（第二）轴线的可用空间有限的情况。如果该轴线上的空间是有限的，则在目标应用场合中可能没有空间来容纳移相元件109的长度。因此，移相元件109可沿其其他轴线被设置。
图1B示意性地示出了无极等离子灯139的典型实施例，所述无极等离子灯作为单端谐振器运行。在该实施例中，一对导电场施加器133与供给装置和灯泡131对齐。灯泡131被布置以使得灯泡131的常州与等离子灯130的套壳103的侧面正交。场施加器133的纵向取向使得射频功率沿第一轴线进入套壳103，且光沿与第一轴线大约平行（或对齐）的第二轴线离开套壳103。该取向可用于满足施加水平设计限制，例如沿径向维度的可用空间有限的情况。如果径向空间是有限的，则除了沿光学轴线以外，在目标应用场合中可能没有空间来容纳移相元件109的长度。
在图1A所示的典型等离子灯100中，图中所示的灯泡101的纵向轴线与套壳103的上表面大体上正交。根据等离子灯的物理安装和空间考虑因素，灯泡101的每个取向可具有更高的输出或更长的寿命，或二者兼具。例如，等离子灯可在处于约1000 °C至1200 °C范围内的灯泡温度下运行。由于运行温度的升高，热浮力作用在灯泡内的气体填充物和所产生的等离子体上，从而导致气体/所产生的等离子体朝向灯泡的最上部部分上升。因此，来自灯泡的光输出倾向于在灯泡的上表面上更高。下面将通过实例对热浮力在灯输出上产生的效应进行更详细地讨论。
图1C是曲线图150，图中示出了电场幅值与沿谐振器从射频输入端口105至图1A和图1B所示的典型等离子灯100、130的灯泡101、131的距离的函数关系。电场幅值曲线图150对于图1A和图1B所示的典型等离子灯100和130而言是相似的。在射频输入端口105处，电场幅值接近于0，如附图标记151所示，幅值取决于输入匹配网络107使得射频功率接近地的程度。因此，在典型实施例中，“虚地”的表达指的是这样的节点，在该节点处，射频输入被耦合至输入电容器的端子，所述端子与被耦合至地的电容器端子相对。随着沿谐振器的位置增加而通过移相元件109（参见箭头152），电场在邻近灯泡101、131的成对导电场施加器111、133的位置处达到最大值153。
图1A或图1B所示的典型等离子灯具有沿谐振器长度的准λ/4（或四分之一波长）驻波设计，如图1C的电场幅值曲线图150所示。移相元件109可提供必要的电长度以便产生在设计频率下的驻波。λ/4相移（或90°）可仅为约数，因此称为准λ/4驻波。“准”的标示方式是由于灯泡端的电容负载和输入端的虚地造成的。灯泡101、131和场施加器111、133为谐振器的开路端提供了电容负载。电容负载已公知地会增加一些固有相移，因此缩短了移相元件109所需提供的相移。总相移还会由于输入虚地而被略微截短。如果输入是在实地下进行的，则输入阻抗将为零，且无法将功率输送至谐振器（即，射频功率供应将被缩短）。输入匹配网络107可因此为地提供较低但非零的阻抗。输入阻抗应该足够低以便支持准λ/4模式，但又足够高（例如50欧）从而使得输入端口可与射频功率输送电路相匹配。
图1A或图1B所示等离子灯的电场构型在根本上就是不平衡的，这是因为电磁场在场施加器111与套壳103之间延伸。电磁电路的一侧因此是地。在典型实施例中，场施加器111的接地侧在较宽的表面积上处于较低的阻抗下，从而使得其并不支持电场的局部附着。场施加器111的功率侧使得电场线可在其最极端的端部处集中，其中与接地侧的距离处于最小值。这倾向于产生更强的电场，且可支持更高的等离子体密度集中在场施加器111的功率侧。
图1D示出了对于图1A和图1B所示的等离子灯100、130而言，等离子体点火前的典型电场线171。电场线171形成于射频功率已被供应至等离子灯100、130之后，但在等离子体形成于灯泡101、131内之前。在灯泡101、131中的等离子体形成点火之前，如图所示的电场线171延伸通过灯泡腔体115。如图所示，电场线171从成对的导电场施加器111延伸通过灯泡101、131，且朝向套壳103的壁部173的与灯泡101、131邻近的部分进行延伸。
图1E示出了一旦在图1A和图1B所示的灯泡101、131内形成等离子体之后的电场线172。电场线172形成于射频功率已被供应至等离子灯100、130之后，且在等离子体已经在灯泡101、131内产生之后。在点火之后，导电等离子体通过趋肤效应现象部分地排开了所施加的场，且所产生的电场图案略有不同。一旦等离子体电流191在灯泡101、131内部产生碰撞，则由于等离子体电阻极低，而使得等离子体内部的电场幅值大大降低。当等离子体并不存在时，其电阻为无穷大（开路），且等离子体的电阻可在几欧至几百欧的范围内变化，这取决于其温度分布和化学成分。电场线172在等离子体的边缘处或多或少垂直地附着到导电等离子体电流191上，这是因为其是导电的。与点火前的电场（参见图1D）不同，点火后的电场将真实的功率输送给灯泡101、131，将其集中在等离子体中。由于等离子体电流191的欧姆自加热效应，因此所述功率在等离子体中形成了温度分布。点火前的电场供应电压以便启动等离子体使其经过汤森雪崩击穿（Townsend avalanche breakdown），但由于不存在电阻元件而并不供应任何真实功率。
图2A示意性地示出了作为单端平衡谐振器运行的无极等离子灯200的典型实施例，所述谐振器具有单个射频功率输入端口和独立的接地装置。如图所示的等离子灯200包括第一移相元件209A（可与移相元件109大体上相似）、第一场施加器211A、第二场施加器211B和至少部分地定位在套壳103的空气腔体207内的灯泡201。灯泡201可与上文所述的图1A所示的灯泡101是相似的。然而，图1A和图1B所示构型中的两个场施加器111A和111B处于相同电位下，与此不同的是，两个场施加器211A和211B并不直接相连。此外，灯泡轴线被设置成与套壳103的上表面平行的取向。由于两个场施加器211A和211B处于相对的非地电位下而形成的特定电场构型，因此这种灯泡取向是可能的。第一移相元件209A和第二移相元件209B中的每个移相元件分别可以是电感器、带状线或TEM波导，如上文所述。每个元件209A、209B的名义相移为四分之一波长（λ/4或90°）。在典型实施例中，每个移相元件209A、209B可产生彼此相等或不相等的相移。如图中示例性地示出地，第二移相元件209B可被耦合至第二场施加器211B且耦合至套壳103（所述套壳是接地的）。在典型实施例中，射频功率在这样的频率下被耦合，所述频率使得主要在第一移相元件209A和第二移相元件209B内形成了驻波。下面将结合图3A至图3E并通过实例的方式对基于单端平衡设计的典型实施例进行描述。
图2B示意性地示出了作为双端平衡谐振器运行的无极等离子灯230的典型实施例，所述谐振器具有两个射频功率输入端口，没有独立的接地装置。如图所示的等离子灯230包括第一射频输入端口（可与端口105大体上相似）、第二射频输入端口205B（也可与端口105大体上相似）、第一输入匹配网络207A（可与输入匹配网络107大体上相似）和第二输入匹配网络207B（也可与输入匹配网络107大体上相似）。第一输入匹配网络207A和第二输入匹配网络207B使射频功率供应源的输出阻抗与第一射频输入端口205A和第二射频输入端口205B处的输入阻抗相匹配。正如上文结合典型的谐振器设计所讨论地那样，第一输入匹配网络207A和第二输入匹配网络207B可以在第一移相元件209A和第二移相元件209B与第一射频输入端口105A和第二射频输入端口105B之间与地平行地耦合的电容。在典型实施例中，第一输入匹配网络207A和第二输入匹配网络207B可以是集总式或分布式电容、或电容性结构如平行的板。
