RU2161844C1 - Superhigh-frequency driver of electrode-free gaseous- discharge lamp - Google Patents

Abstract

FIELD: SHF technologies. SUBSTANCE: invention is related to SHF devices intended to pump electrode-free gaseous-discharge sources of optical radiation used in lighting fixtures and radiation sources. Proposed superhigh- frequency driver has coaxial transmission line which central conductor is provided with section protruding beyond limits of output end of outer conductor. Input of coaxial line is fitted with three-arm splitter in which output arm and arm incorporating short- circuiting switch having outer and central conductors common with coaxial line are positioned along axis common with coaxial line and in which input arm positioned along axis crossing axis common for short-circuited and output arms of splitter is located at distance equal to one quarter of working length of wave from short- circuiting switch. There is suggested implementation of central conductor common for short-circuited and output arms of splitter and for coaxial line in the form of tube inside which linking coupling with rod-holder is mounted for rotation about axis of tube. EFFECT: design of compact device simultaneously providing for improved spatial homogeneity of distribution of flux of optical radiation, for reduced harmful SHF radiation on working frequency and frequencies of harmonics, capability to use SHF driver together with various formers of flux of optical radiation. 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области техники сверхвысоких час тот (СВЧ), в частности к элементам коаксиальных линий передачи энергии СВЧ-электромагнитных колебаний. В более узком приложении изобретение относится к устройствам СВЧ-накачки безэлектродных газоразрядных источников оптического излучения, применяемых в светильниках и облучателях. The present invention relates to the field of ultra-high frequency (microwave) technology, in particular to elements of coaxial transmission lines of energy of microwave electromagnetic waves. In a narrower application, the invention relates to microwave pumping devices for electrodeless gas-discharge optical radiation sources used in lamps and irradiators.

Известны устройства СВЧ-возбудителей безэлектродных газоразрядных ламп, излучающих в видимой и ультрафиолетовой (УФ) областях спектра. В числе таких устройств, обладающих теми или иными признаками, сходными с предлагаемым нами объектом, следует отметить безэлектродный источник света по патенту США N4189661 от 19.02.1980; авторы Haugsjaa и др. - [1]. В этом устройстве СВЧ-энергия накачки передается безэлектродной лампе посредством участка коаксиальной линии, центральный проводник которой имеет выступающий из открытого выходного конца линии излучатель. Однако это устройство не содержит каких бы то ни было конструктивных элементов, обеспечивающих введение энергии в указанный участок коаксиальной линии. Представлена лишь условная схема подключения некоего источника СВЧ-энергии к условным же "клеммам" участка коаксиальной линии. Known devices for microwave exciters of electrodeless discharge lamps emitting in the visible and ultraviolet (UV) spectral regions. Among such devices having certain signs similar to our proposed object, an electrodeless light source according to US patent N4189661 of 02.19.1980 should be noted; authors Haugsjaa et al. - [1]. In this device, microwave pump energy is transmitted to an electrodeless lamp by means of a portion of a coaxial line, the central conductor of which has a radiator protruding from the open output end of the line. However, this device does not contain any structural elements that provide the introduction of energy into the specified section of the coaxial line. Only a conditional diagram of connecting a certain source of microwave energy to the conditional “terminals” of a section of a coaxial line is presented.

Другим известным аналогом предлагаемого нами устройства является объект, защищенный патентом США N 5448135 от 05.09.1995 г. Автор Simpson J.E. [2]. В этом объекте конструкция СВЧ-возбудителя безэлектродной лампы использует волноводный тракт, канализирующий через развязывающий вентиль СВЧ-энергию от магнетрона. Указанный волноводный тракт снабжен на выходном конце волноводно-коаксиальным переходником. При этом коаксиальный участок переходника имеет открытый выходной конец, состыкованный со светопрозрачным СВЧ-резонатором, внутрь которого сквозь рефлектор и стенку резонатора введена безэлектродная лампа, имеющая колбу сферической формы. Лампа расположена у открытого конца коаксиального участка упомянутого переходника и, находясь в СВЧ-поле, приводится во вращение вокруг оси, перпендикулярной оси центрального проводника коаксиального участка. Это вращение лампы осуществляется от электродвигателя, на валу которого закреплен принадлежащий лампе кварцевый стержень- держатель, несущий сферическую колбу лампы. Для охлаждения вращаемой сферической колбы в теле центрального проводника коаксиального участка вдоль его оси выполнена цилиндрическая полость, перекрытая на одном конце (т.е. несквозная) торцевым дырчатым соплом, формирующим n-струйный воздушный поток при введении в центральный проводник с противоположного конца охлаждающего воздуха. Another well-known analogue of the device we offer is an object protected by US patent N 5448135 from 09/05/1995. Author Simpson J.E. [2]. In this object, the design of the microwave exciter of an electrodeless lamp uses a waveguide channel that channels the microwave energy from the magnetron through an isolation valve. The specified waveguide path is equipped at the output end with a waveguide-coaxial adapter. In this case, the coaxial portion of the adapter has an open output end coupled to a translucent microwave resonator, into which an electrodeless lamp having a spherical bulb is inserted through the reflector and the cavity wall. The lamp is located at the open end of the coaxial portion of the said adapter and, being in the microwave field, is driven in rotation around an axis perpendicular to the axis of the central conductor of the coaxial portion. This rotation of the lamp is carried out by an electric motor, on the shaft of which a quartz rod-holder belonging to the lamp is fixed, carrying a spherical bulb of the lamp. To cool a rotating spherical bulb in the body of the central conductor of the coaxial section, a cylindrical cavity is made along its axis, which is blocked at one end (i.e., not through) by an end hole nozzle forming an n-jet air stream when cooling air is introduced into the central conductor from the opposite end.

