RU2191443C1 - Electrodeless gas-discharge lamp - Google Patents
Electrodeless gas-discharge lamp Download PDFInfo
- Publication number
- RU2191443C1 RU2191443C1 RU2001126907A RU2001126907A RU2191443C1 RU 2191443 C1 RU2191443 C1 RU 2191443C1 RU 2001126907 A RU2001126907 A RU 2001126907A RU 2001126907 A RU2001126907 A RU 2001126907A RU 2191443 C1 RU2191443 C1 RU 2191443C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microwave
- lamp
- resonator
- rack
- reflector
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)
- Non-Portable Lighting Devices Or Systems Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области светотехники и техники сверхвысокочастот (СВЧ). В более узком приложении заявляемый объект относится к осветительным и облучательным устройствам, используемым для создания потоков оптического излучения в видимой или в ультрафиолетовой (УФ) частях спектра. В конкретном идеологическом и конструктивном построении заявляемый объект относится к возбудителям безэлектродных СВЧ-газоразрядных ламп и оптическим излучателям на их основе. The invention relates to the field of lighting and microwave technology. In a narrower application, the claimed object relates to lighting and irradiation devices used to create optical radiation fluxes in the visible or ultraviolet (UV) parts of the spectrum. In a specific ideological and constructive construction, the claimed object relates to pathogens of electrodeless microwave gas-discharge lamps and optical emitters based on them.
Известны устройства СВЧ возбудителей безэлектродных ламп и соответствующих светильников, в которых лампа размещена в осесимметричном СВЧ-резонаторе, имеющем светопрозрачные участки стенки, например, из металлической сетки. There are known devices of microwave exciters of electrodeless lamps and corresponding luminaires in which the lamp is placed in an axisymmetric microwave resonator having translucent sections of the wall, for example, of a metal mesh.
При этом в известных устройствах безэлектродная лампа располагается в зоне пучности СВЧ-электрического поля, топография которого на выбранном рабочем виде колебаний заранее известна. Moreover, in known devices, the electrodeless lamp is located in the antinode zone of the microwave electric field, the topography of which on the selected operating mode of oscillation is known in advance.
В зависимости от того, на каком виде работает резонатор (ТЕМp, ТЕmnp, TMmnp) топографии поля присущи азимутальные (при m≠0), радиальные (при n≠0), осевые (при р≠0) вариации поля.Depending on the type of resonator (TEM p , TE mnp , TM mnp ) the topography of the field is characterized by azimuthal (at m ≠ 0), radial (at n ≠ 0), axial (at p ≠ 0) field variations.
Это, если не применять дополнительные меры, в том числе - вращение лампы, порождает неоднородное теплораспределение в оболочке лампы и определяет пространственную несимметричность и/или неравномерность светящего плазменного тела. This, if you do not apply additional measures, including rotation of the lamp, generates an inhomogeneous heat distribution in the shell of the lamp and determines the spatial asymmetry and / or unevenness of the luminous plasma body.
В этой ситуации, усугубляемой переотражениями светового потока от светонепрозрачных и частично прозрачных участков СВЧ-резонатора, получение требуемой формы диаграммы направленности излучения (кривой силы света - КСС) оказывается непростой задачей даже при использовании корректирующих линз, внешних рефлекторов с оптимизированными рельефом и кривизной отражающей поверхности, а также внутрирезонаторных контрзеркал (в том числе - дихроичных рефлекторов). In this situation, exacerbated by the reflections of the light flux from the opaque and partially transparent sections of the microwave cavity, obtaining the required shape of the radiation pattern (luminous intensity curve - KSS) is not an easy task even when using corrective lenses, external reflectors with optimized relief and curvature of the reflecting surface, as well as intracavity counter-mirrors (including dichroic reflectors).
Из известных примеров применения дополнительных средств для улучшения формы светового потока, излучаемого плазменным телом безэлектродного СВЧ-разряда, следует упомянуть техническое решение, описанное, в частности, в Патенте США 5334913, по кл. Н 05 В 41/16 (НКИ: 315/248) опубликов. 02.08.1994 (авторы M.G.Ury и др. - [1]) и являющееся в известной мере аналогом предлагаемого объекта. From known examples of the use of additional means to improve the shape of the light flux emitted by a plasma body of an electrodeless microwave discharge, we should mention the technical solution described, in particular, in US Pat. No. 5,334,913 to class. H 05 B 41/16 (NKI: 315/248) published. 08/02/1994 (authors M.G.Ury et al. - [1]) and which is to a certain extent an analogue of the proposed facility.
Так, в [1] в светопрозрачном (сетчатом) СВЧ-резонаторе, имеющем цилиндрическую форму и работающем на ТЕ11p-виде колебаний (т.е. на виде, характеризующемся азимутально неоднородным СВЧ-электрическим полем), размещена сферическая безэлектродная лампа.So, in [1], a spherical electrodeless lamp was placed in a translucent (mesh) microwave resonator having a cylindrical shape and operating on a TE 11p- type of vibrations (ie, in a form characterized by an azimuthally inhomogeneous microwave electric field).
Так как поле азимутально неоднородно, то для придания светящему "телу" равнояркой сферической формы и во избежание локальных перегревов кварцевой оболочки предусмотрено вращение лампы и принудительное ее охлаждение. Это обеспечивает практически сферическую форму плазменного светящего тела, которое можно рассматривать как квазиточечный источник света. Этот источник может быть геометрически совмещен с оптическим фокусом внешнего по отношению к СВЧ-резонатору рефлектора (в частности, параболоида). Однако световые лучи, радиально исходящие из указанного квазиточечного источника в направлении торцевых и боковой стенок резонатора, переотражаясь, не сходятся в фокусе, и это снижает качество формирования результирующего светового потока. Поэтому в [1] кроме внешнего по отношению к СВЧ-резонатору рефлектора предусмотрена постановка непосредственно в СВЧ-резонаторе дополнительного отражателя - дихроичного рефлектора, отражающего световой поток, но пропускающего СВЧ-энергию. На фигуре, приведенной в описании устройства по патенту [I], схематично показан дихроичный рефлектор (позиция 21), светоотражающая поверхность которого, обращенная к лампе, выполнена вогнутой. Since the field is azimuthally inhomogeneous, to give the luminous "body" a uniformly spherical shape and to avoid local overheating of the quartz shell, rotation of the lamp and its forced cooling are provided. This provides an almost spherical shape of the plasma luminous body, which can be considered as a quasi-point light source. This source can be geometrically combined with the optical focus of the reflector external to the microwave cavity (in particular, the paraboloid). However, light rays radially emanating from the indicated quasi-point source in the direction of the end and side walls of the resonator, being reflected, do not converge in focus, and this reduces the quality of formation of the resulting light flux. Therefore, in [1], in addition to the reflector external to the microwave resonator, an additional reflector is set up directly in the microwave resonator — a dichroic reflector reflecting the light flux but transmitting microwave energy. The figure shown in the description of the device according to the patent [I] schematically shows a dichroic reflector (position 21), the reflective surface of which, facing the lamp, is made concave.