在该典型实施例中，被供应至第一射频输入端口205A和第二射频输入端口205B的射频功率相对于彼此成180°异相。因此，第一移相元件209A和第二移相元件209B被布置以便将射频功率输送至灯泡201的每端，所述射频功率相对于另一端而言成180°异相。例如，第一场施加器211A可在+90°下为灯泡201提供射频功率，而第二场施加器211B则可在-90°下为灯泡201提供射频功率。下文将结合图2C并通过实例的方式对这种倒相进行描述。
在典型实施例中，图2A和图2B所示等离子灯200、230的谐振模式分别包括：两个相反极化的准λ/4部分（尽管如上文所述，每个部分可大于或小于λ/4）。正如图1A和图1B所示的等离子灯100、130那样，在等离子灯200、230中，灯泡201以及第一场施加器211A和第二场施加器211B提供了电容负载，所述电容负载降低了支持所述准λ/4的所需相移。第一输入匹配网络207A和第二输入匹配网络207B在输入端口205A或205B处提供了虚地。在图2B所示的实例中（其中设置了第一射频输入端口205A和第二射频输入端口205B），在每个输入端口205A、205B处供应的射频功率与另一端口处的射频功率成180°异相。在图2B所示的双输入构型中，每个输入端口205A、205B处的输入阻抗并不一定是相同的。图2A和图2B所示的等离子灯200、239的电场构型是平衡的，这是因为电场沿灯泡201的长度是对称的。第一场施加器211A和第二场施加器211B都不具有近地的电位，因此这两个施加器211A和211B都支持电场线的对称集中。图2A和图2B所示的等离子灯200、239中的每个等离子灯都可被配置在高输出应用场合，如街道照明中。
图2C是函数关系图，图中示出了电场幅值250（竖直轴线）与沿谐振器从射频输入端口至图2A和图2B所示平衡谐振器等离子灯200、230的灯泡、再至地或虚地的距离（水平轴线）之间的函数关系。特别地，电场幅值250表现出最大电场输出，所述电场输出与从第一射频输入端口205A至灯泡201，且从灯泡201至第二移相元件209B的远端侧，的距离成函数关系。（远端侧可处于地处，如图2A所示，或处于虚地处，如图2B所示）。如255所示，在第一射频输入端口105A处，电场幅值250接近0，实际幅值250取决于图2A所示的输入匹配网络207或图2B所示的第一输入匹配网络207A使得射频功率接近地的程度。因此，在特定的典型实施例中，“虚地”的表达指的是这样的节点，在该节点处，射频输入端口被耦合至输入电容器的第一端子，所述第一端子与被耦合至地的电容器端子相对。随着沿谐振器的位置增加而通过第一移相元件209A（参见箭头161），电场在第一场施加器211A处达到最大值259。在灯泡201的第一端203处，电场幅值250基于灯泡201上的电压降（参见箭头261）而下降。特定的电压降取决于场施加器211A、211B与等离子体之间的特定电容，以及等离子体阻抗。等离子体阻抗取决于在运行过程中经过灯泡201的等离子体电流i等离子体，乘以灯泡201的电阻R等离子体。在灯泡201的第二端205处，电场幅值250处于最小值（参见箭头263）且在第一点251（位于图2B所示的等离子灯230的第二射频输入端口205B的虚地处）处增加至接近0的值，或在位于图2A所示等离子灯200的套壳103处的第二点253处增加至0。
参见图2D，图中示出了图2A和图2B所示平衡谐振器等离子灯200、230的等离子体点火之前的电场线271。电场线271形成于射频功率已被供应至等离子灯200、230之后，但在等离子体形成于灯泡201内之前。电场线271从第一场施加器211A延伸至套壳103的相邻部分273（同样参见箭头275），或延伸穿过灯泡201至第二场施加器211B（如箭头277大体上示出地）。此外，电场线271从套壳103的部分279延伸至第二场施加器211B（同样参见箭头281）。
图2E示出了一旦在图2A和图2B所示平衡谐振器等离子灯200、230的灯泡201内产生等离子体之后的电场线271。电场线271从第一场施加器211A延伸至套壳103的部分273（同样参见箭头275）或延伸穿过灯泡201至第二场施加器211B（如箭头277大体上示出地）。此外，电场线271从套壳103的部分279延伸至第二场施加器211B（同样参见箭头281）。在点火之后，导电等离子体通过趋肤效应现象部分地排开了所施加的场，且所产生的电场图案略有不同。一旦等离子体电流291在灯泡201内部产生碰撞，则由于等离子体电阻极低，而使得等离子体内部的电场幅值大大降低。当等离子体并不存在时，其电阻为无穷大（开路），且等离子体的电阻可在几欧至几百欧的范围内变化，这取决于其温度分布和化学成分。电场线272在等离子体的边缘处或多或少垂直地附着到导电等离子体电流291上，这是因为其是导电的。与点火前的电场（参见图2D）不同，点火后的电场将真实的功率输送给灯泡201，将其集中在等离子体中。由于等离子体电流291的欧姆自加热效应，因此所述功率在等离子体中形成了温度分布。点火前的电场供应电压以便启动等离子体使其经过汤森雪崩击穿，但由于不存在电阻元件而并不供应任何真实功率。由于电场主要从一侧被供应至该灯泡201（这与图1A和图1B所示的设计是相反的，在图1A和图1B所示的设计中，电场被均匀地施加在灯泡的圆周周围），因此等离子体呈现出非轴对称的弧形形状。热浮力效应对等离子体的形状产生了很大的影响。
图3A是图1所示等离子灯的三维视图，图中示出了维度细节。等离子灯300可大体上类似于图2A所示的等离子灯200。等离子灯300***作性地耦合至功率源且如图示例性地示出地，包括导电套壳301、射频输入端口303、灯泡305、灯泡支承布置如陶瓷载体307、和一对导电元件或条带309。在典型实施例中，导电套壳301呈平行六面体形，且具有平行的端壁330和332、平行的侧壁334和336、和平行的顶壁338和底壁340。图中所示的等离子灯300进一步包括位于导电套壳301内的介电体体积空间313、灯泡组件315、地面线圈317、和一对地面线圈紧固件319。
如上文进一步提到地，在典型实施例中，导电套壳301限定出填充有空气的谐振器腔体且还可提供多种其他功能。例如，导电套壳301用作EMI限制或屏障装置，因此限制从套壳301发出的EMI的量。此外，导电套壳301用于传导来自地线圈317的地返回电流。导电套壳301可由多种不同导电材料如铝或不锈钢（或任何其他适当的导电材料）制成。此外，由于射频电流趋肤深度根据频率而相对较浅，因此导电套壳的壁部330、332、334、336、338和340可相对较薄。因此，导电套壳301可由带有导电涂层或镀覆层的不导电材料构成，所述导电涂层或镀覆层被成形在或以其他方式沉积在所述不导电材料上。导电套壳301可通过多种方式制成，例如通过深拉盒、带有用于端部器件的适当的通道弯曲部的U形板材金属、铸造材料（例如铸造铝）或多种所属领域技术人员已公知的其他成形技术。对于产生的任何接缝，可对其进行焊合、铜焊（braised）、焊接、用导电树脂粘结、或多种其他附接或密封处理，以便限制从导电套壳301发出的EMI辐射。顶壁338可限定出套壳盖，所述套壳盖可例如被成形或冲压且被螺合、焊接或以其他方式导电粘结到壁部330、332、334和336上。在典型实施例中，导电套壳301内的介电体体积空间313可填充有空气。在其他实施例中，介电体体积空间313可填充有固体的、粉末的或流体的介电体。许多类型的介电材料都是所属领域已公知的。