Рассмотренный аналог по [2] обладает тем достоинством, что не требует введения дополнительных сопел или патрубков для воздушного охлаждения. Однако существенными недостатками устройства [2] являются следующие. The considered analogue according to [2] has the advantage that it does not require the introduction of additional nozzles or nozzles for air cooling. However, significant disadvantages of the device [2] are the following.

Во-первых, громоздкость устройства в целом, связанная с необходимостью использования прямоугольного волновода и волноводно-коаксиального переходника и с невозможностью непосредственного использования коаксиального СВЧ-тракта. Firstly, the bulkiness of the device as a whole, associated with the need to use a rectangular waveguide and a waveguide-coaxial adapter and the inability to directly use a coaxial microwave path.

Во-вторых, сложность и неоптимальность конструкции, связанная с необходимостью введения безэлектродной лампы и ее стержня-держателя в СВЧ-резонатор сквозь окно в его светопрозрачной стенке и сквозь окно в стенке внешнего рефлектора-формирователя светового потока. Эти окна искажают распределение светового потока и повышают уровень вредных СВЧ-излучений в окружающую среду. Secondly, the complexity and non-optimality of the design associated with the need to introduce an electrodeless lamp and its holder rod into the microwave cavity through a window in its translucent wall and through a window in the wall of an external reflector-shaper of the light flux. These windows distort the distribution of the light flux and increase the level of harmful microwave radiation into the environment.

Первый из указанных недостатков устранен в известной и выбранной в качестве прототипа конструкции устройства, защищенного патентом США N 5525865, кл. 315-39 (H 01 J 65/04) от 11.06.1996. Автор Simpson J.E [3]. Из конструктивных особенностей устройства [3], имеющих отношение к предлагаемой нами конструкции, необходимо выделить следующие. The first of these disadvantages is eliminated in the known and selected as a prototype device design, protected by US patent N 5525865, CL. 315-39 (H 01 J 65/04) dated 06/11/1996. By Simpson J.E [3]. Of the design features of the device [3] related to our design, it is necessary to distinguish the following.

Устройство содержит отрезок коаксиальной линии передачи, на выходном конце которой наружный проводник сочленен со светопрозрачным СВЧ-экраном, образующим наружную стенку СВЧ-резонатора. В СВЧ-резонаторе расположена безэлектродная лампа сферической формы, снабженная диэлектрическим стержнем-держателем, ось которого перпендикулярна оси коаксиальной линии передач. Указанный держатель проходит сквозь стенку СВЧ-резонатора наружу и сочленяется с двигателем, приводящим лампу во вращение. Сфера лампы расположена с некоторым зазором у торца центрального проводника коаксиальной линии передачи. Выходной конец указанной ко аксиальной линии состыкован без использования развязки (вентиля или циркулятора) посредством коаксиального СВЧ-адаптера с выходным устройством магнетрона. При этом в [3] предусмотрены различные варианты исполнения форм входного конца коаксиальной линии передачи на стыке с СВЧ-адаптером и с магнетроном. В частности, схематично представлены варианты контактной и безконтактной стыковки центрального проводника коаксиальной линии передачи с СВЧ-адаптером или с выходным устройством магнетрона. При этом в варианте безконтактной стыковки центрального проводника последний закреплен посредством диэлектрической центрирующей опорной шайбы. Как и в аналоге [2], в указанном центральном проводнике вдоль его оси выполнена цилиндрическая полость, перекрытая (т.е. несквозная) торцевым дырчатым соплом, направляющим воздушный поток на вращаемую сферу лампы. The device comprises a segment of a coaxial transmission line, at the output end of which the outer conductor is coupled to a translucent microwave screen forming the outer wall of the microwave resonator. In a microwave cavity there is a spherical electrodeless lamp equipped with a dielectric holder rod, the axis of which is perpendicular to the axis of the coaxial transmission line. The specified holder passes through the wall of the microwave resonator to the outside and is articulated with the motor that drives the lamp into rotation. The lamp sphere is located with a certain gap at the end of the central conductor of the coaxial transmission line. The output end of the indicated coaxial line is connected without the use of isolation (valve or circulator) by means of a coaxial microwave adapter with the magnetron output device. Moreover, in [3], various versions of the shapes of the input end of the coaxial transmission line at the interface with the microwave adapter and magnetron are provided. In particular, variants of contact and non-contact docking of the central conductor of a coaxial transmission line with a microwave adapter or with an output device of a magnetron are schematically presented. Moreover, in the variant of contactless docking of the central conductor, the latter is fixed by means of a dielectric centering support washer. As in the analogue [2], a cylindrical cavity is made along the axis in the indicated central conductor, blocked by an end-hole hole nozzle, directing the air flow to the rotating sphere of the lamp.

