CN107948895A - 微波等离子体扬声器 - Google Patents
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Abstract
微波等离子体扬声器，涉及微波激发等离子体和等离子体发声技术。本发明包括矩形波导，在矩形波导的一端设置有微波源，另一端设置有等离子体发生器和短路活塞，矩形波导上还设置有微波反射功率调配装置。本发明功率高，低频声音效果好，微波激发等离子体产生击穿损耗小，效率高。
Description
技术领域
本发明涉及微波激发等离子体和等离子体发声技术。
背景技术
在1951年，Siegfried Klein在巴黎推出了基于等离子体高音单元的产品，当时十分昂贵。由于产品运用上的不成熟，问世之前便横遭厄运。后来在20世纪60年代，一位叫做Faulkus的工程师对其进行了重新设计，并最终于1968年完成了商品化。等离子体扬声器是一种却完全区别于普通扬声器的特殊扬声器，普通扬声器是通过其中的振膜的震动来驱动空气发声，振膜发声本质上是受迫振动，由于振膜是一种具有回复力和质量的机械结构，因此会存在一个问题：谐振频率的存在而不可避免的产生频谱失真，要想从根本上改善普通扬声器的发声性能，首当其冲必须解决谐振问题。因此，等离子体扬声器的出现可以说是应运而生的，它通过直接驱动离子化的空气振动发声，所以理论上等离子体扬声器最大限度还原了声音的真实音色。现阶段，大部分等离子体扬声器都是由高压放电而对空气产生电离，通过音频信号控制电弧中的电流大小来产生相应的声波。本发明中的微波激发等离子体扬声器，对于现有的离子扬声器提供了一种新技术。
传统等离子体扬声器采用的是由高压放电而使空气产生电离，电离过程中会产生电弧放电，电弧的横截面直径与电弧中电流大小成正比，粗细程度就是空气膨胀程度不同的表现，通过音频信号控制电弧中的电流大小来产生相应的声波。其中的不足之处有：功率低、等离子体产生时击穿空气损耗大、效率低，这使得等离子体扬声器的应用受到诸多限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种具有更好频率响应特性的微波激发等离子体扬声器。
本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，微波等离子体扬声器，其特征在于，包括矩形波导，在矩形波导的一端设置有微波源，另一端设置有等离子体发生器和短路活塞，矩形波导上还设置有微波反射功率调配装置。
所述微波源为磁控管，通过矩形波导一个宽边上开设的通孔耦合至矩形波导，矩形波导的端面封闭。
或者，所述微波源设置于矩形波导的端面。
所述等离子发生器包括一条贯穿矩形波导两个宽边的圆形内管，以及设置在矩形波导一个宽边外壁上的圆形外管，圆形内管的一部分位于圆形外管以内。所述圆形内管的轴线和圆形外管的轴线重合，且垂直于矩形波导宽边，圆形内管的轴线与矩形波导宽边的交点位于矩形波导宽边中线上。所述短路活塞设置于矩形波导的端部。所述微波反射功率调配装置为沿矩形波导宽边中线并列设置的3根销钉。
本发明还包括一个调制模块，所述调制模块具有音频信号输入端和脉冲信号输出端，脉冲信号输出端与微波源形成电路连接。
本发明的有益效果是：功率高、频响特性好、击穿气体损耗小、效率高。
附图说明
图1为微波等离子体扬声器整体系统示意图。
图2为微波等离子体扬声器工作流程示意图。
图3为脉宽调制后的音频波形。
图4为等离子体发生器的横截面图。
图5为等离子体发生器的顶视图。
图中，11微波源，12调配器，13等离子体发生器，14波导，15法兰，16法兰，41法兰，42外管，43进气口，44内管，45短路活塞。
具体实施方式
参见图1-图4。
