CN1326197C - 使用圆极化波微波的非旋转无电极放电灯系统 - Google Patents

使用圆极化波微波的非旋转无电极放电灯系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种圆极化波超高频发生装置，在通电磁场的波导管上，按规定角度旋转，排列椭圆形的波导管，仅通过该椭圆形波导管的短轴和/或长轴的斜度，使电磁场作为圆极化波到达放电灯。在无电极放电灯用的圆极化波变换装置中，使用微波振荡器来送出线极化波微波的长方形波导管与输入圆筒形波导管连结成一条直线，在上述输入圆筒形波导管的外周面上，直角连结终端封闭的长方形波导管，椭圆形波导管与上述输入圆筒形波导管连结成一条直线，使其长轴相对上述输入圆筒形波导管的水平面以规定角度旋转，同时，与将由网体覆盖的放电灯固定在反射镜的板上的圆筒形波导管连结成一条直线。

Description

使用圆极化波微波的非旋转无电极放电灯系统
技术领域
本发明涉及一种使用圆极化波微波的非旋转无电极放电灯系统，具体而言，涉及如下系统，即在通电磁场的波导管上，按一定角度旋转，排列椭圆形的波导管，使用该椭圆形波导管的短轴与长轴的斜度，使电磁场作为圆极化波到达放电灯。
背景技术
由于一般的高输出无电极放电灯在圆筒形波导管中使作为最低基本模式的TE11模式激发，所以微波的电场变为线性极化波，但若在这种线性极化波的电场内插入球形灯并使之放电，则等离子体的方式按TE11模式放电成卵形，在高输出放电的情况下，因为即使等离子体充满灯整体也会引起局部加热，所以存在容易发生灯破裂的问题。
为了解决该问题，将上述灯连接在电机上并使之旋转，但结合结构复杂，外形变大，并且制造成本增加，放电灯的寿命因上述电机的短寿命而缩短，所以作为解决方法，尝试使微波的电场圆周运动成圆极化波的技术来代替使上述灯旋转(参照美国专利第5367226号)。
作为以上现有技术，已知两种方法。方法之一是使电磁场的波导管成双股状，将两电磁波的相位差调整成90度，使两电磁波一致来形成圆极化波(参照美国专利第5227698号)，另一种方法是在形成电磁场的超高频空穴(Microwave Cavity)内插入电介质(Dielectric)，由该电介质将上述电磁场分解成两个直角方向分量，两个分量分别以不同的相位速度前进，在空穴中结合，实现圆极化波电磁场(参照美国专利第6476557号)。
但是，以上技术、即人为地将上述电磁波分成两个分量来强制引导，使上述波导管的长度并列后，产生相位差，放电灯的外形变大，存在制作麻烦不方便等问题，在上述空穴中插入电介质后，将电磁场分离成两个方向，产生使速度不同的相位差，电介质的介电常数受限，存在为了使该介电常数达到期望水平而使机构厚度变得非常大等问题。
发明内容
本发明为了解决该问题而提出，其目的在于提供一种系统圆极化波超高频发生装置，即在通电磁场的波导管上，按一定角度旋转，排列椭圆形的波导管，仅通过该椭圆形波导管的短轴和/或长轴的斜度，使电磁场作为圆极化波到达放电灯。
本发明的目的在于提供一种使用圆极化波微波的非旋转无电极放电灯系统，其特征在于，在用于无电极放电灯的圆极化波变换装置中，使用微波振荡器来送出线极化波微波的长方形波导管(1)的运行中心轴与输入圆筒形波导管(2)的中心轴连结成一条直线；终端封闭的长方形波导管(3)连接到所述输入圆筒形波导管(2)的外周面时，所述长方形波导管(3)的运行中心轴与所述输入圆筒形波导管(2)的中心轴连接成直角；椭圆形波导管(4)的短轴长为80mm，长轴长为108mm时，该椭圆形波导管(4)的长轴相对所述长方形波导管(1)的长轴旋转40~50°的角度，使其与所述输入圆筒形波导管(2)连结成一条直线；及覆盖了网体(7)的放电灯(5)与固定在反射镜(9)的板上的圆筒形波导管(6)连结成一条直线。
为了实现上述目的，本发明经波导管使电磁场作为圆极化波到达放电灯，与电磁场的引入的长方形波导管成一条直线地依次连结构成输入圆筒形波导管、椭圆形波导管及安装有放电灯的圆筒形波导管，根据上述椭圆形波导管的长度及短、长轴直径条件，使椭圆形波导管的长轴相对输入圆筒形波导管的水平面约旋转45度左右，变换为圆极化波。
本发明的效果在于在通过电磁场的波导管上按一定角度旋转排列椭圆形波导管，仅通过该椭圆形波导管的短轴和/或长轴的斜度的几何学结构，使圆极化波的电磁场到达并通过放电灯，由此延长了放电灯的寿命而具有经济性。
附图说明
图1是依次表示本发明的系统的立体图。
图2a是表示适用于本发明的长方形波导管和输入圆筒形波导管的结合状态的立体图。
