CN101473411A - 灯 - Google Patents

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Abstract

带通滤波器(1)包括空气填充的铝室(2)，室(2)具有盖(3)和带有中心膜片(5)的长方体的谐振腔(4)。在腔的相对端部节点处提供了理想电导体(PEC)(6、7)。一个理想电导体连接到来自腔的一个端部处的输入(9)的供给线(8)。另一个PEC通过另一个供给线(10)连接到附近的波导(12)中辐射器(11)。提供了与PEC相对的带螺纹的调整突出(14、15)和在膜片中的带螺纹的调整突出(16)，以此可以将滤波器的通带和在通带内的滤波器传输特征调整为使带通滤波器和波导的输入阻抗匹配微波驱动回路(未示出)的输出阻抗。典型地，阻抗将为50Ω。波导(12)是陶瓷的且在其外表面上用金属处理。波导(12)安装在过滤器室的一端上，使得在中心腔(22)内的无电极灯泡(21)轴向指离室且在另外的腔(23)内的辐射器设定到中心腔的一侧。当过滤器被驱动时，波导谐振，从而驱动灯泡。

Description

灯
技术领域
本发明涉及由微波能量源驱动的且具有无电极放电灯泡的灯。
背景技术
将微波能量有效耦合到灯泡内对于强烈地激励灯泡的内含物以导致其白热化是关键的。为此原因，空气波导为此目的还没有成功。
在FM Espiau等人名下的美国专利No.6,737,809中描述为：
介电波导整合等离子体灯，带有主体，主体基本上包括至少一个其介电常数大于大约2的介电材料，且主体的形状和尺寸使得当合适频率的微波能量耦合到主体内时主体以至少一个谐振模式谐振。定位在主体内的腔中的灯泡包含气体填充物，当该气体填充物从谐振的主体接收能量时，形成发光等离子体。(尽管称为“灯泡”，但此说明书不描述可从灯主体分离的分立的灯泡。)
发明内容
本发明的目的是提供改进的微波能量到灯内的无电极灯泡的耦合。
根据本发明，提供了由微波能量源驱动的灯，该灯包括：
●无电极的放电灯泡，
●用于将微波能量辐射到灯泡的辐射器，
●由涂覆有导电屏蔽的陶瓷材料形成的灯泡容器，该容器具有：
■容纳了灯泡的第一凹陷，该第一凹陷打开以允许光从灯泡照射，和
■容纳了辐射器的第二凹陷，该第二凹陷打开以允许将微波连接到辐射器，和
●微波回路，具有：
■用于来自所述源的微波能量的输入，和
■到陶瓷容器内的辐射器的输出连接，
其中微波耦合器是
●将微波能量源的输出阻抗与耦合器、容器和灯泡组合的输入阻抗匹配的容性-感性回路。
微波回路，即容性-感性匹配回路可以是集总元件或储能回路，优选地具有配置为带通滤波器的分立的电容器和电感器元件。替代地，它可以是梳状线滤波器。
虽然在如下优选实施例中匹配回路是空气波导带通滤波器，但需要特别注意的是可以使用基于诸如陶瓷材料的其他介电材料的波导。这样的波导在美国专利No.4,607,242中描述。
方便地，回路布置为可调整，不仅考虑到在灯泡和滤波器自身之间的小的生产变化，而且赋予滤波器以包括波导和灯泡的谐振频率的带宽。
在优选的实施例中，回路包括一对理想电导体(PEC)，每个理想电导体放在壳体内且每个具有连接件，一个用于输入而另一个用于输出。与每个PEC的远端端部相对的提供调整元件，且另外的调整元件提供在PEC之间的膜片(iris)内。
另外，在优选的实施例中，灯泡容器可以是谐振波导。方便地，所述灯泡容器是半波波导或四分之一波波导以利于节约空间。然而，可以想到诸如全波波导的其他配置。
优选地，谐振波导为具有大于1的介电常数的材料。方便地，这将是陶瓷材料。
附图说明
为帮助理解本发明，现在将通过例子且参考附图描述本发明的特定的实施例，其中：
图1是根据本发明的带有带通滤波器的灯的透视图；
图2是在灯的俯视的中心纵向截面；
图3是在灯的主视的中心纵向截面；
图4是仅带通滤波器的响应于具有变化频率的输入频率的VSWR(电压驻波比)的曲线图；
图5是在灯泡点亮前带通滤波器和连同其灯的波导的组合的类似的曲线图；
图6是在灯泡点亮之后所述组合的另一个类似的曲线图；
图7是本发明的示例性的带通滤波器的透视图；
图8是图7的滤波器的侧视图；
图9是滤波器的另外的侧视图；和