Для подвода охлаждающего воздуха предусмотрен патрубок, введенный в СВЧ-адаптер. For the supply of cooling air, a nozzle is inserted into the microwave adapter.

Конструкция [3] , обладая несомненным достоинством в компактности устройства в целом, полностью сохраняет второй недостаток, отмеченный нами выше применительно к устройству [2]. Тем не менее, по большинству признаков устройство [3] можно признать прототипом. The design [3], having an undoubted advantage in the compactness of the device as a whole, completely retains the second drawback that we noted above with respect to the device [2]. Nevertheless, according to most of the signs, the device [3] can be recognized as a prototype.

В прототипе [3], как и в аналогах [1,2], не предусмотрены средства фильтрации или снижения уровней СВЧ-излучений на частотах гармоник рабочей частоты накачки. In the prototype [3], as well as in analogues [1,2], there are no means for filtering or reducing the levels of microwave radiation at the harmonics of the operating pump frequency.

Конечной общей целью настоящего изобретения является создание компактного устройства СВЧ-возбудителя безэлектродных газоразрядных ламп, свободного от недостатков прототипа и, в частности, обеспечивающего пониженный уровень СВЧ-излучений в окружающую среду на рабочей частоте и на частотах побочных колебаний и, одновременно, повышенную пространственную однородность распределения оптического излучения. The ultimate general objective of the present invention is to provide a compact device of a microwave exciter of electrodeless discharge lamps, free from the disadvantages of the prototype and, in particular, providing a reduced level of microwave radiation into the environment at the operating frequency and at frequencies of side vibrations and, at the same time, increased spatial uniformity of distribution optical radiation.

Идеология построения СВЧ-возбудителя, отвечающего указанной цели, предусматривает использование в приборе вращаемой безэлектродной СВЧ-газоразрядной лампы, светопрозрачного СВЧ-резонатора с азимутально-симметричной топографией СВЧ-поля и коаксиального СВЧ-тракта, совокупность элементов которого (само их конструктивное исполнение и взаиморасположение) обеспечивает необходимое и достаточное совмещение всех электродинамических, механических, теплотехнических, световых и экологических функций. The ideology of constructing a microwave pathogen that meets this goal involves the use of a rotating electrodeless microwave gas discharge lamp, a translucent microwave resonator with an azimuthally symmetric topography of the microwave field and a coaxial microwave path, the combination of elements of which (their design and relative position) provides the necessary and sufficient combination of all electrodynamic, mechanical, heat engineering, light and environmental functions.

Техническими результатами осуществления предлагаемого изобретения являются:
1. Малогабаритность устройства в целом;
2. Улучшенная пространственная однородность распределения потока оптического излучения, что особенно важно при построении проекционных и световодных систем;
3. Уменьшенные вредные СВЧ-излучения на рабочей частоте и частотах гармоник, особенно - на частотах четных гармоник, что важно с позиций биологической безопасности и электромагнитной совместимости;
4. Расширенные возможности использования СВЧ-возбудителя совместно с различными формирователями потока оптического излучения, что важно с позиций создания новых модификаций осветительных и облучательных устройств.The technical results of the invention are:
1. The small size of the device as a whole;
2. Improved spatial uniformity of the distribution of the optical radiation flux, which is especially important when building projection and fiber-optic systems;
3. Reduced harmful microwave radiation at the operating frequency and harmonic frequencies, especially at even harmonic frequencies, which is important from the standpoint of biological safety and electromagnetic compatibility;
4. Expanded possibilities of using a microwave exciter in conjunction with various shapers of the optical radiation flux, which is important from the standpoint of creating new modifications of lighting and irradiation devices.

Поставленная цель и указанные технические результаты достигаются тем, что в СВЧ-возбудителе безэлектродной газоразрядной лампы, содержащем коаксиальную линию передачи, центральный проводник которой снабжен участком, выступающим за пределы выходного конца наружного проводника, коаксиальная линия на ее входном конце снабжена трехплечим разветвителем, в котором вдоль общей оси с коаксиальной линией размещены выходное плечо и плечо с короткозамыкателем, имеющие общие, с коаксиальной линией наружный и центральный проводники, а входное плечо расположено вдоль оси, пересекающей общую ось короткозамкнутого и выходного плеч разветвителя на расстоянии четверти рабочей длины волны от короткозамыкателя. The goal and the indicated technical results are achieved by the fact that in the microwave exciter of an electrodeless gas discharge lamp containing a coaxial transmission line, the central conductor of which is provided with a section protruding beyond the output end of the outer conductor, the coaxial line at its input end is equipped with a three-arm splitter, in which along the output axis and the arm with a short circuit are located on the common axis with the coaxial line; they have common external and central conductors with the coaxial line, and the input echo is disposed along an axis intersecting the common axis and a short-circuited output coupler shoulders at a distance a quarter of the operating wavelength of the short-circuiting.

