CN103947297A - 射频灯以及操作射频灯的方法 - Google Patents

射频灯以及操作射频灯的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103947297A
CN103947297A CN201280056428.7A CN201280056428A CN103947297A CN 103947297 A CN103947297 A CN 103947297A CN 201280056428 A CN201280056428 A CN 201280056428A CN 103947297 A CN103947297 A CN 103947297A
Authority
CN
China
Prior art keywords
glass bulb
frequency
radiofrequency signal
radio
glass
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201280056428.7A
Other languages
English (en)
Inventor
H·霍伊尔曼
瑞纳·克林
斯特凡·霍尔鲁普
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dritte Patentportfolio Beteiligungs GmbH and Co KG
Original Assignee
Dritte Patentportfolio Beteiligungs GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dritte Patentportfolio Beteiligungs GmbH and Co KG filed Critical Dritte Patentportfolio Beteiligungs GmbH and Co KG
Publication of CN103947297A publication Critical patent/CN103947297A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/048—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by using an excitation coil
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/044—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by a separate microwave unit
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/30—Vessels; Containers
    • H01J61/302—Vessels; Containers characterised by the material of the vessel
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J61/00—Gas-discharge or vapour-discharge lamps
    • H01J61/02—Details
    • H01J61/30—Vessels; Containers
    • H01J61/34—Double-wall vessels or containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B41/00—Circuit arrangements or apparatus for igniting or operating discharge lamps
    • H05B41/14—Circuit arrangements
    • H05B41/24—Circuit arrangements in which the lamp is fed by high frequency ac, or with separate oscillator frequency
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00—Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)

Abstract

本发明涉及一种具有玻璃灯泡和用于提供高频信号的装置的高频灯。现有技术中已知的高频灯或者受限于玻璃灯泡的材料的有限选择或者依赖于使用螺旋状灯丝等的加热处理。本发明的目的是提供一种廉价的并且更高效的高频灯。具体而言其实现方式是，由例如窗玻璃制作玻璃灯泡，以便可由玻璃灯泡中的高频信号的热损耗来加热，这样甚至例如金属卤化物都可以在没有额外加热处理的情况下蒸发。

Description

射频灯以及操作射频灯的方法
说明书
本发明涉及如权利要求1所述的射频灯、如权利要求9所述的一种用于操作射频灯的方法、如权利要求13所述的玻璃的使用以及如权利要求14所述的射频信号的使用。
灯通常用于以最可能好的色谱尽量高效地发光。每种灯都将能量以相当良好的效率转换为光。在转换过程中经常出现大量热损耗。一般而言，所发射的光谱及其发射行为根据使用的目的是有帮助的。荧光灯和气体放电灯在现有技术中是众所周知的。