图2b是表示在图2a的结合部面中形成模式滤波器的状态的平面图。
图3a是表示连结有适用于本发明的具有椭圆形截面积的波导管的圆极化波装置的立体图。
图3b是表示在适用于本发明的波导管中插入电介质的状态下的结构的立体图。
图4是表示在本发明的椭圆形圆极化波装置中线性极化波变化为圆极化波的过程的立体图。
图5是表示本发明其它方式的使用圆极化波微波的非旋转无电极放电灯系统的立体图。
符号说明：1长方形波导管；2输入圆筒形波导管；3终端封闭的长方形波导管；4椭圆形波导管；5放电灯；6圆筒形波导管；7网体；8石英板；9反射镜；10模式滤波器；11电介质；12插入电介质的波导管；13短管。
具体实施方式
下面，根据附图来详细说明本发明。
图1是本发明的使用圆极化波微波的非旋转无电极放电灯系统的示意图。参照图1，使用微波振荡器来送出线极化波微波的长方形波导管1与输入圆筒形波导管2连结成一条直线，可用于取得圆极化波均衡的终端封闭的长方形波导管3与输入圆筒形波导管2的一侧面连结成直角，上述输入圆筒形波导管2与椭圆形波导管(1/4波长板)4连结成一条直线，上述椭圆形波导管4与安装放电灯的圆筒形波导管6连结成一条直线。
按依次设置在上述圆筒形波导管6的端部的、内设上述放电灯5的网体7由可抽取光的导体、或反射微波并使可视光通过的导体构成，另外，为了固定上述放电灯5，采用石英板8作为用于抽取光的反射镜9，在板上固定上述放电灯5。
图2a及图2b是非旋转微波无电极放电灯中送出线极化波微波的长方形波导管1与变换成TE11模式的输入圆筒形波导管2的结合结构的示意图。图2a中，变换长方形波导管1及终端封闭的长方形波导管3的宽度和高度，在比来自磁控管的微波频域更宽的频域下进行匹配，图2b中，在长方形波导管1及图1的长方形波导管3中插入仅使窄频域的电磁波通过模式滤波器10，以便仅使设计成发生圆极化波的频域分量通过输入圆筒形波导管。
图3a及图3b是适用于本发明的圆极化波发生装置的示意图，在图3a中，上述输入圆筒形波导管2与椭圆形波导管4连结，使椭圆形波导管4的长轴相对输入圆筒形波导管2的水平面具有规定角度，图3b中，连结上述输入圆筒形波导管2与插入适当厚度电介质(例如陶瓷板)11的波导管12。
图4是适用于本发明的椭圆形波导管4的示意图，在线极化波通过该椭圆形波导管4时，按照短轴直径与长轴直径之差，产生沿各轴方向前进的微波的速度差，由此，在两个波的相位差为90度的情况下，到达放电灯5的电磁波被变换为圆极化波，电场本身在上述放电灯5内旋转。
另外，通过电介质11的电磁波对应于电介质面的安装方向，电磁波的螺旋性沿顺时针方向或逆时针方向旋转，通过放电灯5时，作为圆极化波到达。
在从磁控管向椭圆形波导管4输入微波时，仅在一定角度旋转入射，但此时，沿上述椭圆形波导管4的长轴分量与短轴分量分解若不产生90度的相位差，则不发生圆极化波，但因为圆筒形波导管与椭圆形波导管连结，所以椭圆形的长轴分量比短轴分量多。通过与输入圆筒形波导管2连结成直角的终端封闭的长方形波导管3的长度来调整该均衡。
图5是使用本发明其它方式的圆极化波微波的非旋转无电极放电灯系统的示意图。参照图5，去除输入圆筒形波导管2和终端封闭的长方形波导管3，使送出线极化波微波的长方形波导管1相对椭圆形波导管4的长轴以规定角度旋转后，与椭圆形波导管直线连接成一条直线，并在长轴方向与短轴方向上将4个短管13连结在椭圆形波导管4上，获取圆极化波的均衡。本发明的其它特征在于启动放电灯5时，在引起放电之前，变为线性极化波，在开始放电之后，用作圆极化波。
上述椭圆形波导管4在短轴分量为80mm和长轴分量为108mm的情况下，相对输入波导管的水平面以40-50度的角度旋转而设置。
在放电灯5中开始放电之前，微波从纵端的导体面反射后返回，螺旋性(涡旋)反向变化，并通过灯。即，旋转灯的周围的方向在一次通过时和2次通过时是相同的。当2次通过灯时，未被吸收的圆极化波电磁波2次通过椭圆形波导管后进入输入圆筒形波导管，但此时，圆极化波还被变换为线极化波，其极化波面与初始入射电磁波的极化波面垂直。即，电磁波的电场在水平面上。
从输入圆筒形波导管的结合面反射的电磁波通过圆极化波装置变换为具有与初始生成的圆极化波电磁波具有正反向的螺旋性的圆极化波，两个圆极化波微波彼此干涉，生成线性极化波。
这在放电灯的位置上形成产生足以激发灯的电场强度的驻板，激发放电灯。该驻波产生比圆极化波电场还强的线性电场，用于放电灯的初始放电，通过完全进行灯的放电，全部吸收微波，线性极化波进而变化为圆极化波。