В конструкции по [1] крепление дихроичного рефлектора не показано. Из описания следует, что материал рефлектора - диэлектрик с малыми СВЧ-потерями и относительно малой диэлектрической постоянной, в частности кварц. На вогнутой поверхности этого диэлектрика имеются тонкие (четвертьволновые) диэлектрические же чередующиеся слои (с низким и высоким коэффициентами преломления). Соосное с лампой крепление такого дихроичного рефлектора в требуемой позиции по отношению к лампе и резонатору (с учетом недопустимости повреждения поверхности и кромок рефлектора, а также деформации стенок СВЧ-резонатора и поломки лампы) сопряжено с рядом трудностей. Если же при постановке дихроичного рефлектора и/или в рабочем режиме возникнут его радиальные или аксиальные смещения либо перекосы, то следствием этого окажутся нежелательные искажения в направлениях переотраженных и исходящих из резонатора лучей. In the design according to [1], the mounting of a dichroic reflector is not shown. It follows from the description that the material of the reflector is an insulator with low microwave losses and a relatively small dielectric constant, in particular quartz. On the concave surface of this dielectric there are thin (quarter-wave) dielectric alternating layers (with low and high refractive indices). Mounting such a dichroic reflector coaxially with a lamp in the required position with respect to the lamp and the resonator (taking into account the inadmissibility of damage to the surface and edges of the reflector, as well as the deformation of the walls of the microwave cavity and lamp failure) is fraught with a number of difficulties. If, however, during the installation of the dichroic reflector and / or in the operating mode, its radial or axial displacements or distortions occur, then the result will be undesirable distortions in the directions of the rays reflected and emanating from the resonator.
Радиальные смещения дихроичного рефлектора, естественно, будут менее опасными, если его отражающая поверхность будет плоской и перпендикулярной к продольной оси резонатора. Такая (плоская) форма дихроичного рефлектора и его перпендикулярное закрепление в СВЧ-резонаторе предусмотрены, например, в Патенте США 5841233, кл. Н 01 J 65/04 (НКИ: 315/39) опубликов. 24.11.1998, авторы M.G.Ury и др. - [2], а также в Патентах США 5811936, кл. Н 01 J 65/04 (НКИ: 315/39) с тем же приоритетом, авторы B.Turner и др. - [3]; 5866990, кл. Н 05 В 37/00 (НКИ: 315/248), опубликов. 02.02.1999 - [4]; 5847517, кл. Н 05 В 41/16 (НКИ: 315/248), опубликов. 08.12.998 - [5] и др. Все перечисленные устройства, которые также можно отнести к числу аналогов заявляемого нами объекта, имеют осесимметричный СВЧ-резонатор с рабочим видом колебаний ТЕ111, вращаемую сферическую безлектродную СВЧ-газоразрядную лампу на диэлектрическом консольном стержне-держателе. При этом указанный консольный стержень-держатель расположен на продольной оси СВЧ-резонатора и простирается в светонепрозрачный участок резонатора сквозь центральное отверстие в дихроичном рефлекторе и далее, сквозь центральное же отверстие в светонепрозрачной торцевой стенке СВЧ-резонатора - к устройству сочленения с приводным валом двигателя. Упомянутая светонепрозрачная торцевая стенка СВЧ-резонатора во всех аналогах [1-5] выполнена плоской, поскольку не призвана выполнять функции рефлектора. Эти функции выполняет дихроичный рефлектор (он расположен между лампой и светонепрозрачной стенкой СВЧ-резонатора). Общим для всех аналогов признаком, находящимся в русле технических решений, предлагаемых в заявляемом объекте, является введение внутрь СВЧ-резонатора средств переотражения светового потока. Под эту общую характеристику "средств" подпадают дихроичные рефлекторы любых форм и местоположений.The radial displacements of the dichroic reflector, of course, will be less dangerous if its reflective surface is flat and perpendicular to the longitudinal axis of the resonator. Such a (flat) shape of the dichroic reflector and its perpendicular fixing in the microwave cavity are provided, for example, in US Patent 5841233, cl. H 01 J 65/04 (NKI: 315/39) published. 11.24.1998, authors MGUry and others - [2], as well as in US Patents 5811936, CL. H 01 J 65/04 (NKI: 315/39) with the same priority, authors B. Turner et al. - [3]; 5866990, cl. H 05 B 37/00 (NKI: 315/248), published. 02/02/1999 - [4]; 5847517, cl. H 05 B 41/16 (NKI: 315/248), published. 12/08/1998 - [5] and others. All of the above devices, which can also be attributed to the analogues of the object we are proposing, have an axisymmetric microwave resonator with a working mode of oscillation TE 111 , a rotating spherical electrodeless microwave gas discharge lamp on a dielectric cantilever rod holder . At the same time, the indicated cantilever rod-holder is located on the longitudinal axis of the microwave resonator and extends into the opaque section of the resonator through the central hole in the dichroic reflector and then through the central hole in the opaque end wall of the microwave resonator to the coupling device with the motor drive shaft. The mentioned opaque end wall of the microwave cavity in all analogues [1-5] is made flat, since it is not intended to serve as a reflector. These functions are performed by a dichroic reflector (it is located between the lamp and the translucent wall of the microwave cavity). A common feature for all analogues that is in line with the technical solutions proposed in the claimed object is the introduction into the microwave cavity of the means of reflection of the light flux. Dichroic reflectors of any shape and location fall under this general characteristic of "means."
В аналогах [1, 4, 5], имеющих плоскую светонепрозрачную торцевую стенку резонатора, вторая (светопрозрачная) торцевая стенка СВЧ-резонатора показана выпуклой. При этом форма выпуклости светопрозрачной торцевой стенки в описаниях специально не оговаривается, но можно полагать, что она выбирается из соображений придания жесткости и формоустойчивости СВЧ-резонатору и минимизации "хаотических" переотражений лучей, испускаемых светящим телом лампы. In analogues [1, 4, 5], having a flat translucent opaque end wall of the resonator, the second (translucent) end wall of the microwave resonator is shown convex. In this case, the shape of the convexity of the translucent end wall in the descriptions is not specifically stipulated, but it can be assumed that it is chosen for reasons of stiffness and shape stability of the microwave cavity and minimization of the "chaotic" re-reflections of the rays emitted by the lamp body.
Возвращаясь к проблемам, связанным с позиционированием дихроичного рефлектора, подчеркнем, что если в [1] устройство крепления этого рефлектора вообще не представлено, то в [2] именно эта задача решается применительно к плоскому рефлектору. В частности, для фиксации дихроичного рефлектора в тонкостенном металлическом теле светонепрозрачной части цилиндрического резонатора выполнены U-образные просечки, образующие "язычки", загибаемые внутрь резонатора под и над дихроичным рефлектором. Таким образом, нижней плоской поверхностью рефлектор покоится на одной группе язычков, а к верхней плоской поверхности прижаты язычки другой группы. При кажущейся простоте и изящности такого технического решения оно имеет существенные недостатки, проявляющиеся как в производстве (изготовлении) устройства, так и в эксплуатации. Returning to the problems associated with the positioning of the dichroic reflector, we emphasize that if in [1] the mounting device for this reflector is not presented at all, then in [2] this problem is solved in relation to a flat reflector. In particular, to fix the dichroic reflector in the thin-walled metal body of the opaque part of the cylindrical resonator, U-shaped slots are made that form “tongues” that are bent into the cavity under and above the dichroic reflector. Thus, the lower flat surface of the reflector rests on one group of reeds, and the tongues of the other group are pressed to the upper flat surface. Despite the apparent simplicity and elegance of such a technical solution, it has significant drawbacks, which are manifested both in the production (manufacture) of the device and in operation.
К производственным недостаткам относятся следующие:
1. Невозможность осуществления автономной (без лампы) сборки СВЧ-резонатора с дихроичным рефлектором, так как центральное отверстие в последнем должно быть относительно малого диаметра (значительно меньшего, чем диаметр сферической колбы лампы, иначе рефлектор становится функционально почти бессмысленным). Это означает, что лампа перед закреплением рефлектора в СВЧ-резонаторе должна быть заранее вставлена консольным стержнем-держателем в центральное отверстие рефлектора и в таком же состоянии рефлектор должен быть зажат в язычках. Лишь после этого резонатор, из которого навесу удерживается выступающий консольный стержень-держатель, может монтироваться на посадочное место при одновременной стыковке (вручную) крепежного участка консольного стержня-держателя с приводным валом двигателя.The manufacturing disadvantages include the following:
1. The impossibility of an autonomous (without a lamp) assembly of a microwave resonator with a dichroic reflector, since the central hole in the latter should be relatively small in diameter (much smaller than the diameter of a spherical bulb, otherwise the reflector becomes functionally almost meaningless). This means that before fixing the reflector in the microwave resonator, the lamp must be inserted in advance by the cantilever rod-holder into the central hole of the reflector and in the same state the reflector should be clamped in the tongues. Only after that the resonator, from which the protruding cantilever rod-holder is held by the canopy, can be mounted on the seat while simultaneously joining (manually) the fastening section of the cantilever rod-holder with the engine drive shaft.
