CN100349252C - 无电极照明系统 - Google Patents

Abstract

公开一种无电极照明系统，该系统可被最小化地用作电子设备的光源，并可获得最佳阻抗匹配和控制谐振频率。该无电极照明系统包括：磁控管，用于产生微波，并且具有天线，微波经过天线被输出；谐振器，其具有使该微波谐振的谐振空间，并且具有沿着微波穿过的路径部分地不同的内径；灯泡，安装在谐振器内部，并且在其中具有通过微波能量来发光的发光材料；以及微波馈线，其一侧与天线连接，其另一侧与灯泡连接，用以引导微波到灯泡，其中微波馈线设置于谐振器的谐振空间内，在相同横截面上的微波馈线的外径与谐振器的内径之比沿着微波的前进方向而变化。

Description

无电极照明系统

技术领域

本发明涉及一种无电极照明系统，尤其涉及这样一种无电极照明系统，该无电极照明系统能够被最小化地用作电子设备的光源，并且能够获得最佳阻抗匹配和控制谐振频率。

背景技术

通常，利用微波的无电极照明系统是一种用于通过将微波能量作用于无电极等离子灯泡、从无电极等离子灯泡产生可见光或紫外线的系统。无电极照明系统比普通的白炽灯或荧光灯具有更长寿命，具有更好的照明效果。

图1是示出按照传统现有技术的利用微波的无电极照明系统实例的纵向剖视图。

如图1所示，利用微波的传统无电极照明系统包括：壳体1，其具有一定的内部空间；磁控管2，安装在壳体1内，用以产生微波；高压发生器3，用于将实用交流电转换成高压并供给磁控管2；波导管4，安装在磁控管2的一侧，用以引导由磁控管2产生的微波；谐振器6，安装在波导管4的出口4a以与波导管4连接，用以防止微波泄露和通过光线；以及灯泡5，安装在谐振器6内，其通过经由波导管4传输的微波能量来激发所封装的材料，并且在产生等离子时发光。

利用微波的传统无电极照明系统还设有反射体7，其形成在壳体1的前部以及谐振器6的外围区域中，用于将灯泡5所产生的光朝前反射。

介质镜8被安装在波导管4的出口4a内侧，用以使经过波导管4所传输的微波通过，并且将灯泡5所发出的光朝前反射；以及孔8a被形成于介质镜8的中部，灯泡5的轴向部分9穿过孔8a。

用于冷却磁控管2和高压发生器3的冷却扇组件10设置于壳体1的后侧。不需解释，标号10a表示风扇罩，10b表示吹风扇，M1表示灯泡电动机，及M2表示风扇电动机。

利用微波的传统无电极照明系统按照如下所述进行操作。

当驱动信号被输入到高压发生器3时，高压发生器3转换交流电，从而向磁控管2提供高压。然后，磁控管2通过从高压发生器3产生的高压来产生具有很高频率的微波。产生的微波被波导管4引导，从而通过波导管4的出口4a，并且由此被发射到谐振器6内部。通过发射到谐振器6内部的微波能量，灯泡5内的封装材料被激发，同时形成等离子。由此，产生具有特定频谱的光，并且该光通过反射镜7和介质镜8朝前反射，由此照亮照明空间。

然而，在传统的无电极照明系统中，用于将磁控管所产生的微波引导到谐振器内部的波导管被安装在高压发生器和磁控管之间。由此，整个系统的尺寸与波导管的体积增加得一样多。因此难以最小化系统的整个尺寸，由此该无电极照明系统只能用于高输出的照明系统。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种无电极照明系统，其不仅能够用作照明，而且能够用作被最小化的电子设备的低输出光源。

本发明的另一目的是提供一种无电极照明系统，其构造为最佳阻抗匹配，并且能够控制谐振频率。

为了达到这些和其他优点，按照本发明的目的，如在此所具体实施和广泛描述的，提供一种无电极照明系统，包括：磁控管，用以产生微波并且具有一天线，微波通过该天线被输出；谐振器，具有沿着该微波穿过的路径部分地不同的内径，并且具有使微波谐振的空间；灯泡，安装在该谐振器内部，并且在其中具有用以通过微波能量来发光的发光材料；以及微波馈线，其一端与该天线连接，其另一端与该灯泡连接，用以引导微波到该灯泡，其中，该微波馈线设置于该谐振器的谐振空间内，在相同横截面上的该微波馈线的外径与该谐振器的内径之比沿着微波的前进方向而变化。