气体放电灯是使用气体放电的光源并且在这种情况下利用了由原子或分子电子跃迁产生的自发辐射以及由放电产生的等离子体的复合辐射。包含在石英玻璃灯泡(电离室)中的气体通常是金属蒸汽(例如水银)和稀有气体(例如氩)以及其他气体(例如卤素)(如果存在的话)的混合体。气体放电灯再分为低压和高压放电灯两类。前一类采用电晕放电，而后一类采用电弧放电。
这些灯都需要镇流器。荧光灯的常规镇流器包含电感器和作为启动器电路的双金属触点。电感器作为日光灯管(本文经常称为电离室)的一连串电阻用于启动。这种简单的电路被设计成用于在50Hz下工作。
现代的紧凑型节能灯使用电子镇流器。所述电子镇流器提供很多优于传统镇流器的优点。尤其是结构尺寸缩小了并且效率得到提高。电子镇流器由例如桥式整流器、控制电子装置、具有两个功率晶体管的逆变器以及一个共振电路组成。逆变器的两个功率晶体管以大约45％的开启时间工作，目的是短路电流不可能接地。这45％的时间需要特殊的控制电子装置。逆变器的转换次数是在kHz范围内的。因此，相比于常规镇流器的感应器，共振器的组件尺寸大大地缩小了。效率上的提高主要因为以下事实：由于频率较高，很少出现损耗复合。这种效果也称为RF增益(RF＝射频)。
气体放电灯的一种特殊形式是硫灯。它由填充了硫和氩的石英玻璃球组成。在玻璃球中，射频辐射产生了等离子体。镇流器包含磁控管，由于大幅加热的阴极的寿命有限，磁控管的耐用性低于其他灯镇流器技术。
硫灯与其他气体放电灯形成了鲜明对比，原因是它有非常高的色温，并且因此具有几乎白色的光谱。然而，这种灯的技术十分复杂，并且因此较为昂贵。而且，它仅适用于功率灯的瓦特数为kW范围的情况。
此外，射频灯(RF灯)是众所周知的，它常常工作在2.45GHz上。这些灯以低射频功率(30-200W)工作并使用通过横向电磁线(同轴线)连接至内部导体电极的耦合，而不是波导耦合。由于这些灯使用气体放电灯的长线作为天线，因此下文更适合于称这些灯为RF天线灯。当这些灯的情况与硫灯的情况一样时，在RF生成器的频率稳定性方面的要求是较低的。尽管RF天线灯不需要用于点火的电路来运行，但它们需要非常大的功率(高于30W微波功率)。而且，这两种理念都使用常规的天线形式的气体放电灯。在将射频辐射发射至更大范围时，这种方式具有严重的缺陷。
利用具有高效的阻抗变压器的RF灯可以获得明显更高的等离子体效率，并因此还获得更高的发光效率(以每瓦特流明测量)。利用这些变压器，电压在入耦合(coupling-in)中升级并因此以较低的电功率实现了电离。例如，这种RF灯从DE10 2007 057 581A1可知。
传统的气体放电灯使用电弧放电，并且尤其在低压灯的情况中，将电离等离子体用作电阻负载，用于kHz范围的低频信号。
可以将RF灯配置为微等离子体灯。等离子体常常在2.45GHz上产生。在经常选用的非对称电源的情况下，等离子体围绕供电电极形成为一个球体。接地的连接体是纯电容性的。
有关基础物理原理的书籍所传授的是气体的电离只有借助于电子碰撞电离才发生，而电子碰撞电离是由电子束注入、极高温度(106K)下的热电离或通过紫外光的光化电离作用而激发出来。而且，根据实验物理学，在GHz范围内本发明人已经实现了很多装置，借助于这些装置通过提供相对较少的2.45GHz的射频功率就可以出现电离区域。
如果电离的气体具有相同数量的电子和离子，那么它在平均值上是无空间电荷并且称为等离子体的气体。
而且，麦克斯韦尔方程式可用于表明以下数学关系对于电离气体是适用的：
相对介电常数：
εr＝1-(Ne2/ε0/m/(υ2+ω2)    (1)
相对电导率：
κ＝(Ne2υ)/m/(υ2+ω2)    (2)
等离子体频率：
利用以下变量：
N：每体积的电子数量，
e：电子的电荷，
m：电子的质量，
ε0：电场常数，
υ:电子与气体分子碰撞的频率，
ω:射频信号的频率。
详细调查表明，在等离子体频率以下电磁能不能在等离子体中传播并且在等离子体中不会出现损耗。相比之下，空间具有高于等离子体频率的实场波阻抗Zf。Zf落向更高的频率并且以指数方式接近Z0大约377Ω的自由空间阻抗。也就是说，需要在更高频率上实现相同功率所需的电压低于在更低频率上所需的电压。
等式(2)表明，随着频率增加，(小阻值)电阻和因此带来的损耗会上升。因此，可以在较高频率上更好地加热气体。在针对RF信号的传输特性的大气分析中，显然在2-3位数的MHz范围内辐射实际上并未被完全吸收，而在50GHz上全部辐射由于氢和/或氧中的分子吸收而被衰减。
在更低的MHz范围中，有可能使用所谓的特斯拉变压器以便制造具有5kV输出电压的100W发电机并因此在空气中产生具有10cm长度的火花隙。通过10W发射机和2kV电压，本发明人已经在2.45GHz上产生了1cm长度的微等离子体区域。
DE10 2007 057 581A1描述了一种包括电离室和第一电极的射频灯，该第一电极伸入电离室中。该电离室包含一种适合于被激励而发光的气体。电极将电信号传输至电离室中的气体以便在电离室中产生等离子体。用于产生电信号的控制电子设备连接至第一电极。所述控制电子设备包括射频振荡器，在射频振荡器的输出上设置了用于提高射频信号功率的功率放大器。阻抗变压器连接至该功率放大器的下端，电信号通过电极传输至位于所述阻抗变压器的输出上的气体。
根据DE10 2007 057 581A1的射频灯的玻璃灯泡由石英玻璃制成，正如传统气体放电灯的情况。金属蒸汽混合体位于这种石英玻璃灯泡内。未对气体金属蒸汽混合体的成分作进一步的规定；原则上，水银是适合的，然而在传统气体放电灯中水银也用作标准材料。水银在室温下就已经蒸发了并且尤其在气态时是有毒的。而且，水银原子发射的光被认为令人感觉不舒适且不自然。因此，人们试图通过例如金属盐来取代水银，比如氯化钠。与这种作为发光体的金属盐一起工作的射频灯不包含有毒物质并且发射多线谱。所发射的光被认为感觉舒适(由于它的连续性)并且同样提高了色显指数，色显指数对于色彩的逼真渲染而言是很重要的。与其相反的是，传统的气体放电灯(尤其是低压放电灯)是不发射连续谱的线发射器。