2. Высокая вероятность поломки дихроичного рефлектора и лампы, деформации стенки СВЧ-резонатора, а при обжатии язычков - неодинаковости их прижима к плоскостям дихроичного рефлектора, при "сильном" обжатии язычков - образования сколов его кромок, а то и растрескивания, а при "слабом" - появления люфтов, перекосов. К потребительским (эксплуатационным) недостаткам следует отнести:
а) Несколько пониженное качество "собирания" переотраженных лучей из-за отказа от сферичности дихроичного рефлектора, и в результате возможных перекосов.2. A high probability of breakdown of the dichroic reflector and lamp, deformation of the wall of the microwave cavity, and when the reeds are squeezed, they are unevenly pressed to the planes of the dichroic reflector, when the reeds are "strongly" squeezed, chips are formed on its edges, or even crack, or when "weak""- the appearance of backlashes, distortions. Consumer (operational) disadvantages include:
a) The somewhat reduced quality of the "collection" of reflected beams due to the rejection of the sphericity of the dichroic reflector, and as a result of possible distortions.
б) Пониженную вибро- и ударопрочность, особенно в рабочем режиме, если имеются изначальные или возникшие люфты дихроичного рефлектора в "язычках". В условиях воздействия вибрационных и/или ударных нагрузок наличие указанных люфтов приводит к прогрессирующему выкрашиванию кромок дихроичного рефлектора. b) Reduced vibration and shock resistance, especially in the operating mode, if there are initial or emerging backlashes of the dichroic reflector in the "tongues". Under the influence of vibration and / or shock loads, the presence of these backlashes leads to progressive chipping of the edges of the dichroic reflector.
в) Плохой теплоотвод от дихроичного рефлектора, тепловой контакт которого с зажимающими язычками осуществляется по малой поверхности, и этот контакт нестабилен в эксплуатации при многократных термоциклах включения-выключения лампы, сопровождающихся "усталостью" язычков, утратой их пружинящих свойств и, соответственно, появлением люфтов, о роли которых уже говорилось выше. c) Poor heat dissipation from the dichroic reflector, whose thermal contact with the clamping tongues is on a small surface, and this contact is unstable in operation with multiple thermal cycles of turning the lamp on and off, accompanied by “fatigue” of the tongues, loss of their spring properties and, accordingly, the appearance of backlashes, about the role of which was already mentioned above.
Все рассмотренные аналоги [1-5] имеют СВЧ-резонаторы с рабочим видом колебаний ТЕ11p (с азимутально неоднородной топографией поля) и безэлектродную лампу сферической формы, СВЧ разряд в которой, как упоминалось выше, авторы [1-5] стремились получить в качестве квазиточечного источника света, что с учетом постановки внутрирезонаторных рефлекторов позволило бы более или менее четко и эффективно собрать лучи (в т.ч. и хаотично переотраженные от стенок) в достаточно узкий "пучок" круглого поперечного сечения.All the considered analogues [1-5] have microwave resonators with a working type of TE 11p oscillations (with an azimuthally inhomogeneous field topography) and a spherical electrodeless lamp, in which, as mentioned above, the authors of [1-5] sought to obtain a quasi-point light source, which, taking into account the installation of intracavity reflectors, would make it possible to more or less clearly and efficiently collect the rays (including those randomly reflected from the walls) into a rather narrow "beam" of circular cross section.
Однако далеко не всегда необходим "узкий луч" света и, соответственно, квазиточечное светящее тело. Для различных применений используются узкие, но с некруглым сечением пучки (например, "ленточные"), с "круглым" сечением, но не узкие, не узкие и с некруглым сечением. Поэтому на современном рынке светотехнической продукции широко представлены серийно выпускаемые светильники и облучатели с несферическими лампами (с неточечным светящим телом), а, например, с трубчатыми линейными и даже с кольцевыми лампами. Как правило, это не безэлектродные лампы. Есть, однако, примеры несферических безэлектродных ламп. Одним из таких примеров может служить ВЧ-газоразрядная лампа квазикольцевой трубчатой формы фирмы "Osram-Sylvania", известная под названием "Endura", и аналогичная ВЧ-газоразрядная безэлектродная лампа, защищенная отечественным патентом RU 2156007801 кл. Н 01 J 65/04 с приоритетом 08.02.1999, (опубл. 10.09.2000, бюл. 25), авторы: Уланов И.М. и др. [6]. However, the "narrow beam" of light and, accordingly, the quasi-point luminous body are far from always necessary. For various applications, narrow but with a non-circular section beams (for example, “ribbon”), with a “round” section, but not narrow, not narrow and with a non-circular section are used. Therefore, commercially available luminaires and irradiators with non-spherical lamps (with a non-point luminous body), and, for example, with tubular linear and even ring lamps, are widely represented on the modern market of lighting products. As a rule, these are not electrodeless lamps. However, there are examples of non-spherical electrodeless lamps. One such example is an Osram-Sylvania quasicircular quasicircular discharge lamp, known as Endura, and a similar discharge-free electrode discharge lamp protected by domestic patent RU 2156007801 cl. H 01 J 65/04 with priority 02/08/1999, (publ. 09/10/2000, bull. 25), authors: Ulanov I.M. et al. [6].
Это ([6] ) весьма отдаленный аналог, общность которого с заявляемым объектом заключается в неточечности светящего тела. This ([6]) is a very distant analogue, whose commonality with the claimed object lies in the inaccuracy of the luminous body.
Из представленных аналогов все же по большинству существенных признаков устройство по патенту [1] наиболее близко к заявляемому нами объекту и, соответственно, может быть принято в качестве прототипа. Of the presented analogues, according to most essential features, the device according to the patent [1] is the closest to the object we are declaring and, accordingly, can be adopted as a prototype.
Основные конструктивные признаки и недостатки прототипа [1] рассмотрены выше. Следует подробнее выделить некоторые детали конструкции, отраженные в описании и/или на фигуре из [1]. В частности, в [1] СВЧ-резонатор имеет светопрозрачный и непрозрачный цилиндрические участки, расположенные на общей продольной оси, вдоль которой размещен и диэлектрический консольный стержень-держатель сферической безэлектродной лампы. В непрозрачном цилиндрическом участке резонатора его торцевая стенка (дно) выполнена плоской и непрозрачной. В боковой цилиндрической стенке этого участка выполнена вдоль образующей цилиндра щель связи с СВЧ-волноводным трактом, обеспечивающая возбуждение резонатора на волне типа ТЕ11, когда в СВЧ-тракте канализируется волна типа ТЕ10. В светопрозрачном участке СВЧ-резонатора размещены сопла системы принудительного воздушного охлаждения лампы. Эти сопла в некоторой степени переотражают (и возмущают) световой поток, исходящий из плазменного светящего тела лампы. Часть светового потока излучается лампой в сторону непрозрачного цилиндрического участка СВЧ-резонатора и его дна (торцевой стенки). Этот непрозрачный участок резонатора "отгорожен" дихроичным рефлектором вогнутой формы, возвращающим световой поток, идущий от лампы в сторону дна резонатора, обратно к центру лампы. Центр же лампы оптически сопряжен с внешним осесимметричным зеркальным рефлектором, т.е. взаимное соосное позиционирование внешнего рефлектора, СВЧ-резонатора, лампы и дихроичного рефлектора внутри резонатора выбраны из соображений получения приемлемого уровня и формы светового потока, излучающегося устройством в целом.The main design features and disadvantages of the prototype [1] are discussed above. Some details of the construction reflected in the description and / or in the figure from [1] should be highlighted in more detail. In particular, in [1], the microwave resonator has translucent and opaque cylindrical sections located on a common longitudinal axis, along which a dielectric cantilever rod holder for a spherical electrodeless lamp is placed. In the opaque cylindrical section of the resonator, its end wall (bottom) is made flat and opaque. In the lateral cylindrical wall of this section, a coupling gap is made along the cylinder generatrix with the microwave waveguide path, which provides excitation of the resonator on a TE 11 wave, when a TE 10 wave is channelized in the microwave path. In the translucent section of the microwave cavity placed nozzle system forced air cooling of the lamp. These nozzles to some extent reflect (and disturb) the light flux emanating from the plasma luminous body of the lamp. Part of the luminous flux is emitted by the lamp towards the opaque cylindrical portion of the microwave cavity and its bottom (end wall). This opaque section of the resonator is "fenced off" with a concave dichroic reflector that returns the light flux coming from the lamp toward the bottom of the resonator, back to the center of the lamp. The center of the lamp is optically coupled to an external axisymmetric mirror reflector, i.e. Mutual coaxial positioning of the external reflector, microwave resonator, lamp and dichroic reflector inside the resonator are selected for reasons of obtaining an acceptable level and shape of the light flux emitted by the device as a whole.
