CN104064441A - 用于等离子体光源的微波谐振腔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于等离子体光源的微波谐振腔，包括有圆形陶瓷底座、圆形陶瓷盖盘，圆形陶瓷底座、圆形陶瓷盖盘上分别附着金属导电薄层，圆形陶瓷底座上连接有方形立柱，圆形陶瓷盖盘中开有供方形立柱插入的中空区域。本发明提供一种用于等离子体光源的微波陶瓷谐振腔，结构简单，同时可以在不修改陶瓷腔体尺寸的前提下，较容易地对谐振频率进行大范围的调整。

Description

用于等离子体光源的微波谐振腔

技术领域

本发明涉及微波谐振腔领域，具体是一种用于等离子体光源的微波谐振腔。

背景技术

目前，常用的大功率光源内部都使用了灯丝或者金属电极，而灯丝或电极的存在极大地限制了光源的寿命。因为电极材料的蒸发会引起较大的光衰减，而且电极与玻璃密封很容易产生漏气的问题，减少了光通量和光源的寿命。

利用微波驱动等离子体发光将微波技术与高强度气体放电光源的优点完美结合起来。微波激发等离子体光源具有无电极、寿命长、无光衰、节能环保、光效高等优点，具有广泛的应用前景。微波源驱动等离子发光主要有四部分组成，包括电源、射频/微波驱动功率源、微波谐振腔和灯泡。其中，谐振腔的作用是把激励探针发射的微波能量聚集，形成较强的电场强度，使灯泡内部气体电离，并把微波能量传输给灯泡，进一步激发气体放电，产生高强度的等离子体发光光源。目前，现有技术用于等离子体光源的陶瓷谐振腔形状结构复杂，腔体厚度和体积较大，陶瓷烧结时需要较长的时间，烧成后还容易变形影响尺寸精度，导致腔体的谐振频率产生变化，尺寸变形给后期安装也带来了许多困难。此外，谐振腔烧结完成后，谐振频率便是固定的。如果谐振频率不正确，由于陶瓷材料硬度较大，则很难对腔体尺寸进行修正而调整频率，或者仅能对频率进行小幅度的微调。如果所需的谐振频率变动较大，只能对谐振腔重新做模具烧结，大大增加了成本费用和研制时间。

发明内容 本发明的目的是提供一种用于等离子体光源的微波谐振腔，以解决现有技术陶瓷谐振腔烧结时腔体厚度较大容易导致变形，以及烧成后频率调整困难的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

用于等离子体光源的微波谐振腔，其特征在于：包括有圆形陶瓷底座、圆形陶瓷盖盘，其中：

所述圆形陶瓷底座顶部中间位置竖向垂直连接有方形立柱，方形立柱顶部切割成型有半圆形凹槽，且半圆形凹槽的中心轴线与方形立柱其中一侧侧面平行，半圆形凹槽的中心轴线一端对应方向的圆形陶瓷底座侧面开有盲孔，且盲孔中心轴线与半圆形凹槽中心轴线平行，圆形陶瓷底座内沿盲孔中心轴线方向还设置有通孔，所述通孔直径小于盲孔直径，通孔一端连通至盲孔，通孔另一端设置在半圆形凹槽的中心轴线另一端对应方向的圆形陶瓷底座侧面，所述圆形陶瓷底座的底面、除盲孔周围圆环形区域外的圆形陶瓷底座侧面分别附着有金属导体薄层，对应于半圆形凹槽的中心轴线两端方向的圆形陶瓷底座顶部分别附着有金属导体带薄层，每个金属导体带薄层的外端分别在圆形陶瓷底座对应方向的边沿处与金属导体薄层连接，每个金属导体带薄层内端分别附着于方形立柱对应方向的侧面并沿方形立柱对应方向的侧面向上延伸后，再进入方形立柱顶部半圆形凹槽内并附着于方形立柱顶部半圆形凹槽槽底后延伸一段距离，由两金属导体带薄层内端之间夹持的方形立柱顶部半圆形凹槽槽底形成不导电细缝，每个金属导体带薄层内端中间位置分别成型有凸起，且凸起附着于不导电细缝上；