然而与射频灯(与作为发光体的金属盐一起工作)有关的问题是需要高温以便将盐转换为气态。为此目的，有必要加热射频灯的玻璃灯泡，金属盐位于所述玻璃灯泡中。在这种情况中，例如通过热辐射来加热玻璃灯泡在原则上是可能的。然而，这种加热的效率较低。具体而言，有必要开发一种附加装置，除了灯泡的常规点火和工作以外，该装置加热玻璃灯泡壁。例如，借助于白炽灯丝的加热也是相对复杂的。
为了使射频灯工作，转化为气态无论如何是绝对有必要的，因为只有在能级相应地上升时能量才扩散以便激发气体或盐，从而发射出光。
本发明基于该问题而提出了一种射频灯和一种用于操作该射频灯的方法，该射频灯对环境产生较低的负担，具体而言可以利用较少成本进行制造和操作。
该问题的解决是通过如权利要求1所述的一种射频灯、如权利要求9所述的一种用于操作射频灯的方法以及如权利要求13所述的一种玻璃的使用和如权利要求14所述的射频信号的使用。
具体而言该问题的解决是通过一种射频灯，该射频灯包括至少一个玻璃灯泡和至少一个射频信号馈送装置，该射频灯信号馈送装置将具有优选10MHz至100GHz的预定频率的一个射频信号馈送到至少一个玻璃灯泡的至少一个接触区域，其中该玻璃灯泡包含一种在气态下通过该射频信号可电离的物质，并且所述玻璃灯泡至少分段地包含一种玻璃，该玻璃具有至少2×10-4的平均损耗因数tanδ，优选地至少5×10-4，更为优选地至少20×10-4，甚至更为优选地至少50×10-4，该损耗因数在参考温度20℃下并以1MHz的参考信号测得。而且，提供了一个透明壳体，具体而言该透明壳体是一个第二外部玻璃灯泡，该第一玻璃灯泡设置在该第二外部玻璃灯泡中。
本发明的中心概念是使用一种具有较高损耗因数的玻璃以用于该玻璃灯泡，具体而言该损耗因数至少是2×10-4，而不是使用现有技术中使用的且具有(大约)1×10-4损耗因数tanδ的石英玻璃。因此，该玻璃灯泡可以由该射频信号加热到某一温度，例如至少40℃，具体而言是至少120℃，优选地是至少150℃，更优选地是至少200℃，在该温度下金属盐(例如钠盐或碘化锂)开始蒸发，这对灯的工作是至关重要的。在这种情况的玻璃中，加热玻璃的原因在于频率以及电介质的损耗因数tanδ。频率越高并且损耗因数越高，在玻璃中更多的电能就会转换为热。这种现象可以在微波炉中观察到，在微波炉中电磁波相当均匀地对玻璃进行加热。在此情况下，有可能通过旋转使得整个玻璃产品中的温度几乎毫无阻碍地上升。特别是由于提供热绝缘，通过该透明壳体可以进一步增强加热过程。因此，射频灯的工作过程中的效率可以进一步提高。
射频信号的功率可以是例如在0.1W至100W范围内，具体而言是5W至80W，优选地是10W至30W。玻璃灯泡的表面积可以优选地是4cm2至200cm2，更优选地是10cm2至100cm2。玻璃灯泡壁的厚度可以例如是0.1mm至2.0mm，优选地是0.2mm至5.0mm。
该物质可以包括至少一种金属和/或至少一种卤化物和/或至少一种惰性气体，具体而言可以由金属-卤素-惰性气体的混合物组成。
对于至少2×10-4的tanδ的玻璃损耗角，可以考虑不同的玻璃变体。一般而言，术语“玻璃”还可以包括具有相应高损耗角(例如，由杂质产生)的特种陶瓷或石英玻璃。
根据本发明的一个更为通用的概念(独立声明的)，提出了一种射频灯，该射频灯配备有一个射频信号产生装置和一个玻璃灯泡，其中可以馈送至于该玻璃灯泡的该射频信号的可生成功率和频率与该玻璃灯泡的结构设计彼此相互配合，具体而言是在其面积、其几何结构、其厚度和/或其材料成分方面，以此方式该射频信号可以将该玻璃灯泡至少分区段地加热到至少40℃的温度，具体而言是至少120℃，优选地是至少150℃，更优选地是至少200℃
利用kHz范围的低频信号(用于常规的气体放电灯的工作)，可能不会产生高效的加热，因为在低频率上玻璃损耗太小，而且具有十分低的损耗因数tanδ＝1×10-4的石英还作为常规气体放电灯中的标准物质来使用。
在根据本发明的射频灯的情况中，相比于已知的射频灯，现在射频信号不仅用于电离和激发玻璃灯泡中的气体，还同时用于将玻璃灯泡壁加热到所需的至少40℃的温度。因此，可以采用相对简单的方式来制造和操作该射频灯。水银的使用并不是绝对必要的。因此还降低了对环境和人类的危害。在这一点上，还有意地提供了使用与现有技术中的趋势相反的“较低质量的”玻璃(例如“窗玻璃”)，这种玻璃的损耗因数tanδ至少为2×10-4，其中石英玻璃在气体放电灯和射频灯领域中的接受度越来越高。因此，由于这种“较低质量的”玻璃，应当谨慎地接受缺点—这与现有技术中的趋势相反，以便能够实现所提及的优点。
优选地，平均的预定损耗因数tanδ小于100×10-4，更优选地小于80×10-4，甚至更为优选地小于60×10-4，甚至更加为优选地小于或等于50×10-4。由此，具体而言确保玻璃灯泡不加热或不加热到远超所需温度是可能的，这提高了射频灯的效率。