Важно отметить, что используемые в [1] соосные цилиндрический СВЧ-резонатор, сферическая безэлектродная лампа, дихроичный и внешний зеркальный рефлекторы в совокупности формируют световой поток, направленный вдоль оси СВЧ-резонатора и, соответственно, вдоль оси симметрии внешнего рефлектора. Иными словами, формируют продольный световой "луч" круглого поперечного сечения, т.е. не обеспечена возможность формирования поперечного (радиально расходящегося), например, азимутально симметричного светового потока. It is important to note that the coaxial cylindrical microwave cavity, a spherical electrodeless lamp, dichroic and external mirror reflectors used in [1] together form a luminous flux directed along the axis of the microwave cavity and, accordingly, along the symmetry axis of the external reflector. In other words, a longitudinal light beam of circular cross section is formed, i.e. it is not possible to form a transverse (radially diverging), for example, azimuthally symmetric light flux.
Предлагаемое техническое решение имеет своей задачей обеспечить повышенную направленность потока оптического излучения избранной формы, в частности радиально-расходящегося азимутально симметричного потока, а также повышенную формоустойчивость, вибро- и ударопрочность СВЧ-резонатора и, соответственно, устройства в целом, не утрачивая при этом возможности эффективного охлаждения лампы. The proposed technical solution has the task to provide an increased directivity of the optical radiation flux of a selected shape, in particular a radially diverging azimuthally symmetric flux, as well as increased shape stability, vibration and shock resistance of the microwave cavity and, accordingly, the device as a whole, without losing the possibility of effective lamp cooling.
Технические результаты, которые могут быть получены при осуществлении предлагаемого устройства, заключаются в следующем. Technical results that can be obtained by implementing the proposed device are as follows.
1. Обеспечивается возможность повышения концентрации оптических излучений в избранных, например в радиальных, направлениях. 1. It is possible to increase the concentration of optical radiation in selected, for example in radial, directions.
2. Обеспечивается возможность формирования КСС (т.е. потока оптического излучения) одновременно в радиальных и осевом направлениях. 2. It is possible to form a QSS (ie, a stream of optical radiation) simultaneously in radial and axial directions.
3. Обеспечивается возможность управления углом наклона радиально расходящегося потока оптического излучения. 3. It is possible to control the angle of inclination of a radially diverging stream of optical radiation.
4. Обеспечивается возможность подстройки резонансной частоты рабочего (TE01p) вида колебаний СВЧ-резонатора (как в производстве, так и в эксплуатации) без съема или замены боковой светопрозрачной стенки.4. It is possible to adjust the resonant frequency of the working (TE 01p ) type of oscillation of the microwave cavity (both in production and in operation) without removing or replacing the side translucent wall.
5. Достигается повышенная формоустойчивость СВЧ-резонатора в условиях термоциклических, вибрационных и ударных нагрузок. 5. An increased dimensional stability of the microwave cavity is achieved under conditions of thermocyclic, vibration and shock loads.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в сверхвысокочастотном (СВЧ) возбудителе безэлектродной газоразрядной лампы, содержащем осесимметричный светопрозрачный СВЧ-резонатор с рабочим видом колебаний TE01p, где р=1, 2, 3,..., со светопрозрачной боковой стенкой и двумя торцевыми стенками, по меньшей мере одна из которых непрозрачна, безэлектродную лампу, соосно расположенную в зоне пучности СВЧ-электрического поля рабочего вида колебаний, и имеющие общую с резонатором ось симметрии внутренний и внешний рефлекторы, внутренний рефлектор выполнен в виде центральной стойки с зеркально-отражающей боковой поверхностью, безэлектродная лампа выполнена в форме полого тора и охватывает стойку, кроме того внешний рефлектор сформирован двумя кольцевыми козырьками, которые размещены у противолежащих торцевых стенок СВЧ-резонатора.These technical results are achieved by the fact that in a microwave (microwave) exciter of an electrodeless gas discharge lamp containing an axisymmetric translucent microwave resonator with a working mode of oscillation TE 01p , where p = 1, 2, 3, ..., with a translucent side wall and two end walls walls, at least one of which is opaque, an electrodeless lamp coaxially located in the antinode zone of the microwave electric field of the working form of oscillations, and having an axis of symmetry common to the resonator, internal and external reflectors, internal p flektor designed as a center pillar with a specularly-reflective surface side, the electrodeless lamp is in the form of a hollow torus rack and covers, besides the external reflector is formed by two annular peaks which are arranged at the opposed end walls of the microwave resonator.
Предусмотрено, что центральная стойка выполнена по меньшей мере с одним вогнутым и азимутально-замкнутым участком боковой поверхности. It is envisaged that the central pillar is made with at least one concave and azimuthally closed portion of the side surface.
Предусмотрено, что центры кривизны образующих вогнутых участков расположены на кольцевой оси лампы. It is envisaged that the centers of curvature of the concave sections are located on the annular axis of the lamp.
Предусмотрено, что отражающие поверхности внешнего рефлектора и вогнутого участка стойки имеют в радиальной плоскости сечения форму образующих в виде отрезков по крайней мере одной параболы, при этом фокусы парабол расположены на кольцевой оси лампы. It is provided that the reflecting surfaces of the external reflector and the concave portion of the strut have the shape of the generatrix in the form of segments of at least one parabola in the radial plane of the cross section, while the foci of the parabolas are located on the annular axis of the lamp.
Предусмотрено, что стойка выполнена из электропроводного материала. It is provided that the rack is made of electrically conductive material.
Предусмотрено, что стойка выполнена из диэлектрика с диэлектрическим светоотражающим СВЧ-прозрачным покрытием вогнутых участков боковой поверхности. It is provided that the rack is made of a dielectric with a dielectric reflective microwave transparent coating of concave portions of the side surface.
Предусмотрено, что по крайней мере часть стойки выполнена полой. It is envisaged that at least part of the rack is hollow.
Предусмотрено, что со стороны по крайней мере одной торцевой стенки резонатора соосно со стойкой установлена с возможностью осевого перемещения подстроечная втулка. It is provided that from the side of at least one end wall of the resonator, a trimming sleeve is mounted coaxially with the strut with the possibility of axial movement.
Предусмотрено также, что в полой части стойки соосно с ней установлен с возможностью осевого перемещения подстроенный штырь из электропроводного материала. It is also envisaged that, in the hollow part of the rack, a trimmed pin made of electrically conductive material is mounted axially displaceable axially with it.