Дополнительно предусмотрено выполнение в СВЧ- возбудителе центрального проводника, являющегося общим для короткозамкнутого и выходного плеч разветвителя, а также для коаксиальной линии, в виде трубки. Внутри этой трубки вдоль ее оси размещается с возможностью вращения вокруг этой оси присоединительная муфта для безэлектродной лампы. In addition, it is provided that the central conductor be shared in the microwave exciter, which is common for the short-circuited and output arms of the splitter, as well as for the coaxial line, in the form of a tube. Inside this tube, along its axis, a connecting sleeve for an electrodeless lamp is rotatably rotated around this axis.

Сопоставительный анализ предлагаемой конструкции СВЧ-возбудителя с уровнем техники и отсутствие описания аналогичного технического решения в известных источниках информации позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого устройства критерию "новизна". Заявленное устройство характеризуется совокупностью признаков, проявляющих новые качества, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень". A comparative analysis of the proposed design of the microwave exciter with the prior art and the lack of a description of a similar technical solution in known sources of information allows us to conclude that the proposed device meets the criterion of "novelty." The claimed device is characterized by a combination of features exhibiting new qualities, which allows us to conclude that the criterion of "inventive step".

На фиг. 1 представлено в продольном разрезе предлагаемое устройство СВЧ-возбудителя в сборе. In FIG. 1 shows in longitudinal section the proposed device of the microwave exciter assembly.

На фиг.2а, б, в показаны схематично фрагменты СВЧ-возбудителя в вариантах исполнения. On figa, b, c shows schematically fragments of a microwave exciter in embodiments.

В соответствии с идеей построения СВЧ-возбудителя, являющегося предметом изобретения, на фиг.1 показаны коаксиальная линия передачи 1, содержащая наружный проводник 2 и центральный проводник 3, имеющий участок 4, выступающий из выходного конца 5 коаксиальной линии передачи 1. Этот выходной конец 5 коаксиальной линии 1 и, в частности, выступающий участок 4 ее центрального проводника 3, играет роль СВЧ-излучателя. При этом центральный проводник 3 зафиксирован на входном конце 6 коаксиальной линии передачи 1 посредством диэлектрической (например, слюдяной) опорной шайбы 7. Входной конец 6 коаксиальной линии передачи 1 снабжен трехплечим СВЧ-разветвителем 8, обычно называемым "коаксиальным тройником". Сопряжение тройника 8 и, в частности, его выходного плеча 9, с входным концом 6 коаксиальной линии передачи 1, может быть выполнено дроссельным, дроссельно-контактным, контактным, разъемным или неразъемным и т.п., что не меняет сути изобретения. На фиг.1 для конкретизации конструктивного исполнения и с учетом удобства сборки-разборки устройства (по деталям, узлам и в целом), а также для обеспечения возможности использования специфических элементов, не являющихся предметом настоящего изобретения, но важных с позиции расширенной применимости СВЧ-возбудителя, представлено контакто-разъемное сопряжение выходного плеча 9 тройника 8 с входным концом 6 коаксиальной линии передачи 1. Контактно-разъемное сопряжение осуществлено в приведенной конструкции за счет резьбовых сочленений как с наружным 2, так и с центральным 3 проводниками коаксиальной линии передачи 1. In accordance with the idea of constructing the microwave exciter of the invention, FIG. 1 shows a coaxial transmission line 1 comprising an outer conductor 2 and a central conductor 3 having a portion 4 protruding from the output end 5 of the coaxial transmission line 1. This output end 5 coaxial line 1 and, in particular, the protruding section 4 of its Central conductor 3, plays the role of a microwave emitter. In this case, the central conductor 3 is fixed at the input end 6 of the coaxial transmission line 1 by means of a dielectric (for example, mica) support washer 7. The input end 6 of the coaxial transmission line 1 is equipped with a three-arm microwave splitter 8, usually called a "coaxial tee". The coupling of the tee 8 and, in particular, of its output arm 9, with the input end 6 of the coaxial transmission line 1, can be performed by throttle, throttle-contact, contact, detachable or integral, etc., which does not change the essence of the invention. Figure 1 to specify the design and taking into account the convenience of assembly-disassembly of the device (for parts, assemblies and in general), as well as to enable the use of specific elements that are not the subject of the present invention, but important from the standpoint of expanded applicability of the microwave exciter , presents contact-detachable coupling of the output arm 9 of the tee 8 with the input end 6 of the coaxial transmission line 1. Contact-detachable coupling is carried out in the above design due to threaded joints as with external 2 and central 3 conductors of coaxial transmission line 1.