所述圆形陶瓷盖盘顶部中间位置设置有半圆形凹槽，圆形陶瓷盖盘顶部半圆形凹槽最大宽度等于所述方形立柱垂直于方形立柱顶部半圆形凹槽中心轴线的侧面的宽度，圆形陶瓷盖盘顶部半圆形凹槽直径等于所述方形立柱顶部半圆形凹槽直径，半圆形凹槽槽底中间位置向圆形陶瓷盖盘中竖向设置有中空区域，中空区域的形状与圆形陶瓷底座顶部方形立柱形状匹配，且中空区域位于圆形陶瓷盖盘顶部半圆形凹槽槽底的端面将半圆形凹槽槽底分隔为两个凹槽，圆形陶瓷盖盘顶部对应于半圆形凹槽位于中心轴线两端方向分别开有小半圆形凹槽，两小半圆形凹槽一端分别与圆形陶瓷盖盘顶部半圆形凹槽两端连通，两小半圆凹槽另一端分别设置在圆形陶瓷盖盘顶部边沿处，所述圆形陶瓷盖盘顶部的半圆形凹槽槽面附着有薄釉，圆形陶瓷盖板顶部位于平行于半圆形凹槽中心轴线方向的两侧分别附着有形成矩形区域的薄釉，圆形陶瓷盖盘顶部其他位置、圆形陶瓷盖盘侧面分别附着有金属导体薄层；

所述方形立柱顶部半圆形凹槽中放置有无极石英灯泡或者陶瓷灯泡，圆形陶瓷盖盘倒盖在圆形陶瓷底座顶部，且圆形陶瓷底座顶部的方形立柱插入圆形陶瓷盖盘的中空区域中。

所述的用于等离子体光源的微波谐振腔，其特征在于：所述金属导体带薄层位于圆形陶瓷底座顶部的部分设置为直线形、或曲线形、或折线形、或圆弧线形。

所述的用于等离子体光源的微波谐振腔，其特征在于：所述方形立柱顶部半圆形凹槽中的金属导体带薄层、不导电细缝上分别附着有薄釉。

所述的用于等离子体光源的微波谐振腔，其特征在于：所述圆形陶瓷盖盘高度大于或等于方形立柱高度。

所述的用于等离子体光源的微波谐振腔，其特征在于：所述圆形陶瓷底座、圆形陶瓷盖盘的材料可选用氧化铝材料，或者氮化铝材料，或者氧化铍材料，或者其他不导电的电子陶瓷介质材料，优选氧化铝材料。

所述的用于等离子体光源的微波谐振腔，其特征在于：所述圆形陶瓷底座、圆形陶瓷盖盘上附着的金属导体薄层，以及圆形陶瓷底座、方形立柱上的金属导体带薄层分别可选用银材料，或者铜材料，或者其他高导电率金属。

所述的用于等离子体光源的微波谐振腔，其特征在于：所述金属导体薄层、金属导体带薄层分别可采用电镀，或者丝网印刷，或者真空溅射方式附着于相应位置。

本发明提供一种用于等离子体光源的微波陶瓷谐振腔，结构简单，同时可以在不修改陶瓷腔体尺寸的前提下，较容易地对谐振频率进行大范围的调整。

本发明的有益效果如下：

本发明的两零件部分均具有较薄的陶瓷厚度，避免了陶瓷腔体高温烧结时容易变形的问题，同时，可以方便地通过改变导体带的尺寸或者形状等多种方式大范围地改变陶瓷谐振腔的谐振频率，而不需要改变陶瓷块本身的尺寸，避免了对陶瓷机械加工的困难。另外，由于可以使谐振频率在较大的范围内改变，减少了重新制作模具和烧结的费用。