Предусмотрено, что внутренняя поверхность по крайней мере непрозрачной торцевой стенки резонатора выполнена вогнутой, причем центры кривизны образующих вогнутой поверхности расположены на кольцевой оси лампы. It is envisaged that the inner surface of at least the opaque end wall of the resonator is concave, with the centers of curvature forming a concave surface located on the annular axis of the lamp.
Сопоставительный анализ предлагаемой конструкции СВЧ-возбудителя с уровнем техники и отсутствие описания аналогичных технических решений в известных источниках информации позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого устройства критерию "новизна". A comparative analysis of the proposed design of the microwave exciter with the prior art and the lack of a description of similar technical solutions in known sources of information allows us to conclude that the proposed device meets the criterion of "novelty."
Заявленное устройство характеризуется совокупностью признаков, проявляющих новые качества, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень". 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 схематично показано в продольном разрезе устройство СВЧ-возбудителя. In FIG. 1 schematically shows in longitudinal section a device of a microwave exciter.
На фиг.2 схематично показано устройство с полой диэлектрической центральной стойкой и подстроечным штырем в цилиндрическом СВЧ-резонаторе. Figure 2 schematically shows a device with a hollow dielectric central rack and a trimming pin in a cylindrical microwave resonator.
На фиг.3 показан фрагмент проводящей (металлической) центральной стойки с подстроечной втулкой в коаксиальном СВЧ-резонаторе. Figure 3 shows a fragment of a conductive (metal) central rack with a trimming sleeve in a coaxial microwave resonator.
На фиг. 4, 5 схематично показаны варианты исполнения диэлектрических стоек в виде внутреннего дихроичного параболического рефлектора в цилиндрическом резонаторе. In FIG. 4, 5 schematically illustrate embodiments of dielectric racks in the form of an internal dichroic parabolic reflector in a cylindrical resonator.
На фиг.6 схематично показан вариант исполнения устройства с коническими поверхностями внешнего рефлектора. Figure 6 schematically shows an embodiment of a device with conical surfaces of an external reflector.
На фиг. 7 схематично показан вариант исполнения устройства с асимметричным внешним рефлектором и защитным стеклом. In FIG. 7 schematically shows an embodiment of the device with an asymmetric external reflector and protective glass.
На фиг.8 схематично показан вариант исполнения устройства, сопрягаемого с системой волоконных световодов. On Fig schematically shows an embodiment of a device interfaced with a system of optical fibers.
Так, на фиг. 1 осесимметричный СВЧ-резонатор с рабочим видом колебаний ТЕ011 (как частный, наиболее простой случай TE01p-вида, где р=1, 2, 3,...) ограничен светопрозрачной боковой цилиндрической стенкой 2 и двумя торцевыми стенками 3 (верхняя на фиг.1) и 4 (нижняя). Стенки 3 и 4 закреплены на центральной стойке 5. В конкретном представлении устройства (фиг.1) эта стойка 5 выполнена в виде цельнометаллического несущего элемента конструкции, обеспечивающего жестко фиксируемое расположение элементов. При этом вся боковая поверхность 6 стойки 5 выполнена с высокой электропроводностью на СВЧ, а по крайней мере на вогнутом азимутально замкнутом (кольцевом) участке 7 - и с высокой светоотражательной способностью (например, зеркально полированной). В этом исполнении наличие проводящей центральной стойки 5 в СВЧ-резонаторе обуславливает выбор размеров СВЧ-резонатора 1 (его диаметров и высоты) из условия существования на рабочей частоте резонанса ТЕ011-вида в коаксиальном резонаторе, а не в цилиндрическом.So in FIG. 1 axisymmetric microwave resonator with a working mode of oscillation TE 011 (as a particular, the simplest case of TE 01p- type, where p = 1, 2, 3, ...) is bounded by a translucent side
Это, в частности, означает, что распределение (топография) электромагнитного СВЧ-поля в коаксиальном СВЧ-резонаторе 1 на TE011 виде колебаний характеризуется схематично показанными на фиг.1 силовыми линиями электрической (Е) и магнитной (Н) составляющих. В зоне пучности Е-поля в СВЧ-резонаторе 1 размещена тороидальная (кольцевая) безэлектродная СВЧ-газоразрядная лампа 8. Азимутально замкнутая ось (далее "кольцевая ось") этой кольцевой лампы 8 расположена в плоскости, перпендикулярной продольной оси СВЧ-резонатора 1, или, что то же самое, в плоскости, параллельной кольцевым силовым линиям Е, и при этом и линии Е, и кольцевая ось лампы 8 соосны со стойкой 5 в СВЧ-резонаторе 1.This, in particular, means that the distribution (topography) of the microwave electromagnetic field in the
Иными словами, тороидальная лампа 8 соосно окружает (охватывает) центральную стойку 5. In other words, the
Исполнение центральной стойки 5 из металла обеспечивает повышенные конструктивно-прочностные характеристики устройства. Не меняя существа, идеологии построения и, главное, размеров устройства, указанная центральная стойка 5 коаксиального СВЧ-резонатора 1 может быть выполнена из диэлектрика, боковая поверхность которого 6 и ее участок 7 в точности повторяет "геометрию" (форму, размеры) металлической стойки 5 и несет на себе электропроводное и одновременно светоотражающее покрытие. Это достигается использованием соответствующей технологии металлизации диэлектриков. За очевидностью такого исполнения оно отдельно здесь не проиллюстрировано. Центральная стойка 5 может быть выполнена диэлектрической с диэлектрическим же светоотражающим, но СВЧ-прозрачным покрытием, т.е. в виде дихроичного рефлектора, идеологически подобного тому, что использован в прототипе [1], но отличающегося формой, и наделенного дополнительно функциями, ради выполнения которых введены дополнительные элементы. Это построение отдельно показано на фиг.2 и 4, демонстрирующих как подобие, так и отличия в сравнении с устройством, представленным на фиг. 1. Это мы рассмотрим несколько позже. Возвращаясь к фиг.1, следует выделить еще ряд важных позиций. Так, на фиг.1 центральная стойка 5, как отмечалось, снабжена вогнутым зеркально-отражающим осесимметричным участком 7, расположенным с внутренней стороны тороидальной лампы 8. В общем случае кривизна (форма поверхности) вогнутого участка 7, который можно условно представить и как контрзеркало, и как кольцевой (азимутально замкнутый) желоб, может быть задана и/или описана различными математическими законами. Конкретизация формы поверхности упомянутого "желоба" (далее: "контрзеркала") может быть осуществлена с учетом оптического сопряжения этой формы с формой внешнего зеркального рефлектора 9, образованного торцевыми кольцевыми козырьками 10 (верхним) и 11 (нижним), азимутально охватывающими СВЧ-резонатор 1 по наружной цилиндрической стенке 2 на участке ее стыка с соответствующими торцевыми стенками 3 и 4. Крепление козырьков 10 и 11 к торцевым стенкам 3 и 4 лишь для конкретности осуществлено на болтах 12, 13, что не является принципиальным и может быть иным. The design of the