在典型实施例中，导电套壳301可具有介于60mm与200mm之间的长度342、介于40mm与200mm之间的宽度344、和介于40mm与200mm之间的高度346。在一些典型实施例中，长度342是130mm，宽度344是80mm且高度346是80mm，从而限定出具有方形端壁330、332的矩形箱体。尽管图中以实例的方式示出了矩形形状，但其他形状还例如包括方形、圆柱形和球形套壳。例如，导电套壳301的壁部330、332、334、336、338和340的厚度可为约3mm至4mm，但准确的厚度可基于给定应用场合所需的结构完整性决定。导电套壳301的整体尺寸可根据多种因素产生变化，这包括内部电感器设计和灯泡尺寸。
顶壁338具有开口348（例如矩形开口），所述开口具有纵向边缘350、352，所述纵向边缘与所述成对安装构件或导电条带309相隔最小距离以便防止从导电条带309向顶壁338形成电弧。还可利用其他技术防止起弧。导电条带309可具有约2000伏特（从条带至条带测得的）的来自射频线圈的施加电压（下文将进行讨论）。在实例中，该距离可介于2mm与20mm之间以便产生介于100伏特与10千伏之间的施加电压。开口348可被制成一定尺寸以便提高离开等离子灯300的光的量。
在典型实施例中，陶瓷载体307限定出典型的座或支承件，灯泡305被接收在其中。下面将结合图4A至图4D对典型的陶瓷载体307进一步的细节进行描述。在典型实施例中，陶瓷载体307可具有绝缘结构，所述绝缘结构卷绕在导电条带309上或覆盖所述导电条带以便降低起弧的可能性。
灯泡组件315可包括灯泡305、陶瓷载体307和成对导电条带309。灯泡305可与结合图1A或图2A讨论的灯泡101、131和/或201是相似的。下面将结合图4A对灯泡305的其他典型实施例的细节进行描述。支承灯泡305的陶瓷载体307还可用作吸热装置或扩散散射反射器以便将来自灯泡305的光反射出等离子灯300。陶瓷载体307可由多种材料形成，所述多种材料至少部分地热导电且能够至少反射可见光。可用于形成陶瓷载体307的一种这样的材料是氧化铝(A12O3)。下面将结合图4A至图4D通过实例对灯泡组件315进行更详细地讨论，并结合图5B和图5C通过实例对成对导电条带309进行更详细地讨论。
图3B是图3A所示等离子灯300的平面图。如图所示的等离子灯300包括射频输入线圈331。射频输入线圈331被设置在由导电套壳301形成的空气腔体内且用作部分的四分之一波长移相器。射频输入线圈331可包括形成线圈的一定长度的导电金属丝；特别低，在典型实施例中，提供了具有空气芯体且用作集总元件的感应线圈。该集总元件使得特定频率下的电能或磁能可被集中在其中，且电感或电容可因此被视作集中在其中。而不是分布在该长度的线上。
由于从位于射频输入线圈331的第一端351（参见图3C）上的输入匹配网络（例如参见图2A所示的输入匹配网络207）至第二端372上的导电条带309形成的电容耦合效应，因此线圈331的实际长度可在某种程度上小于λ/4。线圈尺寸通常是通过估计所需电感得出的。产生特定频率下的谐振所需的电感可基于等离子体电阻以及在场施加器（例如导电条带309）与在灯泡305中形成的等离子体之间的耦合电容的估计值计算得出。一旦计算出电感值，则可简单地由多种广泛可得的经验公式计算得出线圈尺寸。空气-芯体圆柱形线圈的最普遍适用公式中的一种公式是L = r2n2/(9r + 10l)，其中L是电感，单位为微亨；r是线圈外半径，单位为英寸；n是绕匝数量；且l是总线圈长度。在一个典型实施例中，在80MHz频率下运行的情况下，相关参数为：r=22mm（0.866英寸），l=40mm（1.575英寸），且n=4，总电感为0.51微亨（510毫微亨）。在该特定实施例中，输入线圈331和接地线圈317使用相同的线圈。尽管如此，在其他典型实施例中，两个线圈或电感器也可具有不同的电感值。在一些典型实施例中，电感器可实现不同的几何形状，例如输入电感器为直的金属丝，接地电感器为线圈。在典型实施例中，线圈电感可处于5毫微亨至5000毫微亨（5微亨）的范围内或者为其间的任何值，这取决于所需的工作频率。线圈半径可处在2mm至60mm的范围内。总的线圈长度可处于10mm至200mm的范围内，同样取决于所需电感。绕匝数量可较高以使电感最大化，而无需例如较大的线圈半径。上述用于电感的公式并不包括线圈几何形状的自谐振效应。对于卷绕非常紧密的线圈（“n”极高）而言，相邻绕匝之间的电容会很大，从而在线圈内产生处于灯的预期工作频率下或低于所述工作频率的自谐振。在典型实施例中，这种情况是应当避免的，且线圈中的自谐振通常需要通过构建并测量多种线圈设计的特性的方式根据经验确定，这包括线圈周围的导电屏障的负载效应。下面结合图3D并通过实例对典型的输入匹配网络进行描述。接地线圈317可与射频输入线圈331相似地被制造。线圈331、317中的每个线圈可通过多种方式被电连接至灯泡组件315，正如下文所讨论地那样。在图3B所示的典型实施例中，线圈331、317通过一组螺钉374被电连接至灯泡组件315。
图3C是沿图3B的线A-A截取的灯300的剖视图。如图所示的灯300包括附着到射频输入端口303上的线圈附着点351，在所述附着点处，线圈331经由阻抗匹配网络359被耦合至射频输入端口303。可选地，可设置射频输入线圈支承件353。射频输入线圈支承件353为射频输入线圈331提供结构支承，且可由任何不导电材料如特富龙或其他含氟聚合物树脂、迭尔林、或所属领域已公知的多种其他材料形成。线圈支承件353通过安装螺钉357例如被安装到导电套壳301上。尽管图中并未示出，但接地线圈317也可受到相似地支承。
参见图3D，图中示出了图3A所示灯300的平面图，且顶壁被移除并示出了典型的阻抗匹配网络359的分解视图（同样也参见图3C）。阻抗匹配网络359包括一个或多个输入电容器371。输入电容器371至少部分地用作阻抗调节元件且可例如包括集总元件如可变电容器或彼此并联耦合的电容器阵列（例如芯片电容器阵列）。如图所示，示例性地，输入电容器371的第一端361被耦合至射频输入线圈331且第二端通过接地板373被耦合至导电套壳301。输入电容器371使射频功率供应源的输出阻抗与灯300的输入阻抗（例如50欧）相匹配。在典型实施例中，输入电容器371可为约10pF至30pF以便在射频输入端口303处提供50欧的阻抗。在典型实施例中，输入电容可低至零值，且可高至1000pF，这取决于***的设计和频率。输入阻抗易于在制造过程中进行调节，因此确保生产的所有灯都具有相同或相似的输入阻抗，而无论谐振器构造或等离子体阻抗产生怎样的变化。阻抗匹配网络359可易于包括可调电容器，电容取决于固定螺钉的位置。