本发明可以应用于微波激发等离子体无电极光源的谐振腔，实现对微波能量的聚集，产生较高的电场强度，从而使灯泡内部气体电离，形成高亮的等离子体光源。

附图说明

图1为圆形陶瓷底座的结构示意图。

图2为圆形陶瓷盖盘的结构示意图。

图3为圆形陶瓷盖盘与底座装配后谐振腔的整体结构示意图。

图4为本发明实施例提供的一个采用圆弧线金属导体带薄层的陶瓷底座。

图5为本发明一个实物的谐振频率测试曲线。

具体实施方式

如图1-图3所示，用于等离子体光源的微波谐振腔，包括有圆形陶瓷底座、圆形陶瓷盖盘，其中：

圆形陶瓷底座顶部中间位置竖向垂直连接有方形立柱1，方形立柱1顶部切割成型有半圆形凹槽2，且半圆形凹槽2的中心轴线与方形立柱1其中一侧侧面平行，半圆形凹槽2的中心轴线一端对应方向的圆形陶瓷底座侧面开有盲孔3，且盲孔3中心轴线与半圆形凹槽2中心轴线平行，圆形陶瓷底座内沿盲孔3中心轴线方向还设置有通孔4，通孔4直径小于盲孔3直径，通孔4一端连通至盲孔3，通孔4另一端设置在半圆形凹槽2的中心轴线另一端对应方向的圆形陶瓷底座侧面，圆形陶瓷底座的底面、除盲孔3周围圆环形区域5外的圆形陶瓷底座侧面分别附着有金属导体薄层，对应于半圆形凹槽2的中心轴线两端方向的圆形陶瓷底座顶部分别附着有金属导体带薄层6、7，每个金属导体带薄层6、7的外端分别在圆形陶瓷底座对应方向的边沿处与金属导体薄层连接，每个金属导体带薄层6、7内端分别附着于方形立柱1对应方向的侧面并沿方形立柱1对应方向的侧面向上延伸后，再进入方形立柱1顶部半圆形凹槽2内并附着于方形立柱1顶部半圆形凹槽2槽底后延伸一段距离，由两金属导体带薄层6、7内端之间夹持的方形立柱1顶部半圆形凹槽2槽底形成不导电细缝8，每个金属导体带薄层6、7内端中间位置分别成型有凸起9，且凸起9附着于不导电细缝8上；

圆形陶瓷盖盘顶部中间位置设置有半圆形凹槽，圆形陶瓷盖盘顶部半圆形凹槽最大宽度等于方形立柱1垂直于方形立柱1顶部半圆形凹槽2中心轴线的侧面的宽度，圆形陶瓷盖盘顶部半圆形凹槽直径等于方形立柱1顶部半圆形凹槽2直径，半圆形凹槽槽底中间位置向圆形陶瓷盖盘中竖向设置有中空区域10，中空区域10的形状与圆形陶瓷底座顶部方形立柱1形状匹配，且中空区域10位于圆形陶瓷盖盘顶部半圆形凹槽槽底的端面将半圆形凹槽槽底分隔为两个凹槽11、12，圆形陶瓷盖盘顶部对应于半圆形凹槽位于中心轴线两端方向分别开有小半圆形凹槽13、14，两小半圆形凹槽13、14一端分别与圆形陶瓷盖盘顶部半圆形凹槽两端连通，两小半圆凹槽13、14另一端分别设置在圆形陶瓷盖盘顶部边沿处，圆形陶瓷盖盘顶部的半圆形凹槽槽面附着有薄釉，圆形陶瓷盖板顶部位于平行于半圆形凹槽中心轴线方向的两侧分别附着有形成矩形区域15、16的薄釉，圆形陶瓷盖盘顶部其他位置、圆形陶瓷盖盘侧面分别附着有金属导体薄层；