图10是在图9内的线IX-IX上的截面侧视图。
具体实施方式
参考附图，带通滤波器1包括填充空气的铝谐振室2，室2具有盖3，室2和盖3一起限定了长方体的谐振腔4，谐振腔4具有中心膜片5。在腔的相对端部节点处提供了理想电导体(PEC)6、7。一个PEC连接到来自腔的一个端部处的输入9的供给线8。另一个PEC通过另一个供给线10连接到附近的波导12内的辐射器11。
提供与PEC相对的带螺纹的调整突出14、15和膜片中的带螺纹的调整突出16，以此可以调整滤波器的通带和在通带内滤波器的传输特征，使得带通滤波器和波导的输入阻抗与微波驱动回路(未示出)的输出阻抗匹配。典型地，阻抗将为50Ω。
波导12是陶瓷的且在其外表面上用金属处理。它安装在滤波器室的一个端部上，使得在中心腔22内的无电极灯泡21轴向指离所述室且在另外的腔23内的辐射器设定到中心腔的一侧。此设备是灯。方便地是当在半波模式下谐振时，该设备使得滤波器具有包括波导的谐振频率的通带。当滤波器被驱动时，波导谐振，从而驱动灯泡。
在使用中，组合的匹配回路和带有其灯泡的陶瓷波导的输入阻抗使得在设计频率下的微波以可忽略的反射向输入的内侧传输。从陶瓷波导反射的波从匹配回路的输出反射回到波导，且不传输通过匹配回路以朝向驱动回路向回传播。
现在转到图4，现在将描述通过调整突出14、15、16对带通滤波器的调节。PEC6、7彼此相似且其调整突出14、15与其远端端部对齐。方便地，输入PEC 6被调整以产生低的VSWR频率尖峰F1，且输出PEC 7被调整以产生高的频率尖峰F2。尖峰的高度和频率可以单独地被控制，但将认识到的是一个的调节对于另一个具有影响。另外，通带的宽度主要通过膜片调整突出16控制。
图4示出了仅滤波器的VSWR响应，而图5示出了当波导和灯的灯泡连接到滤波器时滤波器的响应。具有在F1和F2之间的频率F3的另外的VSWR尖峰被引入。这个尖峰在波导的谐振频率处。当灯已被其频率在通带内且具有足够的强度的微波能量驱动以导致灯泡内含物的离子化时，这表示对能量的短路，吸收能量和发光。能够维持离子化的频率不很特定，且如在图6中示出VSWR响应展宽，特别是在较高的频率端处。
图7至图10示出了根据本发明的、且适合于驱动2.4GHz的半波陶瓷波导的匹配回路的实际例子。它包括铝制的39.9×39.9mm的正方形块101。该正方形块101具有厚度为6.0mm的侧板102，每个侧板102通过十个螺钉103螺旋到其上。考虑到下文中描述的调整螺钉104和连接器，这些螺钉均匀地定位。调整螺钉在块的一侧105内，该侧105的壁厚度为5.84mm。两个PEC指状物108、109从厚度为4.24mm的相对侧107延伸到中心腔106内。这些PEC指状物具有矩形截面。在侧壁105、107之间的端壁110、111在从中心腔到外侧的截面内的厚度为6.60mm。所有壁具有垂直于6.60mm的厚度的16.04mm的高度。
PEC 108、109在16.04mm高度的方向上的厚度为5.04mm，且在侧壁105、107的6.60mm的厚度的方向上的厚度为4.28mm。PEC在侧壁的高度的方向上定位在块的中间高度处。它们也以3.15mm相等地分开且平行于侧壁。因此，它们具有在它们之间的1.84mm的膜片间隙。在中心处放置的且厚度为5.70mm的全高度膜片耳状物112从相对的方向上，即从调整侧壁105延伸到中心腔内。其延伸到腔内5.28mm。PEC从相对的侧壁延伸26.54mm。块、PEC和膜片耳状物都由实心块机加工。所有内部角成1.5mm半径圆角。
调整螺钉容纳在与PEC的中心轴线对齐的精细的螺纹孔插入件13内。螺纹为1/4英寸，每英寸64个螺纹UNS，这是非常细的螺纹且允许回路的特征的精细调节。
端壁被形成螺纹以容纳用于输入和输出连接器116的螺钉115。这些具有中心线17，中心线117直通到距离相对的侧壁的内侧面3.26mm的PEC。PEC被打孔1.3mm以接收线17。这些线17被焊接到位。
本发明不意图于限制于以上所述实施例的细节。例如，铝块和侧板的内侧外皮可以镀以很高传导率的金属，例如银或金。在2.4GHz下，趋肤深度为2微米。镀至6或10微米提供充分的镀层，以使得感应的电流处于高传导率的镀层内。