图3E是沿图3D的线B-B截取的等离子灯的剖视图，图中示出了线圈331、317被典型地耦合至导电条带309的情况。例如，如图所示，接地线圈317通过其中一个螺钉374被耦合至其中一个导电条带309。其他可选的耦合布置包括按入式连接件、固定螺钉或其他类型的连接装置以便允许实现可释放的连接并由此有利于更换灯泡组件315。从图3E中可以看出，在典型实施例中，灯泡组件315被悬垂在导电套壳301中的空气腔体377内。
如上文所述，等离子灯300可包括等离子灯200（参见图2A）的单端平衡谐振器设计中的各个器件和设计方面。同样地，等离子灯300可包括等离子灯230（参见图2B）的双端平衡谐振器设计中的各个器件和设计方面。
现在参见图4A至图4C，图中示出了灯泡组件315的更多典型细节。正如上文结合图3A所讨论地那样，在典型实施例中，成对的导电条带309提供了从输入线圈331和接地线圈317（参见图3B和图3C）至灯泡305的耦合点。在典型实施例中，导电条带309宽度为约2mm至10mm，厚度为250μm至500μm（约10mil至20mil）。导电条带309可由多种金属材料形成，如不锈钢或钛，所述材料能够承受灯泡305产生的热量（例如某些应用场合为约1000°C至1200°C），而不会变形。在某些典型实施例中，导电条带309由非磁性材料形成以便避免与在邻近灯泡组件315的位置处产生的磁场产生干扰。在某些典型实施例中，材料如钯（Pd）或铂（Pt）可被镀覆或以其他方式成形在金属材料上以便防止导电条带309产生氧化。导电条带309还可沿灯泡305的长度被定位以便控制在灯泡305内产生的等离子体的密度分布。下面将结合图5B和图5C并通过实例对密度控制特征进行讨论。
返回图4A，在典型实施例中，灯泡305在其中心呈圆柱形且在每端处形成带尾部381半球。尾部381可由用于形成灯泡305的石英管形成。在典型实施例中，该管在一端处被密封，所述一端形成了灯泡305的第一端。灯泡305通过所述管的开口端被填充并被密封。被密封的管随后被放置在液氮浴中，且使用焊炬在灯泡305的另一端处使该管塌陷，这对灯泡305进行密封并形成尾部381。塌陷的管随后被切割以便形成所需尾部长度。
图4B示出了灯泡组件315的平面图，而图4C示出了沿图4B的线C-C截取的灯泡组件315的剖视图。在一些典型实施例中，灯泡305可以是石英、透明氧化铝或其他陶瓷、蓝宝石或其他适当灯泡材料。灯泡305可呈圆柱形、药丸形、球形或其他一些所需形状。灯泡305可具有30mm至60mm的内部长度、约10mm的外径、和6mm的内径。在其他典型实施例中，灯泡305可具有处于2mm与30mm之间的范围内或其中包括的任何范围内的内径、处于0.5mm与4mm之间的范围内或其中包括的任何范围内的外径、和介于10mm与80mm之间或处于其中包括的任何范围内的内部长度。这些尺寸仅是示例性的且其他实施例可使用具有不同尺寸和/或形状的灯泡。在多个典型实施例中，灯泡305包含填充物，当射频功率被供应至灯泡305时，所述填充物形成了发光等离子灯。所述填充物可包括金属卤化物填充物，如三溴化铟（InBr3）。还可使用添加剂如汞（Hg）。在其他实施例中，还可使用不同的填充物如硫（S）、硒（Se）或碲（Te）。在一些实例中，可添加金属卤化物如溴化铯（CsBr）以便稳定硫、硒或碲的放电。
图4D示出了图4A所示灯泡组件的另一可选的典型实施例。灯泡组件470包括带有导电区域453的镀覆陶瓷灯泡载体451。导电区域453可以是镀覆、沉积或以其他方式施加到镀覆陶瓷灯泡载体451上的多种导电膜。在典型实施例中，导电区域453包括被施加到导电条带309的彼此相对的位置上的银（Ag）厚膜膏料。导电区域453可用于改变电场分布，由此将产生的等离子体的密度更均匀地分布在灯泡305内。下面将结合图5B对导电区域453的密度控制特征进行讨论。不同典型实施例中的导电区域453可具有不同形状或尺寸。
理想情况下，在某些实施例中，灯泡和其中产生的等离子体的温度是等热的。在等热条件下，对于给定的输入功率而言，来自灯泡的光输出是增加的。高压放电灯的输出与灯泡表面的内部上的最冷点（所谓“过冷点”）的温度强烈相关，这是因为在该点处，配料化学物质如金属卤化物和汞通常会产生冷凝。通常情况下，过冷点温度越高，产生的光输出就越多。输入功率的功能是通过等离子体的电阻自加热将过冷点加热至足够高的温度，从而产生大量的光。该过程的副产物在于：会形成相对应的“过热点”，所述过热点是灯泡表面的内部上的最热点。过热点温度不会影响光输出，但其会造成灯泡失效，最主要的机理有两点。一是灯泡会在过热点温度超过灯泡器皿材料的熔点的情况下产生熔化。对于具有俩需年度曲线且没有明确熔点的石英或其他玻璃材料而言，该温度通常被称作“工作点”或“工作温度”。对于石英而言，工作温度为约1100°C。第二种失效激励与配料化学物质和石英材料在过热点处产生的化学反应相关。这些反应会在石英器皿中形成空隙和其他微观不连续，并最终导致壁的熔化或开裂。正如所属领域技术人员已公知地，温度越高，这些反应就会越快。优化的设计会使过冷点尽可能热，同时使过热点尽可能冷，或换句话说实现等热灯泡。然而，当气体被加热时，气体的密度会降低。因此，密度较小的气体会上升，导致温度的分布不对称，这通常使得难以或不可能实现等热运行。正如所属领域技术人员已公知地，这种密度较小的气体上升的情况被称作作用在气体上的热浮力。对于灯必须倒转以便向下引导光的的等离子灯应用场合如街道照明而言，这种热浮力可能会带来问题。在倒转位置处，所产生的等离子体的最大密度，且因此所产生的光的最大量，都处于灯泡顶部位于反射器附近的位置处且并不朝向灯泡的暴露侧。因此，灯的总输出会整体降低，原因有两个：第一，由于方向向上的光必须首先自灯泡反射器反射，且在给定波长下与反射器相关地会产生任何损耗。其次，灯的非等热运行使得需要在某种程度上限制被供应至灯泡的净功率，以使得过热点不会超过石英的工作温度。因此，与在等热条件下且输入功率相同的同一灯泡相比，过冷点将不会那么热。结果是，随着灯泡内的等离子体分布密度变得更加均匀，可以从灯泡实现更高的光输出。
现在参见图5A，图中示出了热浮力对在灯泡305内且在与布置在灯泡305上方的两个射频功率导体或板邻近的位置处产生的等离子体密度的影响。图5A示出了面向下的灯泡305（例如，当等离子灯被配置在街道和区域照明设备中时），且一对射频功率板501位于灯泡305上方。图5A所示的整体布置可与图2A和图2B所示的等离子灯200、230的构型是相似的，其中射频功率板501可对应于场施加器211A、211B。灯泡305面向下的一种典型应用场合是等离子灯被配置在街道和区域照明设施中的情况。等离子体云503包括在电场强度最强的位置处产生的等离子体弧505，所述电场强度最强的位置在典型的灯泡取向下位于邻近灯泡305的顶部520的位置处。对于图5A所示的射频功率板501的典型构型而言，由于热浮力会对等离子体产生使其受力朝向灯泡305的顶部520移动的效应，因此灯泡305会在射频功率供应源施加到灯本体上的射频功率仅为约350瓦（W）的情况下就产生熔化。