本发明的原理是，先由音频信号经过脉冲宽度调制，使音频信号调制为脉冲电压信号。脉冲电压信号被加载到微波源上，产生微波脉冲信号，经过调配器、等离子体体激发装置，由微波电场加速电子，电离中性气体，从而产生等离子体。在击穿气体的过程中，微波中的音频信号变为人耳可听见的频率，由此达到扬声器效果。
进一步的说，微波等离子体产生装置包括四个部分：音频信号调制装置，微波源，微波调配装置，以及等离子体发生装置。参见图1。
所述微波源是用来产生微波的装置，音频信号需要调制为脉冲信号，才能加载到微波中。所述音频信号调制装置将音频信号调制成脉冲信号，主要是一个脉冲宽度调制装置，通过对微波源工作电源的通断进行控制，得到一系列脉宽不同的脉冲，用这些脉冲来代替音频信号的波形。将带有音频信号的微波，经过调配装置及波导同轴转换器进入等离子体发生器，进而电离中性气体产生等离子体发声。所述工作方式如图2所示。
图1为本发明实施例整体系统的示意图。图2为本发明实施例的工作流程示意图。音频信号经过调制模块进行脉冲宽度调制后产生如图3所示脉宽不同的脉冲波形。
在本实施例中，微波源采用工作频率2450MHz、峰值功率4000kW的磁控管。经调制模块输出的电压脉冲信号，加载到磁控管的电源上，使磁控管脉冲工作，产生脉冲输出的微波信号。
在本实施例中，磁控管产生的微波通过BJ26矩形波导传输到调配器中。实施例中，使用的是三销钉调配器，主要是通过调节销钉的深度来控制微波反射功率，确保等离子体负载驻波系数在大范围内变化时，保证系统的最佳微波传输匹配。微波经过调配器后，接入到等离子体发生器中。
本实施例中，等离子体发生器采用波导同轴结构，其横截面图如图4所示，顶视图如图5所示。其结构特点是在矩形波导宽边开直径40mm的圆孔，并连接一个内径与圆孔直径相同的圆外管，在外管中心有另一同心空心圆内管，内管外径10mm，内径5mm。内管与波导底部连接，内管底部是进气口，高压气体通过气管进入内管，并从内管顶部喷出。微波通过波导同轴结构从BJ26波导中进入外管与内管之间，在矩形波导底部有一短路活塞，用于调节从波导进入同轴结构的微波场的强度。微波在同轴结构顶部电离由内管喷出的气体，形成等离子体。由于微波中携带调制后的音频信号，等离子体击穿空气时产生出人耳可听见的音频信号，达到发出声音的效果。
Claims (8)
1.微波等离子体扬声器，其特征在于，包括矩形波导，在矩形波导的一端设置有微波源，另一端设置有等离子体发生器和短路活塞，矩形波导上还设置有微波反射功率调配装置。
2.如权利要求1所述的微波等离子体扬声器，其特征在于，所述微波源为磁控管，通过矩形波导一个宽边上开设的通孔耦合至矩形波导，矩形波导的端面封闭。
3.如权利要求1所述的微波等离子体扬声器，其特征在于，所述微波源设置于矩形波导的端面。
4.如权利要求1所述的微波等离子体扬声器，其特征在于，所述等离子发生器包括一条贯穿矩形波导两个宽边的圆形内管，以及设置在矩形波导一个宽边外壁上的圆形外管，圆形内管的一部分位于圆形外管以内。
5.如权利要求4所述的微波等离子体扬声器，其特征在于，所述圆形内管的轴线和圆形外管的轴线重合，且垂直于矩形波导宽边，圆形内管的轴线与矩形波导宽边的交点位于矩形波导宽边中线上。
6.如权利要求1所述的微波等离子体扬声器，其特征在于，所述短路活塞设置于矩形波导的端部。
7.如权利要求1所述的微波等离子体扬声器，其特征在于，所述微波反射功率调配装置为沿矩形波导宽边中线并列设置的3根销钉。
8.如权利要求1所述的微波等离子体扬声器，其特征在于，还包括一个调制模块，所述调制模块具有音频信号输入端和脉冲信号输出端，脉冲信号输出端与微波源形成电路连接。
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