В конструкции трехплечего СВЧ-разветвителя (тройника) 8, как показано на фиг. 1, центральный проводник 10, состыкованный в выходном плече 9 с центральным проводником 3 коаксиальной линии передачи 1, выполнен простирающимся вдоль ее оси во второе, короткозамкнутое плечо 11. Аналогичным образом выполнен и наружный проводник 12 тройника 8, состыкованный с наружным проводником 2 коаксиальной линии передачи 1. Отметим, что как наружные проводники 2 и 12, так и центральные проводники 3 и 10, могут быть выполнены в форме неразъемных элементов, т.е. зацело. Короткозамыкатель 13 в плече 11 тройника 8 выполнен гальванически контактирующим (например, посредством пайки) с центральным 10 и с наружным 12 проводниками тройника 8 в его плече 11. Этим обеспечивается силовое механическое крепление центральных проводников 3, 10. In the design of a three-armed microwave splitter (tee) 8, as shown in FIG. 1, the central conductor 10, docked in the output arm 9 with the central conductor 3 of the coaxial transmission line 1, is made extending along its axis into the second, short-circuited shoulder 11. The outer conductor 12 of the tee 8 is also similarly joined with the outer conductor 2 of the coaxial transmission line 1. Note that both the outer conductors 2 and 12, and the central conductors 3 and 10, can be made in the form of one-piece elements, i.e. whole. Short circuit 13 in the shoulder 11 of the tee 8 is made galvanically contacting (for example, by soldering) with the central 10 and the outer 12 conductors of the tee 8 in its shoulder 11. This provides mechanical mechanical fastening of the Central conductors 3, 10.

На расстоянии λ/4 (где λ - рабочая длина волны) от короткозамыкателя 13 выполнено третье (входное) плечо 14 трехплечего разветвителя 8, т.е. ось плеча 14 пересекает общую ось плеч 9, 11 на расстоянии λ/4 от короткозамыкателя 13. Тем самым плечо 11 является четвертьволновым короткозамкнутым шлейфом. Выбор длины короткозамкнутого плеча 11, равной λ/4, принципиален, т. к. при этом трехплечий разветвитель 8 наделяется функциями СВЧ-фильтра четных гармоник рабочей частоты. Это означает, что в выход ном плече 9 тройника 8 и далее на выходном конце 5 линии передачи 1 СВЧ-сигнал накачки будет характеризоваться пониженным уровнем помеховых составляющих. At a distance λ / 4 (where λ is the working wavelength) from the short circuit 13, the third (input) arm 14 of the three-arm splitter 8 is made, i.e. the axis of the arm 14 intersects the common axis of the arms 9, 11 at a distance λ / 4 from the short circuit 13. Thus, the arm 11 is a quarter-wave short-circuited loop. The choice of the length of the short-circuited arm 11, equal to λ / 4, is fundamental, since the three-arm splitter 8 is endowed with the functions of a microwave filter of even harmonics of the operating frequency. This means that in the output arm 9 of the tee 8 and further on the output end 5 of the transmission line 1, the microwave pump signal will be characterized by a reduced level of interfering components.

Входное (третье) плечо 14 разветвителя 8 содержит центральный проводник 15, гальванически контактирующий (например, посредством пайки) с центральным проводником 12 разветвителя 8. The input (third) arm 14 of the splitter 8 comprises a central conductor 15 galvanically in contact (for example, by soldering) with the central conductor 12 of the splitter 8.

На фиг. 1 ось входного плеча 14 расположена перпендикулярно общей оси плеч 9 и 10. Это, однако, не является обязательным. При необходимости ось входного плеча 14 может быть расположена наклонно к общей оси плеч 9, 11 (фиг. 2в). Входное плечо 14, предназначенное для стыковки с источником СВЧ-энергии накачки, снабжено коаксиальным СВЧ-разъемом 17, который для конкретности показан на фиг. 1 в исполнении, содержащим скользящий разъемный контакт 18 центрального проводника 15 плеча 14 с центральным проводником 19 коаксиального СВЧ-адаптера 20. В СВЧ-разъеме 17 выполнен резьбовой контакт 21 наружного проводника 16 плеча 14 с наружным проводником 22 коаксиального СВЧ-адаптера 20. Указанный СВЧ-разъем 17 плеча 14 может быть выполнен дроссельным или комбинированным (дроссельно-контактным), что не меняет сущности изобретения, поэтому варианты исполнения СВЧ-разъема 17 здесь не рассматриваются. In FIG. The axis 1 of the input arm 14 is perpendicular to the common axis of the arms 9 and 10. This, however, is not necessary. If necessary, the axis of the input shoulder 14 may be inclined to the common axis of the shoulders 9, 11 (Fig. 2B). The input arm 14, designed to interface with the microwave pump energy source, is provided with a coaxial microwave connector 17, which is shown in FIG. 1 in a design comprising a sliding detachable contact 18 of the central conductor 15 of the arm 14 with the central conductor 19 of the coaxial microwave adapter 20. In the microwave connector 17, a threaded contact 21 of the outer conductor 16 of the arm 14 with the outer conductor 22 of the coaxial microwave adapter 20. The specified microwave the connector 17 of the arm 14 can be made throttle or combined (throttle-contact), which does not change the essence of the invention, therefore, embodiments of the microwave connector 17 are not considered here.