图5B示出了热浮力对在灯泡305内且在与一对导体或射频功率板507和布置在灯泡305下方的一对导电灯泡条带509邻近的位置处产生的等离子体密度的影响。在该典型实施例中，成对射频功率板507被定位在灯泡305上方且导电灯泡条带509被定位在灯泡305下方。图5B所示的整体布置可与图4D所示灯泡组件470是相似的，其中成对射频功率板507可对应于位于镀覆陶瓷灯泡载体451上的导电区域453，例如银漆料。该构型可将等离子体密度更均匀地散布在灯泡305中，因此使得热负载更均匀地分布在灯泡305内，热负载被在分布到灯泡305的底部。因此，在典型实施例中，灯泡305可被驱动达到约500W或更高的功率，这是因为最低的等离子体弧“附着”到导电灯泡条带509上。
图5C示出了热浮力对在灯泡305内且在与布置在灯泡305下方的导电灯泡条带509邻近的位置处产生的等离子体密度的影响。如图5C所示，图5A所示的射频功率板501和图5B所示的成对射频功率板507都被移除了。等离子体附着主要是沿灯泡305的底部522在与一对下部射频导体或板511邻近的位置处进行的。与图5B相似地，在典型实施例中，图5C所示的构型还使得灯泡可在500W或更高的功率下运行，而不会熔化。因此，可将更大的射频功率供应给灯泡305，从而产生更大的光输出。因此可提高从功率源供给至灯本体的功率。
尽管上文结合特定的典型实施例对多种等离子灯设计进行了描述，但不同的典型实施例中可使用多种其他设计和材料选择。这些其他可选的设计和材料选择可包括多种材料和结构选择。例如，场施加器和其他射频承载导电区域可能由块状或板材金属材料形成，或由烧制到陶瓷基板上的一种或多种厚膜金属制成。在任一构造中，所施加的金属可能涂覆有绝缘介电体以便防止由于施加板上存在的高压而导致起弧。对于陶瓷施加器上的厚膜而言，一种选择是玻璃料。
此外，尽管文中给出了特定的频率范围，但在其他典型实施例中，本文提出的灯设计可根据其他频率适当地按比例放大或缩小。例如，除了本文通过实例讨论的40.68MHz以外，还可指定采用国际公认的ISM频带以便在13.56MHz和27.12MHz的频率下照明。在这些频率下，为了实现所需相移，更紧凑的高Q线圈变得相当大。然而，通过用例如铁氧体（ferrite）材料（其相对导磁率高于空气，例如μr大于1）等材料对线圈进行加载的方式，也可在不增加线圈尺寸的情况下实现附加相移。对于40.68MHz设计而言，所选择的典型导磁率值μr可以是约40，且对于13.56MHz的设计而言，所选择的典型导磁率值可以是约100。对线圈进行铁氧体加载还可用于调节谐振频率。如果铁氧体的位置是可调的，则制造工艺中腔体的谐振频率也是可调的。
此外，在低频下，场施加器板与等离子体弧之间的电容可能是重要参数。电容Zc与等离子体电阻R等离子体串联地出现。因此，总的灯泡阻抗是Z灯泡=R等离子体+2Zc。电容器的阻抗取决于Zc=l/jωc，因此随着频率的降低，电容器阻抗会占总阻抗的绝大部分；因此，R等离子体所接收的电压会逐渐减少。为了减轻这种效应，电容C必须随着频率的降低而增加。例如，在80MHz的频率下，所需电容为约5pF以便保持约95%的谐振器效率，且等离子体为200欧至500欧的电阻，线圈的Q因数大于200。在40MHz的频率下，所需电容为约10pF。为了实现更高的电容，可通过使用更大的灯泡的方式增加施加器板与等离子体之间的交叠表面区域。此外，还可降低灯泡壁的厚度或可通过使用陶瓷灯泡的方式增加灯泡的灯泡介电体常数。
现在参见图6A，图中示出了典型的单感应线圈无极等离子灯600，所述等离子灯包括具有射频输入端口603的导电套壳601。射频输入端口603用于将功率从射频功率供应源耦合至单感应线圈无极等离子灯600。射频输入端口603的外部边缘被电耦合至导电套壳601。射频输入端口603的内部导体651被电耦合至单电杆线圈607的第一端。如图所示的单感应线圈无极等离子灯600进一步包括灯泡605、围绕灯泡605的端部设置的金属杆柱结构609、和一个或多个输入电容器659。金属杆柱结构609被电耦合至单感应线圈607的第二端。导电套壳601围绕着介电体体积空间615。在典型实施例中，介电体体积空间615可以是空气。金属杆柱结构609用于将射频功率耦合至灯泡605，且此外用于将灯泡605机械地保持或支承在适当位置处。金属杆柱结构609所使用的金属可以是，但不限于，铝、黄铜、铜、金、或银。单感应线圈607可由实心材料或管状材料制成。在多个典型实施例中，单感应线圈607可包括单个导电材料。在其他典型实施例中，单感应线圈607可包括介电材料，所述介电材料涂覆、镀覆或以其他方式形成有导电材料或导电层。对于由介电体管状材料制成的单感应线圈607的实例而言，该管状材料的内表面或外表面或两个表面上可覆盖有导电材料。在其他典型实施例中，单感应线圈607可以是弯曲的或以其他方式由金属管形成。例如，在典型实施例中，可使用外径为6mm且内径为4mm的铜管。由于无极灯设计中采用了典型的射频频率，因此内径在某种程度上是无关紧要的，只要壁厚大于约0.2mm即可。在典型实施例中，管道的外径可能处于约2mm至约20mm的范围内。下面将通过实例对单感应线圈607的结构和选择的更多细节进行讨论。
典型的输入电容器659至少部分地用作阻抗调节或匹配元件且可包括例如集总元件如可变电容器或电容器阵列（例如芯片电容器阵列），所述电容器阵列以任何串联和并联的组合或布置结合。如图中示例性地示出地，输入电容器659的第一端661被耦合至单感应线圈607，且第二端663被耦合至导电套壳601。输入电容器659可被选择以使得灯600的输入阻抗与射频功率供应源的输出阻抗（例如50欧）相匹配。在特定的典型实施例中，输入电容器659可为约1pF至约30pF以便在射频输入端口603处提供50欧的阻抗。在典型实施例中，输入电容可低至零值，且高至1000pF，这取决于***的设计和频率。下面通过实例对输入电容器659的结构和选择进行更详细地描述。输入阻抗易于在制造过程中进行调节，因此确保生产的所有灯都具有相同或相似的输入阻抗，而无论谐振器构造或等离子体阻抗产生怎样的变化。例如，在制造最终试验品的运行过程中，输入电容器659可以是易于通过调节固定螺钉的方式进行调节的可调电容器。下面将通过实例对可调电容器的实施例进行更详细地讨论。
导电套壳601可与导电套壳301相似（例如参见图3A）且单感应线圈607可与射频输入线圈331（参见图3B）相似。灯泡605可与本文讨论的其他灯泡相似，例如灯泡101或灯泡131。导电套壳601具有彼此隔开的平行的侧壁634、636、顶壁638、和底壁640。在一些典型实施例中，导电套壳601可以呈立方体、长方体、平行六面体或圆柱形形状。在一些典型实施例中，导电套壳601具有约20mm至约70mm的侧壁高度646、约20mm至约70mm的宽度644、和约20mm至约70mm的深度642（图中未示出），所述高度、宽度和深度可处于其中包括的任何范围内。在其他典型实施例中，侧壁高度646、宽度644和深度642介于约40mm与约50mm之间，或处于其中包括的任何范围内。
当射频功率被供应至灯600时，射频功率通过单感应线圈607被传导至金属杆柱结构609。在围绕金属杆柱结构609和灯泡605形成的环状空间611内，产生了从单感应线圈607和金属杆柱结构609至导电套壳601的顶壁638的电场。所产生的电场中的至少一部分流动通过灯泡605，点燃灯泡605内所包含的等离子体并产生光。