方形立柱1顶部半圆形凹槽2中放置有无极石英灯泡或者陶瓷灯泡，圆形陶瓷盖盘倒盖在圆形陶瓷底座顶部，且圆形陶瓷底座顶部的方形立柱1插入圆形陶瓷盖盘的中空区域10中。

金属导体带薄层6、7位于圆形陶瓷底座顶部的部分设置为直线形、或曲线形、或折线形、或圆弧线形。

方形立柱1顶部半圆形凹槽中的金属导体带薄层6、7、不导电细缝8上分别附着有薄釉。

圆形陶瓷盖盘高度大于或等于方形立柱1高度。

圆形陶瓷底座、圆形陶瓷盖盘的材料可选用氧化铝材料，或者氮化铝材料，或者氧化铍材料，或者其他不导电的电子陶瓷介质材料，优选氧化铝材料。

圆形陶瓷底座、圆形陶瓷盖盘上附着的金属导体薄层，以及圆形陶瓷底座、方形立柱上的金属导体带薄层分别可选用银材料，或者铜材料，或者其他高导电率金属。

金属导体薄层、金属导体带薄层分别可采用电镀，或者丝网印刷，或者真空溅射方式附着于相应位置。

如图1所示，本发明中，圆形陶瓷底座上平面中间区域有一方形立柱1，其截面可以为矩形或正方形，与圆形陶瓷底座上平面垂直并连接为一体，方形立柱顶部被切除一块半圆柱体，形成一个半圆形凹槽2。

圆形陶瓷底座侧面有一个直径较大的盲孔3，盲孔深度较浅，在此盲孔内部的底平面上，再开出一个直径较小的通孔4，一直贯通到另一边侧面，通孔的方向与方形立柱顶面圆形凹槽的轴线方向一致。实际使用中，利用细长的金属探针插入此盲孔和通孔内部，实现微波能量到陶瓷谐振腔的耦合。圆形陶瓷底座的底面和侧面附着导电良好的金属导体薄层，其中，侧面上盲孔周围的一块圆环形区域5是裸露的陶瓷，没有附着金属导体，以避免大功率微波耦合时电场在此处击穿。在圆形陶瓷底座的上平面，两条金属导体带薄层6和7，与圆形陶瓷底座轴线对称，起始于两边圆形陶瓷底座边缘并与侧面导体相连接，通过直线或者曲线，分别连接方形立柱垂直于圆形陶瓷底座通孔的两个平面，并各自沿着平面继续向上，到达顶部的半圆形凹槽2内延伸一段并终止，在半圆形凹槽2内部形成一个狭长的不导电的细缝8。金属导体带薄层6、7在半圆形凹槽2内表面形成两段半圆弧导电面，并与侧面的导体带实现电气连接。在不导电细缝8的中间，由同样导体材料构成的两个相对方向的矩形或者圆形凸起9，分别连接上述两条金属导体带薄层的内端，详细结构见图1方形立柱1的半圆形凹槽2内。圆形陶瓷底座的底面和侧面的金属导体薄层，以及金属导体带薄层6和7，可以采用电镀、丝网印刷、真空溅射或者手工等方式实现附着在圆形陶瓷底座上，金属导体材料可以选用银或铜等高电导率金属，其厚度典型值在5um-0.1mm之间。在半圆形凹槽2的曲面上，施加一层薄釉覆盖住曲面上的金属导体带薄层和不导电细缝8，以保护金属导体长期工作不被损坏，釉的颜色为可反射光线的白色或者无色透明。