Детальное устройство коаксиального СВЧ-адаптера 20, предназначенного для электродинамической связи СВЧ-возбудителя с источником СВЧ-энергии, мы оставляем вне рассмотрения, поскольку применительно к предмету настоящего изобретения существенно лишь то, что СВЧ-адаптер 20 выполнен как элемент, принадлежащий входному плечу 14 и состыкован с его разъемом 17. Из аналогичных соображений лишь схематично показан на фиг.1 упомянутый источник СВЧ-энергии 23, в качестве которого здесь (как и во многих других устройствах, например, в микроволновых печах, СВЧ-стерилизаторах и т.п.) использован магнетрон непрерывного действия, т.н. "печной магнетрон". The detailed device of the coaxial microwave adapter 20, designed for electrodynamic coupling of the microwave exciter to the microwave energy source, we leave out of consideration, as applied to the subject of the present invention, it is only essential that the microwave adapter 20 is made as an element belonging to the input arm 14 and docked with its connector 17. For similar reasons, only the above-mentioned microwave energy source 23 is shown schematically in FIG. 1, the quality of which is here (as in many other devices, for example, in microwave ovens, Microwave sterilizers, etc.) a continuous magnetron is used, the so-called "furnace magnetron".

На фиг. 1 применительно к использованию предлагаемого устройства для СВЧ-возбуждения безэлектродных газоразрядных ламп представлены нижеследующие элементы и позиции. In FIG. 1 with regard to the use of the proposed device for microwave excitation of electrodeless discharge lamps, the following elements and positions are presented.

Так в состыкованных вдоль общей оси центральных проводниках 10 и 3 соосно выполнена сквозная цилиндрическая полость 24, чем образована трубка, внутри которой соосно размещен с возможностью вращения узел 25, состоящий из собственно безэлектродной газоразрядной лампы 26, снабженной диэлектрическим (например, кварцевым) держателем 25, закрепленным (например, посредством клея-цемента) в металлической присоединительной муфте. Муфта 28, в свою очередь, соосно посажена и закреплена на валу 29 электродвигателя 30. Двигатель 30 показан условно, а элементы его крепления и юстировки не показаны вовсе, как не имеющие защищаемых настоящим изобретением признаков. Столь же условно и схематично на фиг.1 показан фланец 31, расположенный на наружном проводнике 12 у выходного плеча 9 разветвителя (тройника) 8. Этот фланец 31 предназначен для крепления светопрозрачного СВЧ-экрана 32, образующего СВЧ-резонатор, и для установки рефлектора 33 - формирователя потока оптического излучения. Thus, in the central conductors 10 and 3 joined along the common axis, a through cylindrical cavity 24 is coaxially formed, which forms a tube, inside of which a node 25 is coaxially placed rotatably, consisting of an electrodeless gas discharge lamp 26 itself, equipped with a dielectric (e.g., quartz) holder 25, fixed (for example, by means of cement glue) in a metal coupling. The clutch 28, in turn, is coaxially mounted and mounted on the shaft 29 of the electric motor 30. The motor 30 is shown conditionally, and the elements of its fastening and alignment are not shown at all, as they do not have the features protected by the present invention. Equally conventionally and schematically, Fig. 1 shows a flange 31 located on the outer conductor 12 at the output arm 9 of the splitter (tee) 8. This flange 31 is used for mounting a translucent microwave screen 32 forming a microwave resonator and for installing a reflector 33 - shaper flow of optical radiation.

Показанные и непоказанные на фиг.1 крепежные детали пояснения не требуют. Следует отметить лишь, что в муфте 28, центральном проводнике 10 и наружном проводнике 12 выполнены соответственно отверстия 34, 35, 36. В отверстие 36 введен световод 37 - транслятор информации о наличии света и вращения лампы. Устройства сбора и обработки этой информации и органы управления и схемы не показаны. Shown and not shown in Fig. 1 fasteners do not require explanation. It should be noted only that in the coupling 28, the central conductor 10 and the outer conductor 12, respectively, the holes 34, 35, 36 are made. An optical fiber 37 is inserted into the hole 36 — a translator of information about the presence of light and rotation of the lamp. The devices for collecting and processing this information and the controls and circuits are not shown.