本发明前述的和其他的目的、特征、方案和优点，将从下面结合附图对本发明的详细说明中变得更加清楚。

附图说明

这些附图说明本发明的具体实施例，并且与说明书一起用于解释本发明的原理，这些附图被囊括以提供本发明进一步的理解，并且被并入本说明书中，构成本说明书的一部分。在附图中：

图1是示出按照传统技术的无电极照明系统的纵向剖视图；

图2是示出按照本发明的低输出无电极照明系统的分解透视图；

图3是示出按照本发明的低输出无电极照明系统的纵向剖视图；

图4是示出按照本发明的第一谐振部分的放大图；

图5是示出按照本发明的谐振频率控制装置实施例的纵向剖视图；

图6是示出按照本发明的谐振频率控制装置另一实施例的纵向剖视图；

图7是示出按照本发明的短截线(stub)安装状态实施例的纵向剖视图；

图8是示出按照本发明的短截线安装状态另一实施例的纵向剖视图；及

图9是示出按照本发明的短截线安装状态又一实施例的纵向剖视图。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的优选实施例，其实例示于附图中。

按照本发明的无电极照明系统将参考附图被更详细地进行解释。

图2是示出按照本发明的无电极照明系统的分解透视图，图3是示出按照本发明的无电极照明系统的纵向剖视图。

如图2和图3所示，按照本发明的无电极照明系统包括：磁控管101，用于当经过设置在其一侧的天线而施加外部电源时，相应地发射在其中产生的微波；谐振器102，磁控管101的一表面被安装于谐振器102，从而使得天线101a可设于其中，在该谐振器具有谐振空间，其内径沿着微波通过的路径而变得部分地不同，并且用于在该谐振空间中谐振微波；灯泡104，设置于谐振器102的谐振空间处，其中具有封装材料，该材料由谐振微波激发，并且用以通过形成等离子来发光；微波馈线103，设于谐振器102的谐振空间中，其一侧与磁控管101的天线101a连接，另一侧与灯泡104连接，用以从天线101a引导微波到灯泡104；反射体105，其用以将封装材料被微波能量激发时相应产生的光朝前反射；以及窗体106，安装在反射体105的前表面，用以防止电磁波被泄露并且保护灯泡104。

谐振器102包括：作为导体而形成的第一谐振部分111，在其一表面具有一穿孔，从而可安装磁控管101，并且由此可将天线101a插入其中，第一谐振部分111还具有同一轴上的多阶谐振空间，该谐振空间具有变得部分地不同的内径；以及第二谐振部分112，其垂直于第一谐振部分111以与第一谐振部分111连接，第二谐振部分112具有一定直径的圆柱形谐振空间，并且在该谐振空间内设有灯泡104。

第一谐振部分111包括：引入部分114，天线101穿过引导部114；扩展部分115，从引入部分114延伸，与天线101a和微波馈线103连接，并且微波馈线103穿过扩展部分115；以及收缩部分116，形成作为突出部分117内的谐振空间，微波馈线103穿过该空间，突出部分117在扩展部分115的内圆周表面之处突出，在此处扩展部分115和第二谐振部分112朝着扩展部分115的中央轴以一定的厚度和长度在圆周方向上彼此连接。

优选地这样设计第一谐振部分，使得引入部分114、扩展部分115和收缩部分116的内径能够不同。同时，收缩部分116的内径优选地设计为大于引入部分114的内径。然而，根据设计变量，收缩部分116的内径也可设计为小于引入部分114的内径。

以一定高度突出的安装部分103a形成于第一谐振部分111的引入部分114的外圆周表面。在安装部分103a上安装磁控管101，以便天线101a能够被插入到引入部分114中。

作为导体形成的微波馈线103包括：连接部分121，其中具有插入槽，以便天线101可被插入从而与其连接，连接部分121具有比天线101a的直径大的外径，并且设置在扩展部分1 15的谐振空间内；第一馈线122，一体地形成于连接部分121的一侧，并且从扩展部115分经由收缩部分116延伸到第二谐振部分112；以及第二馈线123，其在第二谐振部分112中与第一馈线122垂直连接，并且其一端与灯泡104连接。