如图2所示，本发明中，圆形陶瓷盖盘中间有一方形的中空区域10，实际使用时，圆形陶瓷盖盘倒扣在圆形陶瓷底座顶部，圆形陶瓷底座上的方形立柱1直接插入圆形陶瓷盖盘的中空区域10，无极石英灯泡或者陶瓷灯泡放置于方形立柱1的半圆形凹槽2内。在圆形陶瓷盖盘的上半部分，沿着方形立柱1上半圆形凹槽2的轴线方向，挖去一块半圆柱形成两个凹槽11和12，分布与中空区域10的两侧。圆形陶瓷盖盘上两个凹槽11和12的半径与圆形陶瓷底座上方形立柱1顶部半圆形凹槽2的半径相同。圆形陶瓷盖盘的厚度与方形立柱1的高度相同。在圆形陶瓷盖盘中凹槽11和12的两端，各有一个半径较小的小半圆柱形凹槽13和14。

圆形陶瓷盖盘的上表面，凹槽11和12的内表面和两侧的两个矩形区域15和16施加一层薄釉，其余部分均附着金属导体薄层，圆形陶瓷盖盘的外侧面圆周部分也附着金属导体薄层，底部平面为裸露的陶瓷。金属导体薄层所用材料和厚度与圆形陶瓷底座上金属导体薄层相同。

圆形陶瓷底座、圆形陶瓷盖盘构成谐振腔，谐振腔所用的陶瓷材料为氧化铝、氮化铝、氧化铍或者其他不导电的电子陶瓷介质材料，其中优先选用氧化铝材料。

实际使用时，将圆形陶瓷盖盘倒扣在圆形陶瓷底座上，圆形陶瓷底座上的方形立柱1直接插入圆形陶瓷盖盘的中空区域10，则半圆形凹槽2、凹槽11和12处于同一曲面上，圆形陶瓷盖盘与底座装配后微波谐振腔的整体结构如图3所示，无极石英灯泡或者陶瓷灯泡17放置于方形立柱1顶部半圆形凹槽2内。

当需要改变谐振腔的频率时，可通过改变两条金属导体带薄层6和7在圆形底座上平面的宽度，或者改变其形状，把直线变换为圆弧线、折线或者其他曲线，其原理是改变了金属导体带薄层的长度和电感量，从而改变谐振频率。图1是采用直线的示意图，另外，作为一个示例，图4给出了采用圆弧线金属导体带薄层的示意图。也可通过改变方形立柱1顶部凹槽内不导电细缝8的宽度，实现谐振频率的改变，宽度越窄，谐振频率越低。本发明通过改变导体带尺寸和形状的方法比较容易实现，并且可在较大的范围内实现谐振频率的调整，无需改变谐振腔的外形和机械尺寸。

以上图1和图4仅为本发明的两个实施例，对于熟知本领域的技术人员来说，本发明可以更改和变化。凡在本发明的方法和思想内，都应该包含在本发明的保护范围之内。

按照本发明的结构和方法，通过计算并烧结了一个的氧化铝陶瓷谐振腔，采用附件图1给出的直线导体薄层结构，利用镀银的方式实现导体附着在陶瓷上，其谐振频率测试曲线如图5所示，可见，谐振频率位于474MHz，测试结果与理论计算基本一致，证明了本发明技术上的可行性。

Claims (7)

1.用于等离子体光源的微波谐振腔，其特征在于：包括有圆形陶瓷底座、圆形陶瓷盖盘，其中：

所述圆形陶瓷底座顶部中间位置竖向垂直连接有方形立柱，方形立柱顶部切割成型有半圆形凹槽，且半圆形凹槽的中心轴线与方形立柱其中一侧侧面平行，半圆形凹槽的中心轴线一端对应方向的圆形陶瓷底座侧面开有盲孔，且盲孔中心轴线与半圆形凹槽中心轴线平行，圆形陶瓷底座内沿盲孔中心轴线方向还设置有通孔，所述通孔直径小于盲孔直径，通孔一端连通至盲孔，通孔另一端设置在半圆形凹槽的中心轴线另一端对应方向的圆形陶瓷底座侧面，所述圆形陶瓷底座的底面、除盲孔周围圆环形区域外的圆形陶瓷底座侧面分别附着有金属导体薄层，对应于半圆形凹槽的中心轴线两端方向的圆形陶瓷底座顶部分别附着有金属导体带薄层，每个金属导体带薄层的外端分别在圆形陶瓷底座对应方向的边沿处与金属导体薄层连接，每个金属导体带薄层内端分别附着于方形立柱对应方向的侧面并沿方形立柱对应方向的侧面向上延伸后，再进入方形立柱顶部半圆形凹槽内并附着于方形立柱顶部半圆形凹槽槽底后延伸一段距离，由两金属导体带薄层内端之间夹持的方形立柱顶部半圆形凹槽槽底形成不导电细缝，每个金属导体带薄层内端中间位置分别成型有凸起，且凸起附着于不导电细缝上；