Следует отметить, что СВЧ-возбудитель предложенной конструкции в "усеченном" виде, не противореча сущности изобретения, может быть применен для питания СВЧ-энергией не только безэлектродных газоразрядных ламп, но и рабочих камер СВЧ-печей и других устройств, в чем состоит его универсальность. Так, в отсутствие позиций 25, 30, 32, 33 и состыковывая фланец 31 с рабочей камерой СВЧ-печи (вместо рефлектора 33), получим СВЧ-возбудитель последней. It should be noted that the microwave exciter of the proposed design in a “truncated” form, without contradicting the essence of the invention, can be used to power microwave energy not only electrodeless discharge lamps, but also the working chambers of microwave ovens and other devices, which is its universality . So, in the absence of positions 25, 30, 32, 33 and docking the flange 31 with the working chamber of the microwave oven (instead of the reflector 33), we obtain the microwave exciter of the latter.

На фиг. 2 показаны некоторые возможные варианты исполнения элементов СВЧ-возбудителя. In FIG. 2 shows some possible embodiments of the elements of the microwave exciter.

На фиг.2а показана коаксиальная линия передачи 1, центральный проводник 3 которой на выступающем участке 4 выполнен в форме контрзеркала 38, отражающего излучения лампы 26, направленные в сторону выходного конца 5 коаксиальной линии передачи 1, обратно в центр лампы 26. Этим достигается улучшенное формирование светового потока. Fig. 2a shows a coaxial transmission line 1, the central conductor 3 of which on the protruding portion 4 is made in the form of a counter-mirror 38, reflecting the radiation of the lamp 26, directed towards the output end 5 of the coaxial transmission line 1, back to the center of the lamp 26. This provides improved formation luminous flux.

На фиг.2б, тот же выступающий участок 4 центрального проводника 3 коаксиальной линии передачи 1 показан в исполнении, соответствующем наличию вблизи лампы 26 деконцентратора электрического СВЧ-поля 39. Скругленная форма этого деконцентратора 39 способствует повышению "пробивной" электрической прочности выходного конца 5 коаксиальной линии передачи 1, что особенно важно, если есть необходимость в повышении мощности СВЧ-накачки. On figb, the same protruding section 4 of the Central conductor 3 of the coaxial transmission line 1 is shown in the design corresponding to the presence near the lamp 26 of the deconcentrator of the electric microwave field 39. The rounded shape of this deconcentrator 39 helps to increase the "breakdown" electric strength of the output end 5 of the coaxial line transmission 1, which is especially important if there is a need to increase the power of microwave pumping.

На фиг.2в схематично показано устройство с наклонной осью входного плеча 14 тройника 8. On figv schematically shows a device with an inclined axis of the input arm 14 of the tee 8.

Предложенное устройство работает следующим образом. При включении магнетрона 3 - источника СВЧ-накачки - мощность поступает через СВЧ-адаптер 20 и СВЧ-разъем 17 во входное плечо 14 трехплечего СВЧ-разветвителя 8. Короткозамкнутое четвертьволновое плечо 11 на рабочей частоте имеет бесконечно большое входное сопротивление и, тем самым, не влияет на распространение волны в выходное плечо 9. Однако для частот 2-й 4-й и других четных гармоник входное сопротивление короткозамкнутого плеча 11 стремится к нулю. Тем самым электромагнитные колебания четных гармоник, содержащиеся в спектре "сигнала", генерируемого магнетроном 23, отфильтровываются и не проходят в выходное плечо 9 разветвителя 8. Это означает, что и в сигналах, просачивающихся сквозь СВЧ-экран 32 в окружающую среду, уровень паразитных излучений на частотах четных гармоник будет существенно пониженным, а следовательно, будут достигнуты улучшенные качества устройства в целом в части требований электромагнитной совместимости. The proposed device operates as follows. When the magnetron 3, the microwave pump source, is turned on, power is supplied through the microwave adapter 20 and the microwave connector 17 to the input arm 14 of the three-armed microwave splitter 8. The short-circuited quarter-wave arm 11 at the operating frequency has an infinitely large input impedance and, therefore, does not affects the propagation of the wave in the output arm 9. However, for the frequencies of the 2nd 4th and other even harmonics, the input impedance of the short-circuited arm 11 tends to zero. Thus, the electromagnetic oscillations of even harmonics contained in the spectrum of the “signal” generated by the magnetron 23 are filtered out and do not pass into the output arm 9 of the splitter 8. This means that in the signals that leak through the microwave screen 32 into the environment, the level of spurious emissions at frequencies of even harmonics will be significantly reduced, and therefore, improved quality of the device as a whole will be achieved in terms of electromagnetic compatibility requirements.