玻璃灯泡的玻璃的损耗因数tanδ可以至少在分段上是常数和/或随着到射频信号馈送装置的距离增加而增加，具体而言至少是区段连续地和/或离散分段地提高。可替代地或附加地，玻璃灯泡的玻璃的厚度也可以是常数和/或随着到射频信号馈送装置的距离增加而增加，具体而言至少是区段连续地和/或离散分段地增加。在常数设计的情况下，生产成本降低。具有变化厚度和/或变化损耗因数tanδ的设计有可能使得距离射频信号馈送装置的更远区段上的玻璃灯泡的温度的绝对值近似于或(大约)等于射频信号馈送装置附近的区域中或者接触部分的附近或内部的区域中的温度。因此温度梯度可以降低或甚至设置为零。具体而言，损耗因数和/或厚度上的增加可以是线性的。距离该射频信号馈送装置最远一点上的玻璃的损耗因数和/或厚度的量级是距离射频信号馈送装置最近(尤其是位于接触区域内的)一点上的量级的至少1.5倍，更为优选地是至少2倍，更加优选地是至少3倍。以此方式，也有可能使例如接触区域内部和外部的加热相匹配，这提高了射频灯的工作过程中的效率。由于玻璃灯泡上的相对高的温度梯度带来的损坏风险也可以得到降低。
可替代地，可以设置玻璃灯泡的玻璃的损耗因数tanδ随着到射频信号馈送装置的距离的增加而下降，具体而言是至少是区段连续地和/或离散分段地下降。而且，玻璃灯泡的玻璃的厚度还可以随着到射频信号馈送装置的距离增加而下降，具体而言至少是区段连续地和/或离散分段地下降。具体而言，损耗因数和/或厚度上的降低可以是线性的。距离该射频信号馈送装置最远一点上的玻璃的损耗因数和/或厚度的量级是距离射频信号馈送装置最近一点(具体而言位于接触区域内)上的量级的最多0.8倍，优选地是最多0.5倍。
损耗因数tanδ可以通过复阻抗Z或射频下的玻璃灯泡内的电流和电压之间的射频相移来计算，如下所示：
tanδ＝tanReZ/(ImZ)；
Re代表实部。
Im代表虚部。
在一个优选配置中，提供了至少两个射频信号馈送装置，具体而言是两个，这些装置被设计成用于在每种情况下将优选为10MHz至100GHz的一个射频信号馈送到该玻璃灯泡的至少一个接触区域并且优选地彼此相对地设置，以此方式该玻璃灯泡(基本上)位于这些射频信号馈送装置之间的中点。由此可以简化射频信号入耦合。而且，这种措施还产生了温度标准化(至少近似地)。总而言之，射频灯的效率再次得到了提高。
在一个进一步的优选实施例中，在透明壳体(具体而言是第二外部玻璃灯泡)和第一玻璃灯泡之间提供间隙。因此可以进一步改善加热过程，具体而言是因为提供了热绝缘。因此，射频灯的工作过程中的效率可以进一步提高。
在一个再次修改的并且还独立声明的实施例中，具体而言通过气相沉积法至少分区段地在接触区域外侧的外部区域上为玻璃灯泡涂覆导电层，具体而言该导电层是(薄)金属层。“薄”金属层或导电层应当理解为表示具有层面厚度的金属层(例如下文中金属层表示导电层)，具体而言层面厚度是10nm至1μm，优选地是20nm至200nm。在任意情况中，金属层都应该如此的薄以便玻璃灯泡仍然是透光的。薄的并且透光的金属层确保在到接触区域(射频信号在该区域中馈送)的预定距离上可建立增强的场强并因此比较均匀地加热玻璃灯泡。因此，可以减少温度梯度，这同样降低了潜在损害的风险。一般而言，射频灯的效率由于这种异常处理而得到提高。另外，薄金属层为玻璃灯泡提供了遮蔽。不需要的射频信号的发射可以得到抑制。(薄)导电层(金属层)因此既用于屏蔽又用于加热射频灯。所以，一个结构措施可以同时兼顾两种功能，这进一步以协同的方式降低了生产成本。
优选地，可以通过射频信号馈送装置来馈送单频的或调制的和/或脉冲的频率。例如，可以提供产生射频信号的射频生成器，该射频信号具有预定的频率。通过使用三次谐波可以特别高效地加热玻璃灯泡。对于可能提供的射频放大器可以进行优化以用于相应的操作，这样在射频灯的启动阶段，由于较高频率上的更大损耗，会产生玻璃灯泡的额外加热。使用三次谐波的一个进一步的有利方面是较容易的气体电离。由于频率增加，明显减少的能量不得不用于电离金属盐，这反过来意味着所需能量的减少，这样做通常会提高射频灯的效率。
上述问题通过一种操作射频灯(具体而言是以上描述的类型)的方法独立地得到解决，其中以此方式提供玻璃灯泡，并且产生具有至少一个预定频率和功率的一个射频信号并将其馈送至玻璃灯泡，其方式是将玻璃灯泡加热至预定温度，在该温度上可由射频信号在气态下电离的一种物质从玻璃灯泡的内壁上蒸发，具体而言该物质是可电离的盐。就优点而言，可以参考已经描述的射频灯。在这种方法中，根本优点因此在以下事实中也是可见的：射频信号既可用于电离发光体，也可用于加热玻璃灯泡。
优选地，除了基频外，尤其在启动阶段，产生并馈送基频的三次谐波。启动阶段可以持续例如至少5秒(具体而言至少20秒)和/或最多200秒(具体而言100秒)。
优选地，预定温度至少是40℃，具体而言是120℃，优选地是150℃，更优选地是200℃。因此，金属部分的有效蒸发可以得到保证，这促进了射频灯的经济工作。
优选地，以此方式提供玻璃灯泡，并且产生具有至少一个预定频率和功率的该射频信号并将其馈送至玻璃灯泡，其方式是预定温度基本上在时间上和/或在空间上是恒定的，具体而言预定温度的预定空间的和/或时间的平均值的时间和/或空间差异小于30％，优选地小于20％，更优选地小于10％，甚至更为优选地小于5％。这种温度匹配的结果是，比较低的平均温度已经使得金属盐充分蒸发，这促进了射频灯的高效工作。
独立地解决以上问题是通过使用具有至少2×10-4的损耗因数tanδ、优选地是至少5×10-4、更优选地是至少20×10-4、甚至更为优选地是至少50×10-4的玻璃，从而产生射频灯的玻璃灯泡(具体而言是上述类型的)，优选地以用于实施上述类型的方法。就优点而言，可以参考已经描述的方法以及相应的射频灯。
通过使用优选为100MHz至1000GHz的射频信号，上述问题可以进一步地独立解决，从而将射频灯的灯泡(具体而言是以上描述的类型)具体而言加热到至少40℃，优选地至少是120℃，甚至更为优选地是至少150℃，优选地以用于执行上述类型的方法。