所述圆形陶瓷盖盘顶部中间位置设置有半圆形凹槽，圆形陶瓷盖盘顶部半圆形凹槽最大宽度等于所述方形立柱垂直于方形立柱顶部半圆形凹槽中心轴线的侧面的宽度，圆形陶瓷盖盘顶部半圆形凹槽直径等于所述方形立柱顶部半圆形凹槽直径，半圆形凹槽槽底中间位置向圆形陶瓷盖盘中竖向设置有中空区域，中空区域的形状与圆形陶瓷底座顶部方形立柱形状匹配，且中空区域位于圆形陶瓷盖盘顶部半圆形凹槽槽底的端面将半圆形凹槽槽底分隔为两个凹槽，圆形陶瓷盖盘顶部对应于半圆形凹槽位于中心轴线两端方向分别开有小半圆形凹槽，两小半圆形凹槽一端分别与圆形陶瓷盖盘顶部半圆形凹槽两端连通，两小半圆凹槽另一端分别设置在圆形陶瓷盖盘顶部边沿处，所述圆形陶瓷盖盘顶部的半圆形凹槽槽面附着有薄釉，圆形陶瓷盖板顶部位于平行于半圆形凹槽中心轴线方向的两侧分别附着有形成矩形区域的薄釉，圆形陶瓷盖盘顶部其他位置、圆形陶瓷盖盘侧面分别附着有金属导体薄层；

所述方形立柱顶部半圆形凹槽中放置有无极石英灯泡或者陶瓷灯泡，圆形陶瓷盖盘倒盖在圆形陶瓷底座顶部，且圆形陶瓷底座顶部的方形立柱插入圆形陶瓷盖盘的中空区域中。

2.根据权利要求1所述的用于等离子体光源的微波谐振腔，其特征在于：所述金属导体带薄层位于圆形陶瓷底座顶部的部分设置为直线形、或曲线形、或折线形、或圆弧线形。

3.根据权利要求1所述的用于等离子体光源的微波谐振腔，其特征在于：所述方形立柱顶部半圆形凹槽中的金属导体带薄层、不导电细缝上分别附着有薄釉。

4.根据权利要求1所述的用于等离子体光源的微波谐振腔，其特征在于：所述圆形陶瓷盖盘高度大于或等于方形立柱高度。

5.根据权利要求1所述的用于等离子体光源的微波谐振腔，其特征在于：所述圆形陶瓷底座、圆形陶瓷盖盘的材料可选用氧化铝材料，或者氮化铝材料，或者氧化铍材料，或者其他不导电的电子陶瓷介质材料，优选氧化铝材料。

6.根据权利要求1所述的用于等离子体光源的微波谐振腔，其特征在于：所述圆形陶瓷底座、圆形陶瓷盖盘上附着的金属导体薄层，以及圆形陶瓷底座、方形立柱上的金属导体带薄层分别可选用银材料，或者铜材料，或者其他高导电率金属。

7.根据权利要求1所述的用于等离子体光源的微波谐振腔，其特征在于：所述金属导体薄层、金属导体带薄层分别可采用电镀，或者丝网印刷，或者真空溅射方式附着于相应位置。