Торцевые стенки 3 и 4 в конструкции, показанной на фиг.1, жестко и соосно закреплены (например, на резьбовых сочленениях) на центральной стойке 5. На деталях крепления мы преднамеренно не акцентируем внимания, чтобы не загромождать описания возможным множеством вариантов, не ревизующих сути заявляемого объекта. Из прочих позиций, представленных на фиг.1 и требующих пояснений, укажем щель связи 14, выполненную в торцевой (непрозрачной) стенке 4, к которой примыкает припаянный или выполненный непосредственно в теле стенки 4 Н-образный трансформатор 15, являющийся, в свою очередь, выходным участком прямоугольного волновода 16, подводящего на ТЕ10-волне СВЧ-энергию накачки от непоказанного генератора (например, от магнетрона). Позиция 17 весьма условно представляет фрагмент опорного кожуха, к которому монтируется заявляемый объект. Наконец, если необходимо кроме радиально расходящегося светового потока обеспечить выход части оптического излучения вдоль оси СВЧ-резонатора, то в торцевой стенке 3 могут быть сделаны светоизлучающие щели 18.The
Более детально рассмотрим особенности элементов устройства, ответственных за эффективное формирование светового потока, излучаемого безэлектродной лампой 8. В конкретном построении, как отмечалось выше и видно из фиг. 1, внешний рефлектор 9 образован двумя съемными кольцевыми зеркальными козырьками 10, 11, которые в общем случае могут быть неодинаковыми как по профилю (форме), так и по внешним диаметрам dк1 и Dк2. Это означает, что в зависимости от желаемой формы кривой силы света (КСС) выбор профиля и диаметров Dк1 и Dк2 зеркальных козырьков 10, 11 может быть сделан с известной степенью свободы - по усмотрению разработчика (дизайнера). Кроме того, указанная съемность и возможность замены зеркальных козырьков 10, 11 (разных форм, наклонов к оси резонатора 1 и диаметров) на одном и том же СВЧ-возбудителе может быть использована в ходе эксплуатации неоднократно, причем без вмешательства во внутреннее устройство СВЧ-резонатора 1 и его элементов (позиции 2-8). В этой ситуации наиболее простым средством, обеспечивающим достаточную универсальность устройства и приемлемую эффективность "собирания" переотраженных (в т.ч. хаотически) в резонаторе 1 лучей, является выполнение по крайней мере зеркально-отражающего вогнутого участка поверхности 7 стойки 5 в форме, геометрически подобной форме лампы 8, т.е. придание участку 7 тороидальной формы. Это означает, что радиус дуги контрзеркала R, т. е. радиус образующей тороидальную поверхность 7 на стойке 5, должен исходить из того же центра, что и радиус Rл, относящийся к профилю сечения собственно лампы 8.Let us consider in more detail the features of the elements of the device responsible for the efficient formation of the light flux emitted by an
Аналогичные условия подобия, как показано на фиг.1, выполнены для зеркально отражающих поверхностей торцевых стенок 3 и 4 СВЧ-резонатора 1. Очевидно (но это уже не показано на фиг.1), что и на боковой стенке 2 СВЧ-резонатора 1 может быть при необходимости выполнен светопрозрачный участок (поясок), окружающий лампу 8 и геометрически ей подобный. Similar conditions of similarity, as shown in Fig. 1, are fulfilled for the specularly reflecting surfaces of the
Если в предложенном устройстве стойка 5 выполнена из диэлектрика с металлопокрытием, т.е. СВЧ-непрозрачной, то все приведенные соображения остаются в силе и этот случай не требует отдельной иллюстрации. СВЧ-резонатор 1 остается при этом коаксиальным с присущей ему расстановкой резонансных частот рабочего и других видов колебаний. If in the proposed device, the
Если же стойка 5 выполнена из диэлектрика без металлопокрытия, а светоотражающий вогнутый участок 7 снабжен диэлектрическим "дихроичным покрытием", то диэлектрическая (например, кварцевая) стойка 5, будучи СВЧ-прозрачной, вносит лишь относительно небольшие СВЧ-потери в резонатор 1 и в большей или меньшей степени влияет на расстановку резонансных частот рабочего (ТЕ011) и других TEmnp, TMmnp видов колебаний, присущих цилиндрическому резонатору. Это смещение частот и степень искажения топографии поля зависят от величины диэлектрической проницаемости ε, используемого диэлектрика и от конфигурации и размеров стойки 5. Естественно, при проектировании СВЧ-резонатора 1, выборе размеров и положения лампы 8 эти особенности должны быть учтены, с тем чтобы рабочий вид колебаний ТЕ011, возбуждался именно на заданной частоте СВЧ-накачки. Эта же задача может быть решена введением элемента подстройки СВЧ-резонатора 1, как это показано на фиг.2 и 4. На фиг.2 схематично представлена конструкция заявляемого объекта, использующая цилиндрический СВЧ-резонатор 1 с диэлектрической (например, кварцевой) центральной стойкой 5, имеющей (аналогично фиг. 1) светоотражающий (но СВЧ-прозрачный) вогнутый участок 7, как упоминалось выше, играющий роль дихроичного рефлектора. Указанная диэлектрическая стойка 5 в конкретном исполнении по фиг.2 изготовлена из относительно тонкостенной (например, кварцевой) трубки с "перетяжкой" на участке 7, по форме геометрически подобной тороидальной лампе 8. Выполнение центральной стойки 5 полой, в виде тонкостенной трубки, не является принципиальным, но позволяет уменьшить искажения диэлектриком структуры СВЧ-электромагнитного поля в СВЧ-резонаторе 1. Тем не менее, поскольку введение диэлектрической стойки 5 (как сплошной, так и полой) в СВЧ-резонатор 1 несколько меняет "расстановку" резонансных частот TEmnp, ТМmnp видов колебаний, присущую невозмущенному цилиндрическому резонатору, для подстройки резонансной частоты, в частности, рабочего вида колебаний, на заданную рабочую частоту СВЧ-накачки, в устройстве цилиндрического СВЧ-резонатора с трубчатой (полой) центральной стойкой 5 из диэлектрика предусмотрен подстроечный элемент - проводящий штырь 19. Этот штырь 19 на фиг.2 схематично показан установленным со стороны торцевой стенки 3 с возможностью осевого перемещения во внутренней полости трубчатой диэлектрической стойки 5. В трубчатой стойке 5 со стороны торцевой стенки 4 укреплен входной патрубок 20 не показанной на фиг.2 системы принудительного охлаждения. Для охлаждения лампы 8 в стенке трубчатой стойки 5 выполнены сквозные радиальные отверстия 22, выполняющие функцию сопел, направляющих радиальные воздушные потоки на поверхность лампы 8.If the
Стойка 5 может быть выполнена в виде трубки и в случае ее изготовления из электропроводного материала (или из диэлектрика с металлопокрытием). В этом случае СВЧ-резонатор 1 становится "коаксиальным", с присущей ему расстановкой резонансных частот, отличной от их расстановки в цилиндрическом резонаторе. Подстроечному элементу в этом случае должна быть придана, например, форма втулки 21, охватывающей снаружи трубчатую стойку 5 (см. фрагмент на фиг. 3), вместо формы штыря 19, входящего внутрь трубчатой стойки 5. Наиболее эффективными, хотя и частными вариантами построения заявляемого объекта, находящимися в русле заложенной в него идеологии, являются исполнения конструкции, показанные на фиг.4 и 5.