该射频信号优选地具有10MHz到100GHz的频率，具体而言是300MHz到50GHz，更优选地是800MHz到10GHz，甚至更为优选地是大约2GHz到3GHz，甚至更加优选地是(大约)2.45GHz。
进一步的实施例在从属权利要求中是明显的。
以下基于示例性实施例描述本发明，包括进一步的特征和优点，这些示例性实施例参考以下附图更为详细地进行解释。
在本文的附图中：
图1展示了根据本发明的具有一个射频信号馈送装置的一种玻璃灯泡；
图2展示了根据本发明的具有一个射频信号馈送装置的玻璃灯泡的第二实施例的示意图；
图3展示了根据本发明的具有两个射频信号馈送装置的玻璃灯泡的第三实施例的示意图；
图4展示了具有一个射频信号馈送装置的玻璃灯泡的第四实施例的示意图；并且
图5展示了具有一个射频信号馈送装置的玻璃灯泡的第五实施例的示意图。
在以下描述中，相同的参考符号用于相同的以及同样执行的部件。
图1展示了射频灯的玻璃灯泡10和优选地屏蔽波导管11。波导管11包括一个优选的同轴外部导体12和一个内部导体13，优选地该波导管在横截面上是圆形的。波导管11的成型方式是可以进行阻抗变压，具体而言是根据DE10 2007 057 581A1。射频信号在接触区域14被馈送至玻璃灯泡10，在该区域上波导管11与玻璃灯泡10相接触。可以提供一个电极，优选地是金属电极，如果适合的话，将该电极引入玻璃灯泡(图中未示出)。
根据图1，在玻璃灯泡10的实施例中仅提供了一种类型的玻璃。玻璃灯泡10的厚度是常数(但也可以与图示有所偏差)。使用一种单一类型的玻璃允许比较经济的生产。由一个射频信号馈送装置组成的波导管11实现了射频加热，射频加热可以与驱动器相配合以电离玻璃灯泡10内部的盐，从而使射频灯能够工作。在此情况中，阻抗变压可以用于电离气体并且相同的信号可用于加热玻璃壁。波导管11将射频信号(优选地事先经过变压的)馈送至燃烧室。
优选地通过连接位置15(具体而言该连接位置是热绝缘的)可以将玻璃灯泡10固定到波导管11。优选地，连接位置15的热导率小于0.5W/(mK)，具体而言是小于0.1W/(mK)。由于这种热绝缘，可以更高效地进行加热，这提高了射频灯的效率。
射频信号可以通过电容耦合馈送至玻璃灯泡10或玻璃灯泡10内部的(填充气体的)燃烧室16。
在此情况中，玻璃灯泡在入耦合位置17上进行最大程度的加热。优选地，在玻璃灯泡10的相对侧面上可以获得具体而言至少40℃的温度，然而也可以获得至少80℃的温度。然而在此情况下，应当注意防止出现过大的温度梯度，由于压力的原因，过大的温度梯度会导致玻璃的损坏。
图2中射频信号的馈送采用图1中相同的方式进行。然而，图2中的玻璃灯泡10在设计上不同图1。这里的玻璃灯泡10被分为第一玻璃灯泡区段21、第二玻璃灯泡区段22、第三玻璃灯泡区段23以及第四玻璃灯泡区段24。位于接触区域14或射频入耦合区域中的第一玻璃灯泡区段21由高质量玻璃组成，例如这种玻璃例如具有1×10-4至1.5×10-4的低损耗因数tanδ。随着到波导管11的距离增加而使用具有较高损耗因数的玻璃。在第二玻璃灯泡区段，例如可以形成1.5×10-4至2×10-4的损耗因数tanδ。在第三玻璃灯泡区段，例如可以形成2×10-4至3×10-4的损耗因数tanδ。在第四玻璃灯泡区段，例如可以形成3×10-4至5×10-4的损耗因数tanδ。
射频信号不仅辐射到玻璃灯泡的玻璃上，还同时辐射到燃烧室16中，然后在燃烧室中电离加热的或蒸发的气体，并且由此引起发光。
以具有不同损耗因数的区域来划分玻璃灯泡可能是有效果的，如图2中所示，离散地分为多个预先定义的区域，但可替代地还可以采用连续变化的方式来实施。通过连续可变的实施例，可以特别精确地设定壁温度，这样做(如果适合的话)的结果是可以实现均匀的壁温度。然而，在离散实施例的情况中也可以实现比较均匀的温度分布。因此当射频灯的一个区域的温度极低并且不能使灯工作时，防止这种情况是可能的。另一方面，玻璃灯泡局部太热并且形成了十分大的温度梯度，这可能导致玻璃破损，防止这种情况也是可能的。
因此，有可能减少或避免由于射频入耦合附近的温度局部上升而出现的问题。在以均匀方式实施的玻璃灯泡的情况中，原则上不应当希望出现一致的温度分布。温度依赖于到入耦合区域的距离。在此情况中，“冷点”(玻璃灯泡的最冷点)对于射频灯的工作至关重要，并且当使用以球形方式实现的玻璃灯泡10时例如应当希望冷点与入耦合相对(在一侧耦合的情况下)。在两侧耦合的情况中(以下将更为详细地描述)，应当期望玻璃灯泡上的“冷点”位于这些入耦合位置的中间。
图3展示了射频灯的一个实施例的摘录，除了玻璃灯泡10和第一波导管11外，在该实施例中还提供具有外部导体32的第二波导管31和根据第一波导管11而设计的内部导体33。就第二波导管31和第一波导管11的设计而言(根据图3)，可以参考根据图1和图2的实施例。波导管11,31(同样在其他实施例中)可以利用差分技术来驱动，以便在燃烧室16的中心产生场强的局部最大值并同时在两侧加热玻璃灯泡。
同样在根据图3的最初示例中，玻璃灯泡10以不均匀的方式实现并且包括第一玻璃灯泡区段41、第二玻璃灯泡区段42、第三玻璃灯泡区段43、第四玻璃灯泡区段44以及第五玻璃灯泡区段45，其中优选地第一玻璃灯泡区段41和第五玻璃灯泡区段45由相同的材料组成，而更为优选地第二玻璃灯泡区段42和第四玻璃灯泡区段44同样由相同的材料组成。第一玻璃灯泡区段41位于第一波导管11的接触区域14中。第五玻璃灯泡区段位于第二波导管31的接触区域14中。第一玻璃灯泡区段41和第五玻璃灯泡区段45由具有较低损耗因数tanδ的材料组成。第二玻璃灯泡区段42和第四玻璃灯泡区段44(它们直接邻接对应的接触区域14)由具有更高损耗因数tanδ的材料制成。位于第二玻璃灯泡区段42和第四玻璃灯泡区段44之间的第三玻璃灯泡区段43具有甚至更高的损耗因数tanδ。