继续参见图6A，图中所示的无线圈无极等离子灯包括无线圈射频输入杆613。该无线圈射频输入杆613可由实心材料或管状材料制成。在多个典型实施例中，无线圈射频输入杆613可包括导电材料。在其他典型实施例中，无线圈射频输入杆613可包括介电材料，所述介电材料涂覆、镀覆或以其他方式形成有导电材料。对于由介电体管状材料制成的无线圈射频输入杆613的实例而言，该管状材料的内表面或外表面或两个表面上可覆盖有导电材料。无线圈无极等离子灯602的作用方式与单感应线圈无极等离子灯600相似。
图6B至图6G的作用方式与上文结合图6A并通过实例描述的等离子灯都是相似的。然而，对于带线圈或无线圈形式的等离子灯而言，图中所示的多个典型实施例是为了实现一个或多个输入电容器659。
例如，图6B所示的实施例示出了单线圈无极等离子灯604和无线圈无极等离子灯606，每种灯都具有可调高功率电容器661B，该可调高功率电容器661B在第一端上被接地至导电套壳601的底壁640。可调电容器661B在第二端上通过导体元件661A被电耦合至单感应线圈607且在第一端上通过面板安装螺钉661D被电耦合至导电套壳601并通过螺母661C进行紧固。面板安装螺钉661D和螺母661C在可调高功率电容器661B与导电套壳601之间提供了电连接和机械连接。可调高功率电容器661B还包括螺钉调节机构661E用以可变地调节可调高功率电容器661B的电容值。
图6C所示的实施例示出了单线圈无极等离子灯608和无线圈无极等离子灯610，每种灯都具有可调高功率电容器663B，该可调高功率电容器663B被接地至导电套壳601的平行侧壁634、636中的至少一个侧壁。该可调高功率电容器663B在第一端上通过导体元件663A被耦合至单感应线圈607，且在第二端上通过面板安装螺钉663D被电耦合至导电套壳601并通过螺母663c进行紧固。面板安装螺钉663D和紧固用螺母663c在可调高功率电容器663B与导电套壳601之间提供了电连接和机械连接。可调高功率电容器663B还包括螺钉调节机构663E以便可变地调节可调高功率电容器663B的电容值。该实施例与图6B所示实施例是相似的，区别在于电容器被接地至侧壁而非底壁。由于地电压沿导电套壳601的侧部是连续可变的，因此当可调高功率电容器663B在不同位置处接地时，输入阻抗会略有不同。因此，对于灯的特定制造或安装应用场合而言，可调高功率电容器663B的安装点可能会有优先顺序。
图6D示出了单线圈无极等离子灯612和无线圈无极等离子灯614，每种灯具有由围绕内部导体651的输入侧设置的第一环状环671A和第二环状环671C形成的电容元件671。第一环状环671A和第二环状环671C通过可选的介电材料671B分开。然而，可选的介电材料671B可以是同样包括介电体体积空间615（例如空气）的材料。在一些实施例中，第二环状环671C也可以不是环状环，而是被电耦合至内部导体651的实心导电材料。电容元件671被成形在导电套壳601的体积空间内。尽管电容元件671的决定因素是介电材料671B的厚度，但第一环状环671A的第一尺寸D1可以为0.1mm至5mm，或其中包括的任何值。在一些实施例中，第一环状环671A的厚度t可与导电套壳601的厚度是相同的。在一些实施例中，第一环状环671A的厚度t可以为0.1mm至10mm，或其中包括的任何值。第二环状环671C的第二尺寸D2可以为1mm至40mm，或其中包括的任何值。尽管并未明确示出，但所属领域技术人员可设想多个附加的同心环状环（或与介电材料交织的金属的其他布置），所述同心环状环被交替地耦合至导电套壳601或内部导体651，且每个随后的环状环都通过介电材料与在前的环状环分开。附加的多个同心环状环增加了面积，且因此增加了附图所示的环状环上的电容。
在图6D所示的无线圈无极等离子灯614中，第二环状环671C可以是无线圈射频输入杆613的所有或一部分。另一种可选方式是，第二环状环671C可***置在内部导体651与无线圈射频输入杆613之间。
图6E示出了单线圈无极等离子灯616和无线圈无极等离子灯618，每种灯具有由围绕内部导体651的输入侧设置的第一环状环681A和第二环状环681C形成的电容元件681。第一环状环681A和第二环状环681C通过可选的介电材料681B分开。然而，可选的介电材料681B可以是同样包括介电体体积空间615（例如空气）的材料。在一些实施例中，第二环状环671C也可以不是环状环，而是被电耦合至内部导体651的实心导电材料。与图6D所示实施例中电容元件671被成形在导电套壳601的体积空间内不同的是，图6E所示的实施例具有成形于导电套壳601的体积空间外部的电容元件681。图6E所示导电套壳601可具有与图6D所示实施例相同的高度。另一种可选方式是，图6E所示实施例中的导电套壳601的高度可减少电容元件681的高度D2的全部或一部分。如同图6D所示的实施例那样，且尽管并未明确示出，但所属领域技术人员可设想多个附加的同心环状环，所述同心环状环被交替地耦合至导电套壳601或内部导体651，且每个随后的环状环都通过介电材料与在前的环状环分开。附加的多个同心环状环增加了面积，且因此增加了附图所示的环状环上的电容。
在图6E所示的无线圈无极等离子灯618中，第二环状环681C可以是无线圈射频输入杆613的所有或一部分。另一种可选方式是，第二环状环681C可***置在内部导体651与无线圈射频输入杆613之间。
图6F示出了单线圈无极等离子灯620和无线圈无极等离子灯622，每种灯具有由围绕内部导体651的输入侧设置的第一环状环691A（例如轴环或导电环面）和第二环状环691C形成的电容元件691。第一环状环691A和第二环状环691C通过可选的介电材料691B分开。然而，可选的介电材料691B可以是同样包括介电体体积空间615（例如空气）的材料。第一环状环691A从平行的侧壁634、636延伸至可选的介电材料691B。在一些实施例中，第一环状环691A可以是从平行的侧壁634、636延伸至可选的介电材料691B的多个导电杆。第一环状环691A的尺寸D5并不是关键的，只要其足以承载电容元件691所需的电流即可。在一些实施例中，第二环状环691C也可以不是环状环，而是被电耦合至内部导体651的实心导电材料。第二环状环691C的尺寸D3可以为1mm至40mm，或其中包括的任何值。在一些实施例中，第二环状环691C的厚度t可与导电套壳601的厚度是相同的。在一些实施例中，第二环状环691C的厚度t可以为0.1mm至10mm，或其中包括的任何值。
在图6F所示的无线圈无极等离子灯622中，第二环状环691C可以是无线圈射频输入杆613的所有或一部分。另一种可选方式是，第二环状环691C可***置在内部导体651与无线圈射频输入杆613之间。
图6G 示出了单线圈无极等离子灯624和无线圈无极等离子灯626，每种灯具有凸缘特征，所述凸缘特征形成了电容元件685，所述电容元件从中心导体向外延伸以便与导电套壳601的底壁640形成更大的交叠区域。导电套壳601的底壁640在电容元件685中形成第一导体，而第二导体685A形成了导电元件的第二导体。第二导体685A被电耦合至内部导体651且通过介电材料685B与底壁640分开。根据给定输入阻抗所需的电容值，第二导体685A和介电材料685B的尺寸D6可处在几毫米至导电套壳601的内部尺寸的范围内，或其中包括的任何值。在一些实施例中，还可基于所需输入阻抗选择厚度t1和t2。用于确定对于给定成组尺寸和介电体常数的电容值的等式在所属领域是公知的。