СВЧ-энергия накачки из выходного плеча 9 разветвителя 8 поступает в коаксиальную линию передачи 1 и излучается из ее выходного конца 5 с выступающим участком 4 центрального проводника 3. Эта излученная СВЧ-энергия возбуждает в СВЧ-резонаторе, пространственно ограниченном светопрозрачным СВЧ-экраном 32, рабочий вид колебаний, в электромагнитном поле которого "зажигается" разряд лампы 26. При включенном электродвигателе 30 происходит вращение узла 25, а, следовательно, лампы 26, чем достигается требуемая равномерность распределения температуры оболочки лампы 26 и свечения плазмы рабочего вещества- наполнителя. При "горении" разряда в лампе 26 свет проникает по кварцевому стержню-держателю 27 в муфту 28 и через отверстие 34 вращающейся муфты 28, отверстие 35 в неподвижном центральном проводнике 10, отверстие 36 в наружном проводнике 12 в световод 37. Из-за вращения муфты 28 отверстие 34 засвечивает световод 37 периодическим (промодулированным) светом. Модулированный свет через световод 37 поступает в непоказанный на фиг.1 фотоприемник и несет информацию о "нормальном" режиме работы устройства в целом. The microwave pump energy from the output arm 9 of the splitter 8 enters the coaxial transmission line 1 and is emitted from its output end 5 with the protruding portion 4 of the central conductor 3. This radiated microwave energy excites in a microwave cavity spatially bounded by a translucent microwave screen 32, operating mode of oscillations, in the electromagnetic field of which the discharge of the lamp 26 is “ignited”. When the electric motor 30 is switched on, the assembly 25 rotates, and therefore the lamp 26, thereby achieving the required uniformity of the temperature distribution olochki lamp 26 and the plasma luminescence working veschestva- filler. When the discharge is "burned" in the lamp 26, light penetrates through the quartz rod-holder 27 into the sleeve 28 and through the hole 34 of the rotary sleeve 28, the hole 35 in the fixed center conductor 10, the hole 36 in the outer conductor 12 into the light guide 37. Due to the rotation of the sleeve 28, the hole 34 illuminates the light guide 37 with periodic (modulated) light. Modulated light through the light guide 37 enters the photodetector, not shown in FIG. 1, and carries information about the “normal” mode of operation of the device as a whole.

Погасание лампы 26, самопроизвольное (или аварийное) прекращение вращения узла 25 (его пробуксовка на валу 29) или работы двигателя 30 приведет к искажению или исчезновению модулированного информационного светового сигнала, и непоказанная на фиг. 1 схема управления произведет выключение магнетрона и цепи питания. The extinction of the lamp 26, spontaneous (or emergency) cessation of rotation of the assembly 25 (its slipping on the shaft 29) or of the operation of the engine 30 will lead to a distortion or disappearance of the modulated information light signal, and not shown in FIG. 1 control circuit will turn off the magnetron and the power circuit.

Таким образом, СВЧ-возбудитель выполняет необходимые функции и обладает достоинством в соответствии с целями изобретения. Thus, the microwave exciter performs the necessary functions and has the advantage in accordance with the objectives of the invention.

Литература
1. Патент США N 4189661 от 19.02.1980. Автор Haugsjaa и др.Literature
1. US patent N 4189661 from 02.19.1980. Posted by Haugsjaa et al.

2. Патент США N 5448135 от 05.09.1995. Автор Simpson J.E. 2. US patent N 5448135 from 09/05/1995. Posted by Simpson J.E.

3. Патент США N 5525865 НКИ: 315-39 (МКИ: H 01 J 65/04) от 11.06.1996. Автор Simpson J.E. - прототип. 3. US patent N 5525865 NKI: 315-39 (MKI: H 01 J 65/04) from 11/11/1996. Posted by Simpson J.E. - prototype.

Claims (1)

Сверхвысокочастотный возбудитель безэлектродной газоразрядной лампы, содержащий коаксиальную линию передачи, центральный проводник которой снабжен участком, выступающим за пределы выходного конца наружного проводника, отличающийся тем, что коаксиальная линия на ее входном конце снабжена трехплечим разветвителем, в котором вдоль общей оси с коаксиальной линией размещены выходное плечо и плечо с короткозамыкателем, имеющие общие с коаксиальной линией наружный и центральный проводники, а входное плечо расположено вдоль оси, пересекающей общую ось короткозамкнутого и выходного плеч разветвителя на расстоянии четверти рабочей длины волны от короткозамыкателя, причем общий центральный проводник коаксиальной линии передачи, выходного и короткозамкнутого плеч разветвителя выполнен в виде трубки, внутри которой вдоль оси размещена с возможностью вращения вокруг этой оси присоединительная муфта со стержнем-держателем безэлектродной лампы. A microwave exciter of an electrodeless discharge lamp containing a coaxial transmission line, the central conductor of which is provided with a portion protruding beyond the output end of the outer conductor, characterized in that the coaxial line at its input end is provided with a three-arm splitter, in which the output arm is arranged along a common axis with the coaxial line and the arm with a short circuit, having the outer and central conductors common with the coaxial line, and the input arm is located along the axis, I cross the common axis of the short-circuited and output branches of the splitter at a quarter of the operating wavelength from the short-circuit, the common central conductor of the coaxial transmission line, output and short-circuited arms of the splitter is made in the form of a tube, inside of which, along the axis, a connecting sleeve with a rod - holder of an electrodeless lamp.

Images