图4展示了射频灯的摘录，其中在第二玻璃灯泡50中提供第一玻璃灯泡10。在第二玻璃灯泡50和第一玻璃灯泡10之间的间隙51优选地被排空或可排空的。因此，可以额外地支持加热过程，这使得射频灯能够经济地工作。第二玻璃灯泡50由一个支架支撑，具体而言是外部壳体52。第二玻璃灯泡50可以是缎磨砂的或光滑的。类似于图1和图2，射频信号可以通过波导管11或外部导体12和其内部导体13馈送至第一玻璃灯泡10。与图4相一致的第一玻璃灯泡10由第一玻璃灯泡区段53、第二玻璃灯泡区段54以及第三玻璃灯泡区段55组成，其损耗因数按照所述顺序而增加。第三玻璃灯泡区段55与第一玻璃灯泡区段53相对地设置，接着第一玻璃灯泡53设置在接触区域14中。第二玻璃灯泡54设置在第一玻璃灯泡区段53和第三玻璃灯泡区段55之间。排空的间隙51确保了第一玻璃灯泡10的热绝缘。根据图4的实施例还可以扩展为在两侧进行驱动，如图3所示。
根据图5的实施例基本上对应于与图1相一致的实施例，但(薄)金属层57蒸汽沉淀在位于接触区域14外侧的外部区域56中的玻璃灯泡10上。优选地(薄)金属层57可以电连接至波导管11的外部导体12，其中外部导体12优选地进一步接地(在其他实施例中也可以是这种情况)。(薄且透光的)金属层57使得在到接触区域14的某个距离上建立增加的场强并因此较为均匀地加热玻璃成为可能。而且，所述(薄)金属层57使灯能够被遮蔽。射频信号的发射由此得到抑制。
玻璃灯泡的损耗以及由此还影响的加热依赖于玻璃的损耗因数tanδ以及频率。使用三次谐波更可能影响玻璃灯泡的温度增加。可以将所提供的射频放大器优化到相应的操作上，这样玻璃灯泡10的额外加热可以在射频灯泡的启动阶段进行，因为在较高频率上损耗更大。
使用三次谐波的一个进一步的优点是较容易的气体电离。由于频率增加，更少的能量不得不用于电离金属侧，这反过来意味着所需能量的减少。
相比于前言中提及的射频天线灯，在本文描述的射频灯的情况中，很少(几乎不)出现射频发射并且灯能够被识别。而且，效率可以得到提高。(所填充的玻璃灯泡的)射频负载具有较高的阻抗，从而在匹配时以低功率产生非常高的电场强度。
通过在一个或两个侧面上进行微波辐射，可以实现射频灯的玻璃灯泡的加热。玻璃灯泡壁上的温度梯度可以得到最小化，这样整个玻璃灯泡壁的温度就较为均匀地分布。
射频灯可以用于构建微波驱动的(射频驱动)放电灯，具体而言用于提高效率、发射谱、成本、寿命以及耐久性方面的性能。
由于其多线谱，射频灯特别好地适合于用作私人家庭中的灯源。
由于电信市场的存在(可以比较经济地获得射频电子组件)，并且由于常规的气体放电灯技术，因此可以非常廉价地制造微波驱动的射频灯，尤其因为高压要求相比于常规启动器电路明显更低。
此时应当指出的是，以上描述的认为是独立的以及任意组合形式的所有部件，尤其是附图中所示的细节，被声明为对本发明必不可少。其多种修改形式为本领域的普通技术人员所熟知。
参考标记列表
10   玻璃灯泡
11   射频信号馈送装置(波导管)
12   外部导体
13   内部导体
14   连接区域
15   连接位置
16   燃烧室
17   入耦合位置
21   第一玻璃灯泡区段
22   第二玻璃灯泡区段
23   第三玻璃灯泡区段
24   第四玻璃灯泡区段
31   第二波导管
32   外部导体
33   内部导体
41   第一玻璃灯泡区段
42   第二玻璃灯泡区段
43   第三玻璃灯泡区段
44   第四玻璃灯泡区段
45   第五玻璃灯泡区段
50   第二玻璃灯泡
51   间隙
52   壳体
53   第一玻璃灯泡区段
54   第二玻璃灯泡区段
55   第三玻璃灯泡区段
56   外部区域
57   金属层

Claims (14)

1.一种射频灯，包括：
至少一个玻璃灯泡(10)以及至少一个射频信号馈送装置(11)，该射频信号馈送装置用于将一个射频信号馈送至至少一个玻璃灯泡(10)的至少一个接触区域(14)，该射频信号具有优选地10MHz至100GHz的一个预定频率，其中该玻璃灯泡(10)包含一种在气态下可由该射频信号电离的物质，并且所述玻璃灯泡至少分区段地由一种玻璃组成，该玻璃具有至少2×10-4的平均损耗因数tanδ，优选地是至少5×10-4，更为优选地是至少20×10-4，甚至更为优选地是至少50×10-4，该损耗因数在参考温度20℃下并以一个1MHz的参考信号测得，其中提供一个透明壳体，具体而言是一个第二外部玻璃灯泡(50)，该第一玻璃灯泡(10)设置在该第二外部玻璃灯泡中。
2.如权利要求1所述的射频灯，
其特征在于
该平均的预定损耗因数tanδ小于100×10-4，优选地小于80×10-4，甚至更为优选地小于或等于50×10-4。
3.如权利要求1或2所述的射频灯，
其特征在于
该玻璃灯泡(10)的玻璃的损耗因数tanδ和/或厚度可以至少分区段地是恒定的或随着到该射频信号馈送装置(11)的距离增加而提高，具体而言至少是线性地和/或离散分段地提高。
4.如前述权利要求中任一项所述的射频灯，
其特征在于
距离该射频信号馈送装置(11)最远一点上的该玻璃灯泡(10)的玻璃的损耗因数tanδ和/或厚度的量级是距离该射频信号馈送装置最近一点上的量级的至少1.5倍，优选地是至少2倍，甚至更为优选地是至少3倍，具体而言该最近一点位于该接触区域(14)之内。
5.如前述权利要求中任一项所述的射频灯，
其特征在于