在图6G 所示的无线圈无极等离子灯626中，第二导体685A可以是无线圈射频输入杆613的所有或一部分。另一种可选方式是，第二导体685A可***置在内部导体651与无线圈射频输入杆613之间。
图6H示出了单线圈无极等离子灯628和无线圈无极等离子灯630，每种灯具有介电体定位材料665，所述介电体定位材料在邻近灯泡605的位置处围绕着金属杆柱结构609或无线圈输入杆。介电体定位材料665的实际尺寸并不关键，这是因为介电体定位材料665被用于将灯泡605机械地紧固在固定位置处。进一步地，介电体定位材料665可例如由石英或氧化铝形成，以便进一步降低灯的谐振频率。介电体定位材料665可与前文结合图6A至图6G所述的实施例中的任何实施例相结合地使用。
在图6A至图6H所示的实施例中的任何实施例内，单感应线圈607可具有处在从小于2个绕组至50个绕组范围内的任何绕组数量。在一些实施例中，绕组可以是包括多个部分的一个以上的绕组，且可以大于50个绕组。在另外的其他实施例中，绕组可以是一个绕组的一部分。
多个实施例所述的本发明的主题的一个优点在于：单感应线圈607和无线圈射频输入杆613有效地消散了来自位于导电套壳601内的灯泡605的热量，且因此改善了装置的热传递特性。即，单感应线圈607和无线圈射频输入杆613通过单感应线圈607和无线圈射频输入杆613的材料或涂层分别吸收了灯泡604产生的热能中的相当大一部分，同时将线圈或杆保持在所希望的温度下。这种所希望的温度导致单感应线圈607和无线圈射频输入杆613具有所希望的导电特性，从而能够根据特定实施例保持等离子灯的性能（例如效率）。在形成等离子体的过程中，产生了大量的热。由于单感应线圈607和无线圈射频输入杆613被直接耦合至保持着灯泡605的金属杆柱结构609，因此所产生的热量被传导进入例如底壁640和射频输入端口603内。此外，单感应线圈607的使用使得形成了表面积更大的热结构，其中所产生的热量可通过对流冷却被消散进入空气内。通过与周围空气形成更大的接触面积，更大量的热从灯泡605被消散。改善灯的热传递特性导致改善了可靠性和安全性。
正如本文所使用地，术语“线圈”或“电感器”可包括规则间隔的绕组或不规则间隔的绕组，以及螺旋形、矩形、螺旋状、环状、多边形或这些形状的任意组合、以及所属领域技术人员能够理解的其他形状。
多个电感器件和电容器件的实际值可取决于多种因素，这包括用于驱动射频功率的所需频率、灯的实际几何形状和与灯泡邻近的导电套壳的几何形状。例如，表1示出了对于多个特定典型实施例的给定输入频率而言，电容C（串联或并联）和电感L的特定值。
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然而，表1仅是一般指导性的，且可根据灯的特定设计产生很大变化。例如，在900MHz的驱动频率下，L的值可处在1nH至20nH的范围内，且C的值可处在0pF至20pF的范围内。在450MHz的驱动频率下，L的值可处在10nH至100nH的范围内，且C的值可处在0pF至40pF的范围内。在80MHz的驱动频率下，L可能处在100nH至1000nH（即0.1μΗ至1μΗ）的范围内，且C的值可处在0pF至100pF的范围内。对于无极灯的特定应用场合而言，80MHz是有用的驱动频率，这是因为该频率足够低，从而使得相关的功率放大器既具有较低的合理成本又兼具高效，且由于L并不太大（例如小于1000nH），因此灯套壳也并不太大。在40MHz的频率下，L的值可能在0.5μΗ至2μΗ之间，且C在0pF至200pF的范围内。40MHz是特定应用场合可用的另一频率，这是因为40.68MHz不是授权的ISM频带。在13MHz下，L可能处在1μΗ至20μΗ的范围内，且C可能处于0pF至500pF的范围内。13.56MHz是ISM频带的有用频率-注意，这是因为由于13.56MHz的谐波（即27.12MHz和40.68 MHz）也是ISM频带。这使得可降低对灯的屏蔽需求。
线圈匝数和尺寸受到所需电感的影响。在上文结合空气腔体中的圆形线圈所述的特定公式中，电感与绕匝数量n、每个绕匝的半径、和整体线圈长度成函数关系。
因此，在典型实施例中，无极等离子灯包括导电套壳，所述导电套壳包括介电材料；灯泡，所述灯泡包含填充物以便形成发光等离子体；射频（RF）供给装置，所述射频供给装置可被连接至射频功率源且被构造以便将射频功率耦合进入所述导电套壳内；至少一个导电施加器以便将来自所述导电套壳的功率施加到所述灯泡上；和至少一个集总感应元件，所述集总感应元件被耦合在所述射频供给装置与所述导电施加器之间。所述介电材料可以是空气。
所述导电套壳可限定出中空腔体且所述至少一个集总感应元件可被至少部分地定位在所述导电套壳内。所述至少一个集总感应元件可被耦合至所述射频供给装置且在所述导电套壳内延伸并终止于与所述灯泡的端部邻近的位置处。
在典型实施例中，所述至少一个集总感应元件是螺旋卷绕的线圈。所述线圈的半径可介于约2mm与约60mm之间。所述线圈的长度可介于约10mm与约200mm之间。在典型实施例中，所述线圈由中空材料卷绕而成。在一些实施例中，所述螺旋卷绕的线圈设有铁氧体材料，所述铁氧体材料具有高于空气的相对导磁率。所述集总感应元件可具有介于约5毫微亨与5000毫微亨之间的电感，这取决于所述等离子灯的工作频率。所述至少一个导电施加器可以是第一导电施加器，所述等离子灯进一步包括第二导电施加器，所述第一导电施加器和所述第二导电施加器位于与所述灯泡的彼此相对的端部邻近的位置处。所述至少一个集总感应元件可以是第一集总感应元件，所述等离子灯进一步包括第二集总感应元件，所述第一集总感应元件和所述第二集总感应元件从所述导电套壳的彼此相对的端壁延伸出来，所述第一集总感应元件被连接至位于与所述灯泡的第一端邻近的位置处的所述第一导电施加器，且所述第二集总感应元件被连接至位于与所述灯泡的第二端邻近的位置处的所述第二导电施加器。所述第二集总感应元件可被接地至所述导电套壳。
在典型实施例中，所述等离子灯进一步包括第一阻抗匹配网络（例如集总电容元件），所述第一阻抗匹配网络被连接在所述第一集总感应元件与所述射频供给装置之间。第二阻抗匹配网络可被连接在所述第二集总感应元件与第二射频供给装置之间。
在典型实施例中，所述导电套壳的上侧限定出开口，所述灯泡延伸穿过所述开口。所述灯泡可以是细长的并沿与平面平行的轴线延伸，所述导电套壳的上表面在所述平面中延伸。
所述至少一个集总感应元件可在所述导电套壳的谐振频率下提供四分之一波长相移。所述等离子灯的所述谐振频率可介于约10MHz与约500MHz之间。
所述射频供给装置可被设置在所述导电套壳的侧壁、端壁或底壁中，且所述至少一个集总感应元件从所述侧壁延伸进入所述导电套壳内，所述至少一个集总感应元件的端部部分朝向所述灯泡的端部延伸。
在典型实施例中，所述等离子灯包括灯泡支承组件以便将所述灯泡至少部分地支承在所述灯套壳内。所述灯泡支承件可包括细长通道结构，所述灯泡被座置在所述结构中；和隔开的导电施加器，所述导电施加器位于与所述灯泡的彼此相对的端部邻近的位置处，每个导电施加器被连接至位于所述导电套壳内的集总感应元件。所述隔开的导电施加器可保持所述灯泡，所述灯泡被捕获在所述细长通道结构内。