第一馈线122优选地与天线101a和微波馈线103的连接部分121形成在同一轴上，用以平稳传输从磁控管101产生的微波和实现最佳的频率匹配。第一馈线122优选地设置成穿过形成于第一谐振部分111处的谐振空间的中心，在该谐振空间中，天线101a、微波馈线103的连接部分121以及第一馈线122的直径从引入部分114到收缩部分116逐渐变化。

第一馈线122的直径形成为比微波馈线103的连接部分的直径小。然而，按照阻抗匹配和谐振频率，也可以使第一馈线122的直径形成为比天线101a的直径小或者大。

同时，通过沿着微波的前进方向，改变天线101a和微波馈线103的外径以及与天线101a和微波馈线103的外径相对应的谐振器102的内径，有效的阻抗匹配是可能的，并且谐振频率是可控制的。

也就是说，分别相应于谐振空间的内径，不同地设定第一谐振部分111内谐振空间的内径与天线101a、微波馈线103的连接部分121以及第一馈线122的外径之比。

更明确地，如图4所示，其示出按照本发明的无电极照明系统的第一谐振部分111，天线101a的外径“a”与引入部分114的内径“b”之比、微波馈线103的连接部分121的外径“c”与扩展部分115的内径“d”之比、以及第一馈线122的外径“e”与收缩部分116的内径“f”之比被不同地设定。

并且优选以这样的方式构造，即天线101a的外径“a”与天线101a穿过的扩展部分115的内径“d”之比、以及第一馈线122的外径“e”与第一馈线122穿过的扩展部分115的内径“d”之比被不同地设定。

据此，可有效地获得按照本发明的无电极照明系统的阻抗匹配，并且可有效地控制谐振频率。

如图2和图3所示，为实现更有效的阻抗匹配和谐振频率，在第二谐振部分112内安装谐振频率控制装置107。

谐振频率控制装置107安装在灯泡104安装侧的相对侧，即在圆柱形的第二谐振部分112后侧的壁面。

谐振频率控制装置107在其中心设有一穿孔，用于插入第二馈线123的一端，并且形成为圆盘形，其通过沿着第二馈线123前后移动来改变第二谐振部分112的谐振空间的体积。

形成为圆盘形的谐振频率控制装置107被固定在可获得最佳阻抗匹配和最佳谐振频率的位置处。

谐振频率控制装置107的位置可在谐振器102的封装之前手工地或通过外部装置来确定，从而在本发明的无电极照明系统内不需要用以控制谐振频率控制装置107位置的附加装置。

为了获得更有效的阻抗匹配和谐振频率，谐振频率控制装置107可形成为多种形状。

图5和图6是示出谐振频率控制装置的纵向剖视图。

如图5所示，圆盘体由导体形成，并且形成为外径彼此不同的多阶。最大圆盘的直径与第二谐振部分112的内径相匹配，从而当谐振频率控制装置107前后移动时，能够控制第二谐振部分112的谐振空间的体积。

如图6所示，圆盘体的多阶外圆周表面以一定角度倾斜。

在按照本发明的低输出无电极照明系统中，至少一个短截线125可附加地安装在第二谐振部分112内，用以获得更有效的阻抗匹配和谐振频率，以及用于微波到灯泡的最佳传输。

如图7所示，至少一个短截线125安装在第二谐振部分112的内圆周壁面上。该短截线125朝着穿过第二谐振部分112中心的第二馈线123来安装。

如图7所示，短截线125优选地与第一馈线122形成在同一轴上。

如图8所示，短截线125以一定的高度在第二馈线123的一侧突出，并且优选地与第一馈线122设置在同一轴上。

如图9所示，短截线125形成为连接第二馈线123的内壁表面和第二谐振部分112的内壁表面。在此，短截线125与第一馈线122设置在同一轴上。

以不同方式安装在第二谐振部分112内的短截线125被形成为多边形或圆柱形。

用于在第二谐振部分112内安装短截线125的方法包括前述多种变型实例的组合方法。

如前所述，通过控制设置在第二谐振部分112内的短截线125的安装位置、形状和尺寸，微波可被更有效地传输到灯泡侧。

灯泡104包括：球形的发光部分131，其具有预定的内部体积，在该内部体积中封装有发光材料；支撑部分132，其从发光部分131完整地延伸，并且连接到第二馈线123的一端；以及一对电极133，其彼此相对设置在发光部分131内。