提供至少两个射频信号馈送装置(11，31)，具体而言是两个，这些装置被设计成用于在每种情况下将优选为10MHz至100GHz的一个射频信号馈送到该玻璃灯泡(10)的至少一个接触区域(14)并且优选地彼此相对地设置，其方式为该玻璃灯泡(10)基本上位于这些射频信号馈送装置(11，31)之间的中点。
6.如前述权利要求中任一项所述的射频灯，
其特征在于
位于该透明壳体和该第一玻璃灯泡(10)之间的一个间隙(51)是可排空的或被排空。
7.如前述权利要求中任一项具体所述的射频灯，
其特征在于
具体而言是在该接触区域(14)外侧的一个外部区域(56)内至少分区段地为该玻璃灯泡(10)的玻璃涂覆一种导电层，具体而言是薄金属层(57)，具体而言通过气相沉积法来涂覆。
8.如前述权利要求中任一项所述的射频灯，
其特征在于
一个用于产生该射频信号的射频产生器，该射频信号具有该预定的频率，其中如果适合的话该频率是单频的或调制的和/或脉冲的。
9.一种用于操作如前述权利要求中任一项所述的射频灯的方法，
其中以此方式提供一个玻璃灯泡(10)，并且产生具有至少一个预定频率和功率的一个射频信号并将其馈送至该玻璃灯泡(10)，其方式是将该玻璃灯泡(10)加热至一个预定温度，在该温度上可由该射频信号在气态下电离的一种物质从该玻璃灯泡(10)的内壁上蒸发。
10.如权利要求9所述的方法，
其特征在于
产生一个单频或调制的以及在适合情况下的脉冲的射频信号并作为该射频信号来馈送。
11.如权利要求9或10所述的方法，
其特征在于
该预定温度至少是40℃，优选地至少是120℃，甚至更为优选地至少是150℃，甚至更加优选地至少是200℃。
12.如权利要求9至11所述的方法，
其特征在于
以此方式提供该玻璃灯泡(10)并且产生并馈送具有至少一个预定频率和功率的该射频信号，其方式是该预定温度基本上在时间上和/或在空间上是恒定的，具体而言该预定温度的一个预定空间的和/或时间的平均值的时间和/或空间差异小于30％、20％，优选地小于10％，更优选地小于5％。
13.使用损耗因数tanδ大于2×10-4优选地大于5×10-4、甚至更为优选地大于20×10-4、甚至更加优选地大于50×10-4的玻璃，以产生如权利要求1至8具体所述的射频灯的一个玻璃灯泡(10)，优选地用以执行如权利要求9至12中任一项所述的方法。
14.使用一个射频信号，以加热如权利要求1至8中任一项具体所述的射频灯的一个灯泡(10),具体而言加热到至少40℃，优选地至少是120℃，甚至更为优选地是150℃，优选地用以执行如权利要求9至12中任一项所述的方法。
CN201280056428.7A 2011-11-18 2012-11-16 射频灯以及操作射频灯的方法 Pending CN103947297A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011055486A DE102011055486A1 (de) 2011-11-18 2011-11-18 Hochfrequenzlampe sowie Verfahren zum Betreiben einer Hochfrequenzlampe
DE102011055486.6 2011-11-18
PCT/EP2012/072888 WO2013072483A1 (de) 2011-11-18 2012-11-16 Hochfrequenzlampe sowie verfahren zum betreiben einer hochfrequenzlampe

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103947297A true CN103947297A (zh) 2014-07-23

Family

ID=47278267

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201280056428.7A Pending CN103947297A (zh) 2011-11-18 2012-11-16 射频灯以及操作射频灯的方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20140306602A1 (zh)
EP (1) EP2781140A1 (zh)
CN (1) CN103947297A (zh)
DE (1) DE102011055486A1 (zh)
TW (1) TW201327623A (zh)
WO (1) WO2013072483A1 (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1350698A (zh) * 1999-05-12 2002-05-22 熔化照明股份有限公司 高亮度微波灯
CN101884250A (zh) * 2007-11-28 2010-11-10 第三专利投资有限两合公司 高频灯及其操作方法
DE102009022755A1 (de) * 2009-05-26 2010-12-02 Fachhochschule Aachen Hochfrequenzlampe über Impedanztransformation
WO2010140691A1 (ja) * 2009-06-04 2010-12-09 国立大学法人静岡大学 放電灯及び放電灯装置

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4070603A (en) * 1976-07-14 1978-01-24 Gte Laboratories Incorporated Solid state microwave power source for use in an electrodeless light source