在典型实施例中，所述等离子灯包括等离子体变型元件以便改变在所述灯泡内形成的等离子体弧的形状和/或位置。所述等离子体变型元件可以是涂覆在形成所述细长通道结构的陶瓷材料上的导电元件。所述等离子体变型元件可以是导电元件，所述导电元件被定位以便将等离子体弧吸引向所述灯泡的暴露侧。
所述供给装置可以是被安装到所述导电套壳的端壁上的射频可释放连接器。在典型实施例中，所述导电套壳呈平行六面体形，所述平行六面体包括隔开的平行的侧壁、隔开的平行的端壁、和隔开的平行的顶壁和底壁，所述顶壁具有开口，所述灯泡至少部分地延伸通过所述开口。
进一步地，在典型实施例中，提供了一种将功率耦合至无极等离子灯中的灯泡的方法。所述方法可包括：提供无极等离子灯，所述无极等离子灯具有包括介电材料的导电套壳、和包含填充物以便形成发光等离子体的灯泡；将来自射频功率源的功率耦合进入所述导电套壳内；利用被设置在所述导电套壳内部的集总感应元件移动功率的相位；并且经由导电施加器将来自所述集总感应元件的功率耦合至所述灯泡。所述功率可经由与所述灯泡的端部邻近的所述导电施加器被耦合，且另一导电施加器提供了接地路径，所述导电施加器经由另一集总感应元件被耦合至所述导电套壳。

Claims (31)

1. 一种无极等离子灯，所述无极等离子灯包括：
导电套壳，所述导电套壳包括介电材料；
灯泡，所述灯泡包含填充物以便形成发光等离子体；
射频（RF）供给装置，所述射频供给装置可被连接至射频功率源且被构造以便将射频功率耦合进入所述导电套壳内；
至少一个导电施加器，以便将来自所述导电套壳的功率施加到所述灯泡上；和
至少一个集总感应元件，所述集总感应元件被耦合在所述射频供给装置与所述导电施加器之间。
2. 根据权利要求1所述的等离子灯，其中所述介电材料是空气。
3. 根据权利要求1所述的等离子灯，其中所述导电套壳限定出中空腔体且所述至少一个集总感应元件被至少部分地定位在所述导电套壳内。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的等离子灯，其中所述至少一个集总感应元件被耦合至所述射频供给装置且在所述导电套壳内延伸并终止于与所述灯泡的端部邻近的位置处。
5. 根据前述权利要求中任一项所述的等离子灯，其中所述至少一个集总感应元件是螺旋卷绕的线圈。
6. 根据权利要求5所述的等离子灯，其中所述线圈的半径介于约2mm与约60mm之间。
7. 根据权利要求5或6所述的等离子灯，其中所述线圈的长度介于约10mm与约200mm之间。
8. 根据权利要求5至7所述的等离子灯，其中所述线圈由中空材料卷绕而成。
9. 根据权利要求5至8中任一项所述的等离子灯，其中所述螺旋卷绕的线圈设有铁氧体材料，所述铁氧体材料具有高于空气的相对导磁率。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的等离子灯，其中所述集总感应元件具有介于约5毫微亨与5000毫微亨之间的电感，这取决于所述等离子灯的工作频率。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的等离子灯，其中所述至少一个导电施加器是第一导电施加器，所述等离子灯进一步包括第二导电施加器，所述第一导电施加器和所述第二导电施加器位于与所述灯泡的彼此相对的端部邻近的位置处。
12. 根据权利要求11所述的等离子灯，其中所述至少一个集总感应元件是第一集总感应元件，所述等离子灯进一步包括第二集总感应元件，所述第一集总感应元件和所述第二集总感应元件从所述导电套壳的彼此相对的端壁延伸出来，所述第一集总感应元件被连接至位于与所述灯泡的第一端邻近的位置处的所述第一导电施加器，且所述第二集总感应元件被连接至位于与所述灯泡的第二端邻近的位置处的所述第二导电施加器。
13. 根据权利要求12所述的等离子灯，其中所述第二集总感应元件可被接地至所述导电套壳。
14. 根据权利要求12或13所述的等离子灯，进一步包括第一阻抗匹配网络，所述第一阻抗匹配网络被连接在所述第一集总感应元件与所述射频供给装置之间。
15. 根据权利要求14所述的等离子灯，其中所述阻抗匹配网络是集总电容元件。
16. 根据权利要求2至15中任一项所述的等离子灯，进一步包括第二阻抗匹配网络，所述第二阻抗匹配网络被连接在所述第二集总感应元件与第二射频供给装置之间。
17. 根据前述权利要求中任一项所述的等离子灯，其中所述导电套壳的上侧限定出开口，所述灯泡延伸穿过所述开口。
18. 根据前述权利要求中任一项所述的等离子灯，其中所述灯泡是细长的并沿与平面平行的轴线延伸，所述导电套壳的上表面在所述平面中延伸。
19. 根据前述权利要求中任一项所述的等离子灯，其中所述至少一个集总感应元件在所述导电套壳的谐振频率下提供四分之一波长相移。
20. 根据权利要求19所述的等离子灯，其中所述谐振频率介于约10MHz与约500MHz之间。
21. 根据前述权利要求中任一项所述的等离子灯，其中所述射频供给装置被设置在所述导电套壳的端壁中，且所述至少一个集总感应元件从所述端壁延伸进入所述导电套壳内，所述至少一个集总感应元件的端部部分朝向所述灯泡的端部延伸。
22. 根据前述权利要求中任一项所述的等离子灯，进一步包括灯泡支承组件以便将所述灯泡至少部分地支承在所述导电套壳内。
23. 根据权利要求22所述的等离子灯，其中所述灯泡支承组件包括：
细长通道结构，所述灯泡被座置在所述结构中；和
隔开的导电施加器，所述导电施加器位于与所述灯泡的彼此相对的端部邻近的位置处，每个导电施加器被连接至位于所述导电套壳内的集总感应元件。
24. 根据权利要求23所述的等离子灯，其中所述隔开的导电施加器保持所述灯泡，所述灯泡被捕获在所述细长通道结构内。
25. 根据权利要求22至24中任一项所述的等离子灯，进一步包括等离子体变型元件以便改变在所述灯泡内形成的等离子体弧的形状和/或位置。
26. 根据权利要求25所述的等离子灯，其中所述等离子体变型元件是涂覆在形成所述细长通道结构的陶瓷材料上的导电元件。
27. 根据权利要求25或26所述的等离子灯，其中所述等离子体变型元件是导电元件，所述导电元件被定位以便将等离子体弧吸引向所述灯泡的暴露侧。
28. 根据权利要求1所述的等离子灯，其中所述射频供给装置是被安装到所述导电套壳的端壁上的射频可释放连接器。
29. 根据前述权利要求中任一项所述的等离子灯，其中所述导电套壳呈平行六面体形，所述平行六面体包括：
隔开的平行的侧壁；
隔开的平行的端壁；和
隔开的平行的顶壁和底壁，所述顶壁具有开口，所述灯泡至少部分地延伸通过所述开口。
30. 一种将功率耦合至无极等离子灯中的灯泡的方法，所述方法包括：
提供无极等离子灯，所述无极等离子灯具有包括介电材料的导电套壳、和包含填充物以便形成发光等离子体的灯泡；
将来自射频功率源的射频（RF）功率耦合进入所述导电套壳内；
利用被设置在所述导电套壳内部的集总感应元件移动功率的相位；并且
经由导电施加器将来自所述集总感应元件的功率耦合至所述灯泡。
31. 根据权利要求30所述的方法，其中所述功率经由与所述灯泡的端部邻近的所述导电施加器被耦合，且另一导电施加器提供了接地路径，所述导电施加器经由另一集总感应元件被耦合至所述导电套壳。
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