На фиг.4 схематично показана диэлектрическая стойка 5, выполненная в виде тела вращения, вогнутая боковая поверхность 7 которого образована воображаемым вращением параболы вокруг продольной оси СВЧ-резонатора 1. Причем фокус этой параболы совмещен с центром поперечного сечения тороидальной лампы 8. Это означает, что геометрическим местом точек фокуса "параболоида" является кольцевая ось тороидальной лампы 8, совпадающая в свою очередь с кольцевой силовой линией электрического СВЧ-поля ТЕ011-вида колебаний.Figure 4 schematically shows a
Такое построение обеспечивает выход радиально расходящегося пучка переотраженных от поверхности 7 стойки 5 лучей через светопрозрачную боковую стенку 2 СВЧ-резонатора 1. Козырьки 10 и 11, образующие в паре внешний рефлектор 9, в представленном на фиг.4 исполнении выполнены по тому же параболическому закону, что и поверхность 7 стойки 5, т.е. козырьки 10, 11 являются "продолжением" параболической поверхности 7 стойки 5. This construction provides the output of a radially diverging beam of rays reflected from the
В обеспечение "собираемости" устройства при его изготовлении диэлектрическая стойка 5 выполнена составной из двух частей 23 (верхней) и 24 (нижней), состыкованных между собой по поперечной плоскости разъема 25. Чтобы не загромождать чертеж, ранее (на фиг.1, 2, 3) отмеченные позиции мы не детализируем, сохраняя их порядковые номера. Не рассматриваем и возможные технические решения и приемы, используемые в конструкции на фиг.4 для крепления деталей 23 и 24 между собой и с торцевыми стенками 3 и 4 СВЧ-резонатора 1, а также приводные элементы для перемещения и фиксации подстроечного штыря 19. To ensure the "collectability" of the device during its manufacture, the
На фиг.5 так же без детализации и подробностей представлено исполнение, подобное фиг. 4, но реализующее конструкцию стойки 5 с той же формой светоотражающего вогнутого участка поверхности 7, но в виде полого ("тонкостенного"), а не массивного элемента. Fig. 5 also without detail and details shows a design similar to Fig. 4, but realizing the construction of the
Поскольку в обоих исполнениях (фиг.4 и 5) за "фокусировку" переотраженных лучей отвечает вогнутая поверхность 7 стойки 5, форма поверхностей торцевых стенок 3 и 4 СВЧ-резонатора 1 на "светораспределение" никак не влияет. Поэтому на фиг.4, 5 формы поверхностей боковой стенки 2 и торцевых стенок 3, 4 СВЧ-резонатора 1 в отличие от фиг.1 показаны без каких бы то ни было вогнутостей, т.е. конкретные размеры (диаметр, высота) СВЧ-резонатора 1 выбираются с учетом влияния диэлектрика (стойки 5) на расстановку частот и топографию СВЧ-электромагнитного поля рабочего (TE011) и соседних (например, ТМ111) видов колебаний. В заключение еще раз подчеркнем, что во всех вариантах исполнения устройства, использующих в СВЧ-резонаторе 1 центральную диэлектрическую стойку 5, последняя выполняет функции дихроичного рефлектора, не препятствующего "прохождению" СВЧ-мощности накачки (РСВЧ) в СВЧ-резонатор 1 и к безэлектродной лампе 8, т.е. СВЧ-прозрачного, но отражающего ее оптическое излучение, и формирование светового потока определяется профилем поверхности 7 диэлектрической стойки 5. На всех представленных фигурах 1-8 центральная стойка 5 (как металлическая, так и диэлектрическая) представляет собой тело вращения, ось которого совпадает с осью СВЧ-резонатора 4. При этом профиль боковой поверхности и, в частности, вогнутого участка 7, естественно, определяется формой образующей указанного тела вращения. Поэтому, не уклоняясь от существа изобретения, следует подчеркнуть, что эта образующая и, соответственно, боковая поверхность центральной стойки 5, в том числе и участка 7, может быть выполнена кусочно-гладкой по высоте стойки 5. Иными словами, стойка 5 в общем случае может содержать несколько участков 7 с различной кривизной образующей, например, в виде ряда поясков или ступеней, подобно тому, как это реализуется в линзе Френеля.Since in both versions (Figs. 4 and 5), the
Чтобы не загромождать описание вариантами исполнения заявленного объекта, вышеупомянутые кусочно-гладкие (ступенчатые) формы вогнутого участка 7 стойки 5 мы графически не иллюстрируем. In order not to clutter up the description with the variants of execution of the claimed object, the above-mentioned piecewise-smooth (stepped) forms of the
В исполнениях, использующих металлическую стойку 5, равно как и диэлектрическую с проводящим покрытием, последняя является и СВЧ-, и светонепрозрачной, т.е. вкупе со стенками 2, 3, 4 СВЧ-резонатора 1 определяет и топографию СВЧ-поля, и направленность переотраженных оптических излучений. In versions using a
Из прочих частных исполнений устройства на фиг.6, 7 показаны варианты форм кольцевых козырьков 10, 11, образующих внешний рефлектор 9. Так, на фиг.6 козырьки 10 и 11 выполнены в форме усеченных конусов с одинаковыми наружными диаметрами и углами наклона образующих, а на фиг.7 козырьки 10 и 11 показаны и не плоскопараллельными, и, заодно (в чисто демонстрационных целях) - с разными диаметрами и с защитным (или рассеивающим, или цветным, или герметизирующим) светопрозрачным стеклом 26. На фиг.8 - с параболическими дихроичным 5 и внешним 9 рефлекторами и с кожухом 27, азимутально охватывающим козырьки 10, 11 и несущим порты 28, служащие для присоединения множества волоконных световодов 29. В русле предложенного в заявляемом объекте технического решения может быть осуществлено еще множество конкретных исполнений. Of the other private versions of the device, FIGS. 6, 7 show variants of the shape of the
Не иллюстрируя эти возможности, отметим лишь для примера, что отражающие поверхности козырьков 10 и 11 внешнего рефлектора 9 могут быть выполнены кусочно-гладкими, то есть с реализацией подхода, о котором сказано выше применительно к форме боковой поверхности стойки 5 и ее вогнутого участка 7. Without illustrating these possibilities, we note only as an example that the reflective surfaces of the
Работу предложенного устройства рассмотрим главным образом на примере построения, показанного на фиг.1. От не показанного на фиг.1 СВЧ-генератора мощность накачки РСВЧ по прямоугольному волноводу 16 (с рабочей ТЕ10 волной) поступает через Н-образный трансформатор сопротивлений 15 и щель связи 14 в СВЧ-резонатор 1 и возбуждает в нем на рабочей частоте накачки TE011 вид колебаний, характеризующийся отсутствием азимутальных вариаций электромагнитного поля. При этом конфигурация силовых линий магнитной (Н) составляющей СВЧ-поля, представленная штриховой линией Н на фиг.1 в "сглаженном" виде, повторяет очертания границ электропроводных стенок СВЧ-резонатора 1 и, в частности, боковой стенки 2, торцевых стенок 3 и 4 и боковой поверхности центральной стойки 5, в т.ч. ее вогнутого участка 7. Силовые линии электрической (Е) составляющей СВЧ-поля представляют собой замкнутые кольца, расположенные в плоскостях, перпендикулярных продольной оси СВЧ-резонатора 1. Максимальная напряженность Е поля (пучность) возникает вблизи кольцевой оси безэлектродной лампы 8, поскольку при проектировании устройства размеры резонатора 1, лампы 8 и ее местоположение в коаксиальном СВЧ-резонаторе 1 именно на такую ситуацию были сориентированы. Под действием амплитуд Е-составлющей СВЧ-поля в стартовом газе в лампе 8 возникает безэлектродный СВЧ-разряд, поддерживаемый поступающей мощностью накачки и вызывающий повышение температуры лампы 8 и давления паров рабочего вещества. В результате устанавливается стационарный режим "горения", характеризующийся кольцевой формой светящего тела и максимальным уровнем мощности оптического излучения. Лучи, исходящие из светящего тела - кольцевого плазменного шнура, сквозь светопрозрачную стенку 2 и, если сделаны светоизлучающие щели 18 в стенке 3, то и сквозь эту стенку 3, выходят в окружающее пространство и к козырькам 10, 11 внешнего рефлектора, лишь частично отражаясь от этих стенок. Часть лучей, исходящая из лампы 8 в сторону стенок 3, 4 и стойки 5, благодаря введенным вогнутым светоотражающим участкам поверхностей стенок 3, 4 и стойки 5 (участок 7) переотражается и возвращается в лампу 8 (на кольцевую ось плазменного светящего тела). Тем самым существенно снижается хаотичность отражений и повышается однородность светоизлучения сквозь боковую стенку 2. Результирующая же КСС определяется выбором формы и размеров козырьков 10, 11, формирующих границы внешнего рефлектора 9, создающего радиально расходящийся азимутально однородный поток оптического излучения.The work of the proposed device will consider mainly on the example of the construction shown in figure 1. From the not shown in Figure 1 the microwave generator of the microwave power P pump along the rectangular waveguide 16 (the working TE 10 wave) passes through the H-shaped