发光部分131优选地由具有高光透射率和低介电损失的材料比如石英形成。封入发光部分131中的发光材料包括：比如金属、卤族化合物、硫磺等发光材料，用以通过形成等离子来引起发光；比如氩气、氪气等惰性气体，用以在发光的初始状态下在发光部分131中形成等离子；以及比如Hg的放电催化材料，用以通过催化初始发光来促进发光或者用以控制产生的光谱。

由与发光部分131相同的材料形成的支撑部分132从发光部分131延伸，并且与微波馈线103的第二馈线123设置在同一轴上。电弧聚焦(arcfocusing)支撑件在支撑部分132的内侧处部分地向外突出，并且突出的电弧聚焦支撑件的端部被插入到第二馈线123的端部。

反射体105形成为具有一定曲率的椭圆形或与椭圆形相似的形状，并且被安装在第二馈线123和灯泡104之间，以覆盖灯泡104的一侧，从而将灯泡104所产生的光朝前反射。

窗口106被安装在反射体105的开口部分，并且形成为格栅形式，用于通过灯泡104所产生的光并且防止微波的泄漏。

窗口106可形成为透明板类型，用于通过光线并且防止灯泡104中所密封的有害材料在灯泡104损坏时向外泄漏。窗口106可具有任何一种形式比如网状等，并且可由任何材料形成，只要光线可以通过并且微波可以被屏蔽。

按照本发明的低输出无电极照明系统的操作将说明如下。

从磁控管101产生的微波就这样通过天线101a而被输出。该微波通过谐振器102的第一谐振部分111，其中多阶谐振空间的内径与微波引导装置即天线101a、微波馈线103的连接部121以及第一馈线123的外径之比被不同地设定。已经通过第一谐振部分111的微波，随着在第二谐振部分112内被谐振，经过第一馈线122和第二馈线123而被引导到灯泡104，在第二谐振部分112中，固定于预定位置的谐振频率控制装置107和至少一个短截线125在获得最佳阻抗匹配和谐振频率的状态下被形成。

被传输到灯泡104的微波在安装于灯泡104的发光部分131处的电弧聚焦支撑件之间形成强电场，并且发光部分131内侧处所密封的惰性气体被该电场激发。放电时所产生的热量蒸发发光材料，从而形成等离子，并且等离子通过微波连续地维持放电，从而发出高发光度的光。这些光被反射体105朝前反射，如此被用作必要的光源。

如上所述，在按照本发明的无电极照明系统中，磁控管的天线被设置在形成于谐振器内的第一谐振部分的谐振空间中，并且连接于天线的微波馈线被安装在谐振器的第一和第二谐振部分内。据此，从磁控管产生的微波沿着微波馈线被引导到灯泡从而发光。所以，不需要比如波导管、高压发生器、马达等附加装置，并且由此可将无电极照明系统制造成非常小的尺寸，以被用作比如投影电视光源的小型光源。

同时，由于第一谐振部分的多阶谐振空间的内径与微波传输装置即天线、微波馈线的连接部分以及第一馈线的外径之比被不同地设定，所以可以获得最佳的阻抗匹配和谐振频率。据此，传输到灯泡的微波能量可被最优化。

同时，通过在第二谐振部分内安装谐振频率控制装置，以及通过附加形成至少一个短截线，可以使阻抗匹配和谐振频率更为有效。

在不脱离本发明的精神或必要特征下，本发明可以以多种形式实施，同样可以理解的是，除非另有说明，上述实施例并不限于前面说明书的任何详细资料，而应在所附权利要求书中所限定的精神和范围内被广泛地解释，因此在权利要求书的界线和范围内的所有变化和修改，或与此界线和范围同等的变化和修改都应包含在所附的权利要求书中。

Claims (20)