DE69706453T2 (de) * 1996-02-01 2002-06-06 Osram Sylvania Inc Elektrodenlose Hochleistungsentladungslampe mit einer Borsulfid enthaltende Füllung
JP2000311659A (ja) * 1999-04-27 2000-11-07 Harison Electric Co Ltd 外面電極蛍光ランプ
KR101027363B1 (ko) * 2003-08-08 2011-04-11 니폰 덴키 가라스 가부시키가이샤 외부전극 형광램프용 외투용기

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1350698A (zh) * 1999-05-12 2002-05-22 熔化照明股份有限公司 高亮度微波灯
CN101884250A (zh) * 2007-11-28 2010-11-10 第三专利投资有限两合公司 高频灯及其操作方法
DE102009022755A1 (de) * 2009-05-26 2010-12-02 Fachhochschule Aachen Hochfrequenzlampe über Impedanztransformation
WO2010140691A1 (ja) * 2009-06-04 2010-12-09 国立大学法人静岡大学 放電灯及び放電灯装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20140306602A1 (en) 2014-10-16
TW201327623A (zh) 2013-07-01
DE102011055486A1 (de) 2013-05-23
WO2013072483A1 (de) 2013-05-23
EP2781140A1 (de) 2014-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100446154B1 (ko) 고주파방전에너지공급수단과고주파무전극방전램프장치
TWI454183B (zh) 高頻燈及其操作方法
EP0030593B1 (en) Compact fluorescent light source and method of excitation thereof
US5786667A (en) Electrodeless lamp using separate microwave energy resonance modes for ignition and operation
JP4714868B2 (ja) 放電灯装置
HUT74897A (en) Microwave source for electrodeless lamps
Wharmby Electrodeless lamps
US4266166A (en) Compact fluorescent light source having metallized electrodes
Gilliard et al. Operation of the LiFi light emitting plasma in resonant cavity
US8674603B2 (en) Electrodeless lamps with grounded coupling elements
US7378797B2 (en) Fluorescent lamp with conductive coating
CN103947297A (zh) 射频灯以及操作射频灯的方法
JPH097552A (ja) 電界を対称にする装置を有する無電極高輝度放電ランプ
WO2014141182A1 (en) Microwave powered lamp
US8102107B2 (en) Light-emitting devices having excited sulfur medium by inductively-coupled electrons
Gilliard et al. Longitudinally mounted light emitting plasma in a dielectric resonator
JP3201472B2 (ja) 無電極放電ランプ
CN101660675A (zh) 紫外线照射装置
JP2002231472A (ja) 放電ランプ
JP6516200B2 (ja) マイクロ波無電極ランプを使用した光照射装置
Joshi 14.4 L: Late‐News Paper: Development of Long Life, Full Spectrum Light Source for Projection Display
WO2014141183A1 (en) Elongated microwave powered lamp
JP2009181762A (ja) マイクロ波放電ランプ
JP2012195175A (ja) マイクロ波放電ランプ
WO2014141184A1 (en) Packed microwave powered lamp

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20140723