В основных чертах работа устройств в их исполнениях, показанных на фиг. 2, 4, 5, аналогична описанной применительно к фиг.1. В исполнении по фиг.2, использующем полую стойку 5, при работе устройства на повышенных мощностях СВЧ-накачки предусмотрено принудительное охлаждение лампы 8 за счет подачи воздуха (например, от компрессора) через патрубок 20 в полость стойки 5 и далее через сопла 22 на поверхность лампы 8. In general terms, the operation of the devices in their versions shown in FIG. 2, 4, 5, similar to that described in relation to figure 1. In the embodiment of FIG. 2, using a
Если полая стойка 5 выполнена из диэлектрика с "дихроичным" участком 7, то для некоторой подстройки резонансной частоты на рабочем виде колебаний и/или для отстройки мешающего вида колебаний предусмотрено перемещение штыря 19, в том числе в рабочем эксплуатационном режиме или в производстве. При этом такая подстройка возможна только в случае использования диэлектрической стойки 5 (без металлопокрытия). Для металлической стойки (по фиг.3) подстройка возможна (фиг. 3) уже не с помощью штыря 19, а с помощью охватывающей проводящей втулки 20. If the
Конструкции в исполнениях по фиг.4 и 5 работают аналогично рассмотренным выше. Особенностью работы является то, что от формы проводящих деталей (позиции 3, 4, 19) в резонаторе 1 характер КСС не зависит, поскольку все переотражения определяются формой поверхности 7 дихроичного рефлектора, коим является диэлектрическая стойка 5. Совмещение в резонаторе 1 "координат" пучности Е-поля, кольцевой оси безэлектродной лампы 8 и фокуса параболы (единой для внутреннего и внешнего рефлекторов) обеспечивает равномерный по азимуту радиально расходящийся горизонтальный ("дисковый") поток оптического излучения. The designs in the versions of FIGS. 4 and 5 work similarly to those discussed above. The peculiarity of the work is that the nature of the CCC does not depend on the shape of the conductive parts (
Спектральный состав излучения определяется прежде всего видом рабочего вещества-наполнителя лампы 8 и параметрами (температура, концентрация частиц, мощность СВЧ-накачки) безэлектродного разряда в ней, а форма КСС в вертикальной плоскости может быть управляемой путем постановки на один и тот же СВЧ-световой прибор различных по форме и размерам козырьков 10, 11, не говоря уже о возможности постановки корректирующих линз и т.п., окружающих устройство, как, например, показано на фиг.6, 7. The spectral composition of radiation is determined primarily by the type of working substance-filler of the
Особенностью функционирования устройства в исполнении, показанном на фиг. 8, является только то, что световой поток, сформированный внешним рефлектором 9, направляется к "потребителям" по многим волоконным световодам, а не по "лучу". В этом случае кожух (с множеством разъемов) выполняет и дополнительные функции: защиту устройства от воздействий неблагоприятных климатических факторов и повышение механической прочности устройства в целом. A feature of the operation of the device in the embodiment shown in FIG. 8, it is only that the luminous flux generated by the
Резюмируя отмеченные конструктивные и эксплуатационные особенности заявленного объекта, можно констатировать, что:
- производственные и эксплуатационные недостатки, присущие прототипу [1] , детально рассмотренные в начале описания заявляемого объекта, в значительной мере устранены;
- обеспечены повышенные механические характеристики и новые качества устройства в целом, такие как формирование радиально расходящегося светового потока с управляемой КСС;
- обеспечена определенная свобода для разработчика (дизайнера) в выборе вариантов исполнения осветительного или облучательного устройств на базе заявленного объекта;
- обеспечено достижение требуемых технических результатов. В целом поставленная задача решена.Summarizing the noted design and operational features of the claimed object, we can state that:
- manufacturing and operational disadvantages inherent in the prototype [1], discussed in detail at the beginning of the description of the claimed object, are largely eliminated;
- Enhanced mechanical characteristics and new qualities of the device as a whole, such as the formation of a radially diverging luminous flux with a controlled CSS, are provided;
- a certain freedom has been ensured for the developer (designer) in choosing options for the execution of lighting or irradiation devices based on the declared object;
- Ensured the achievement of the required technical results. In general, the task is solved.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001126907A RU2191443C1 (en) | 2001-10-03 | 2001-10-03 | Electrodeless gas-discharge lamp |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2001126907A RU2191443C1 (en) | 2001-10-03 | 2001-10-03 | Electrodeless gas-discharge lamp |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2191443C1 true RU2191443C1 (en) | 2002-10-20 |
Family
ID=20253502
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2001126907A RU2191443C1 (en) | 2001-10-03 | 2001-10-03 | Electrodeless gas-discharge lamp |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2191443C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2413005A (en) * | 2004-04-07 | 2005-10-12 | Jenact Ltd | UV light source |
| WO2010059078A1 (en) * | 2008-11-19 | 2010-05-27 | Mohov Yevgeniy Valer Evich | Integrated compact fluorescent lamp with enhanced luminosity |
| US7759619B2 (en) | 2004-09-17 | 2010-07-20 | Jenact Limited | Sterilisation of duct flows |
-
2001
- 2001-10-03 RU RU2001126907A patent/RU2191443C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2413005A (en) * | 2004-04-07 | 2005-10-12 | Jenact Ltd | UV light source |
| GB2413005B (en) * | 2004-04-07 | 2007-04-04 | Jenact Ltd | UV light source |
| US7566890B2 (en) | 2004-04-07 | 2009-07-28 | Jenact Limited | UV light source |
| US7759619B2 (en) | 2004-09-17 | 2010-07-20 | Jenact Limited | Sterilisation of duct flows |
| WO2010059078A1 (en) * | 2008-11-19 | 2010-05-27 | Mohov Yevgeniy Valer Evich | Integrated compact fluorescent lamp with enhanced luminosity |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2278482C1 (en) | Electrode-less lighting system | |
| EP0588602A2 (en) | Lamps | |
| US5235470A (en) | Orthogonal parabolic reflector systems | |
| JP2008504651A (en) | Plasma lamp with light transmissive waveguide | |
| US6979952B2 (en) | Electrodeless lamp system with orthogonally disposed resonance units | |
| JP2001527693A (en) | Lamp bulb with integrated reflector | |
| JPH04220903A (en) | Lighting equipment for electorodeless high-luminance discharge lamp provided with eectromagnetic interference shield | |
| RU2191443C1 (en) | Electrodeless gas-discharge lamp | |
| JPS63164104A (en) | Lighting apparatus | |
| CA1229125A (en) | A r lamp having an improved neck section for increasing the useful light output | |
| US20060202628A1 (en) | Electrodeless lighting apparatus | |
| CN100356504C (en) | Electrodeless lighting system | |
| CN1855356B (en) | Plasma lighting system | |
| US4992695A (en) | Reflector for high-intensity lamps | |
| RU2185005C1 (en) | Microwave exciter of electrodeless gas-discharge lamp | |
| US8356918B2 (en) | Compact beam former for induction HID lamp | |
| RU2236721C1 (en) | Microwave exciter for electrodeless gas-discharge lamp | |
| US6034473A (en) | Lighting system and lamp with optimal filament placement | |
| RU2226016C2 (en) | Lighting unit utilizing radiation of superhigh frequency range | |
| RU2185004C2 (en) | Microwave exciter of electrodeless gas-discharge lamp (alternatives) | |
| JP2911895B2 (en) | Dome-shaped mesh screen for electrodeless light source device | |
| US2277193A (en) | Radiant energy directive device | |
| KR100464058B1 (en) | Plasma lighting system | |
| JP3178368B2 (en) | High frequency electrodeless discharge lamp light reflector and high frequency electrodeless discharge lamp device | |
| JP2822035B2 (en) | Microwave driven electrodeless light source device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131004 |