1.一种无电极照明系统，包括：

磁控管，用以产生微波，并且具有天线，该微波经过该天线被输出；

谐振器，具有使该微波谐振的谐振空间，并且具有沿着该微波穿过的路径而部分地不同的内径；

灯泡，安装在该谐振器内部，并且在其中具有用以通过该微波能量来发光的发光材料；以及

微波馈线，其一侧与该天线连接，其另一侧与该灯泡连接，用以引导微波到该灯泡；

其中该微波馈线设置于该谐振器的谐振空间内，在相同横截面上的该微波馈线的外径与该谐振器的内径之比沿着该微波的前进方向而变化。

2.如权利要求1所述的无电极照明系统，其中该谐振器包括：

第一谐振部分，该天线被插入其中，并且在该第一谐振部分中在同一轴上设有多阶谐振空间，该谐振空间具有部分不同的内径；以及

第二谐振部分，其具有与该第一谐振部分垂直以与该第一谐振部分连接的圆柱谐振空间，并且其中具有该灯泡。

3.如权利要求2所述的无电极照明系统，其中该第一谐振部分包括：

引入部分，该天线穿过该引入部分；

扩展部分，其从该引入部分延伸，与该天线和该微波馈线连接，并且该微波馈线穿过该扩展部分：以及

收缩部分，其形成为突出部分内的谐振空间，该微波馈线穿过该空间，该突出部分朝着该扩展部分的中心轴以一定宽度和长度在该扩展部分的内圆周表面处突出。

4.如权利要求3所述的无电极照明系统，其中该引入部分、该扩展部分和该收缩部分的内径彼此不同。

5.如权利要求3所述的无电极照明系统，其中该微波馈线包括：

连接部分，其中具有插入槽，使得该天线可被插入从而与其连接，并且该连接部分设置在该扩展部分的谐振空间中；

第一馈线，一体地形成于该连接部分的一侧，并且经由该收缩部分从该扩展部分延伸到该第二谐振部分；以及

第二馈线，在该第二谐振部分中与该第一馈线垂直连接，并且其一端与该灯泡连接。

6.如权利要求5所述的无电极照明系统，其中该连接部分和该第一馈线被设置成穿过该第一谐振部分的中心。

7.如权利要求5所述的无电极照明系统，其中该天线的外径与该天线穿过的引入部分的内径之比、该连接部分的外径与该连接部分穿过的扩展部分的内径之比、以及该第一馈线的外径与该第一馈线穿过的收缩部分的内径之比被分别不同地设定。

8.如权利要求5所述的无电极照明系统，其中谐振频率控制装置被安装在该第二谐振部分中，用以控制被引入到该第二谐振部分中的微波的谐振频率。

9.如权利要求8所述的无电极照明系统，其中该谐振频率控制装置在其中心设有一穿孔，用以插入该第二馈线的一端，并且形成为圆盘形状，其通过沿着该第二馈线前后移动来改变该第二谐振部分的谐振空间的体积。

10.如权利要求9所述的无电极照明系统，其中该圆盘形状被形成为外径彼此不同的多阶。

11.如权利要求10所述的无电极照明系统，其中每个圆盘型的多阶的外圆周表面以一定角度倾斜。

12.如权利要求9所述的无电极照明系统，其中该圆盘体是导体。

13.如权利要求2所述的无电极照明系统，其中该第二谐振部分的谐振空间的内圆周表面设有至少一个以一定高度突出的短截线，用以获得阻抗匹配和谐振频率。

14.如权利要求13所述的无电极照明系统，其中该短截线形成为圆柱形状。

15.如权利要求13所述的无电极照明系统，其中该短截线形成为多边形状。

16.如权利要求7所述的无电极照明系统，其中该第二馈线在其一侧设有以一定高度突出的短截线，用以获得谐振频率和阻抗匹配。

17.如权利要求16所述的无电极照明系统，其中该短截线形成在与该第一馈线相同的轴上。

18.如权利要求16所述的无电极照明系统，其中该短截线具有突出的一端，该端与该第二谐振部分的谐振空间的内圆周表面连接。

19.如权利要求16所述的无电极照明系统，其中该短截线形成为圆柱形状。

20.如权利要求16所述的无电极照明系统，其中该短截线形成为多边形状。

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