Claims (15)

1.由微波能量源驱动的灯，所述灯包括：
●无电极放电灯泡
●用于将微波能量辐射到灯泡的辐射器
●由涂覆有导电屏蔽的陶瓷材料形成的灯泡容器，所述容器具有：
●容纳所述灯泡的第一凹陷，所述第一凹陷打开以允许光从灯泡照射，和
●容纳所述辐射器的第二凹陷，所述第二凹陷打开以允许将微波连接到辐射器，和
●微波回路，具有：
●用于来自所述源的微波能量的输入，和
●到陶瓷容器内的辐射器的输出连接，
其中微波回路是
●将微波能量源的输出阻抗与所述回路、容器和灯泡的组合的输入阻抗匹配的容性-感性回路。
2.根据权利要求1所述的灯，其中微波回路是梳状线滤波器。
3.根据权利要求1所述的灯，其中微波回路是集总元件回路。
4.根据权利要求1所述的灯，其中微波回路配置为带通滤波器。
5.根据权利要求4所述的灯，其中微波回路包括：
●金属壳体，
●一对理想电导体(PEC)，每个理想电导体放在壳体内，和
●一对连接件，一个用于输入而另一个用于输出。
6.根据前述权利要求的任何一项所述的灯，其中微波回路可调整。
7.根据从属于权利要求5的权利要求6所述的灯，包括提供在壳体内与每个PEC的远端端部相对的各调整元件。
8.根据权利要求7所述的灯，进一步包括提供在PEC之间的膜片内的另外的调整元件。
9.根据权利要求5至8的任一项所述的灯，其中金属壳体在内部利用高电传导率金属镀到6微米或更大的深度。
10.根据前述权利要求的任意一项所述的灯，其中在微波回路的元件之间的介电材料是空气。
11.根据前述权利要求的任意一项所述的灯，其中在微波回路的元件之间的介电材料是陶瓷材料。
12.根据前述权利要求的任意一项所述的灯，其中灯泡容器是谐振波导。
13.根据前述权利要求的任意一项所述的灯，其中灯泡容器是谐振的半波波导。
14.根据权利要求12或13所述的灯，其中谐振波导是具有大于1的介电常数的材料。
15.根据权利要求14所述的灯，其中谐振波导是陶瓷材料。
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