Claims (4)

1.一种使用圆极化波微波的非旋转无电极放电灯系统，其特征在于：
在用于无电极放电灯的圆极化波变换装置中，使用微波振荡器来送出线极化波微波的长方形波导管(1)的运行中心轴与输入圆筒形波导管(2)的中心轴连结成一条直线；终端封闭的长方形波导管(3)连接到所述输入圆筒形波导管(2)的外周面时，所述长方形波导管(3)的运行中心轴与所述输入圆筒形波导管(2)的中心轴连接成直角；椭圆形波导管(4)的短轴长为80mm，长轴长为108mm时，该椭圆形波导管(4)的长轴相对所述长方形波导管(1)的长轴旋转40~50°的角度，使其与所述输入圆筒形波导管(2)连结成一条直线；及覆盖了网体(7)的放电灯(5)与固定在反射镜(9)的板上的圆筒形波导管(6)连结成一条直线。
2.如权利要求1所述的使用圆极化波微波的非旋转无电极放电灯系统，其特征在于，
所述椭圆形波导管(4)在短轴分量为80mm和长轴分量为108mm的情况下，其长轴设置成相对输入圆筒形波导管(2)的水平面以40-50度的角度旋转。
3.一种使用圆极化波微波的非旋转无电极放电灯系统，其特征在于，在用于无电极放电灯的圆极化波变换装置中，使用微波振荡器来送出线极化波微波的长方形波导管(1)的运行中心轴与椭圆形波导管(4)的中心轴连结成一条直线，所述椭圆形波导管(4)的短轴长为80mm，长轴长为108mm时，相对插入短管(13)的椭圆形波导管(4)的长轴相对所述长方形波导管(1)的长轴旋转40~50°的角度，所述椭圆形波导管(4)与将由网体(7)覆盖的放电灯(5)固定在反射镜(9)的板上的圆筒形波导管(6)连结成一条直线。
4.根据权利要求3所述的使用圆极化波微波的非旋转无电极放电灯系统，其特征在于：在所述椭圆形波导管中插入4个短管。
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