DE102007057581A1

DE102007057581A1 - Hochfrequenzlampe und Verfahren zu deren Betrieb

Info

Publication number: DE102007057581A1
Application number: DE102007057581A
Authority: DE
Inventors: H. Prof. Dr.-Ing. Heuermann
Original assignee: Fachhochschule Aachen
Current assignee: DRITTE PATENTPORTFOLIO BETEILIGUNGSGESELLSCHAF, DE
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2007-11-28
Publication date: 2009-06-04
Also published as: TWI454183B; JP2011505060A; EP2215895A2; KR101441608B1; CN101884250A; CA2706389A1; KR20100105579A; WO2009068618A2; CN104602424B; RU2502236C2; US8450945B2; MX2010005521A; BRPI0817216A2; TW200939883A; JP5591117B2; CN104602424A; US20100253238A1; WO2009068618A3; RU2010126150A

Abstract

Es werden eine neuartige Konstruktion zum Aufbau von einer Hochfrequenzlampe (10) für Nieder- und Hochdruckanwendungen sowie ein Verfahren für deren Betrieb angegeben, die bzw. das insbesondere dazu geeignet ist, die Eigenschaften im Hinblick auf Wirkungsgrad, Emissionsspektrum, Kosten und Langlebigkeit zu verbessern, indem aufgrund eines einem Leistungsverstärker (20) nachgeschalteten Impedanztransformators (26) auch bei sehr kleinen Hochfrequenzleistungen der Einsatz einer Zündeinheit nicht mehr erforderlich ist, da mit der Impedanztransformation die Anlegung einer möglichst hohen Spannung an eine Ionisationskammer (16) gelingt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochfrequenzlampe, im Folgenden mitunter kurz auch als HF-Lampe bezeichnet, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Hochfrequenzlampe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
Derartige Hochfrequenzlampen sind allgemein bekannt.
Aufgabe einer jeden Lampe, also auch einer Hochfrequenzlampe, ist es, möglichst effizient Licht zu emittieren. Jede Lampe wandelt Energie in Licht mit einem mehr oder weniger guten Wirkungsgrad um. Oftmals entsteht bei der Umwandlung sehr viel Verlustwärme.
Weitere Aufgaben von Lampen sind vielfältig. Oftmals ist das emittierte Lichtspektrum sehr entscheidend über den Einsatzzweck. Genauso benötigen einige Applikationen, wie Kfz-Scheinwerfer und Beamer, Lampen mit möglichst punktförmigen Lichtquellen.
Die Beschreibung des Standes der Technik soll im Weiteren auf elektrische Lampen beschränkt werden. Diese lassen sich grob in Leuchtdioden und Lampen mit Glaskörper unterscheiden. Hier soll im Weiteren auf die letzte Gruppe eingegangen werden. Diese teilt sich in Glühlampen und Gasentladungslampen auf.
Glühlampen besitzen innerhalb des Glaskörpers einen Glühfaden (z. B. aus Wolfram) und ein Schutzgas. Der Glühfaden mit einem Schmelzpunkt von über 3000°C wird auf typisch 2500°C aufgeheizt. Gemäß dem Planckschen Strahlungsgesetz ergibt sich für die Glühlampe damit noch kein Lichtspektrum, das dem Tageslicht entspricht, sondern sie leuchtet deutlich gelb-rötlicher. Glühlampen werden mit einer Gleich- oder einer Wechselspannung mit Frequenzen bis in den kHz-Bereich betrieben. Sie benötigen keine Vorschaltelektronik.
Gasentladungslampen, die in Verwandtschaft zur Erfindung stehen, sind Lichtquellen, die eine Gasentladung verwenden und dabei die spontane Emission durch atomare oder molekulare elektronische Übergänge und die Rekombinationsstrahlung eines durch elektrische Entladung erzeugten Plasmas ausnutzen. Bei dem im Quarzglaskolben (Ionisationskammer) enthaltenen Gas handelt es sich oftmals um ein Gemisch aus Metalldämpfen (z. B. Quecksilber) und Edelgasen (z. B. Argon) und ggf. anderen Gasen wie auch Halogenen. Gasentladungslampen werden in die beiden Klassen Nieder- und Hochdruckentladungslampen unterteilt. Erstere verwendet eine Glimmentladung und letztere eine Bogenentladung. Diese Lampen benötigen allesamt ein Vorschaltgerät. Dieses enthält einen Starter, der mittels eines Spannungsimpulses im kV-Bereich das Gas ionisiert. Weiterhin wird für den Dauerbetrieb ggf. die Frequenz in den kHz-Bereich umgesetzt. Folglich handelt es sich bei diesen Lampen auch nicht um Lampen, die mittels eines Hochfrequenzsignals im MHz- oder GHz-Bereich betrieben werden.
Eine Sonderform der Gasentladungslampe ist die Schwefellampe. Sie besteht aus einer mit Schwefel und Argon gefüllten Quarzglaskugel als Ionisationskammer. In der Glaskugel wird durch Hochfrequenzeinstrahlung ein Plasma erzeugt. Im Unterschied zu herkömmlichen Gasentladungslampen benötigt die Schwefellampe wegen des Einsatzes von Hohlleitern keine Elektroden. Wegen der extrem hohen Temperaturen, die am Quarzglas der Kugel entstehen, wird sie in Drehung gehalten und dadurch gekühlt. Dies bewirkt ein unterer Stängel, der turbinenschaufelartige Fächerungen aufweist. Er dreht sich im Luftstrom, der von einem Ventilator innerhalb des Magnetrons (HF-Leistungsquelle mit rund 1500 W) erzeugt wird. Bei Ausfall dieser Kühlung würde die Glaskugel nach 20 Sekunden schmelzen.
Schwefellampen haben eine ähnlich hohe Lichtausbeute wie Energiesparlampen (Leuchtstofflampen). Sie haben ein ausgeglichenes Leuchtspektrum mit etwa 5700 K bis 6000 K Farbtemperatur und sind somit sehr effektive weiße Lichtquellen. Durch Regelung der Leistung des Magnetrons sind Schwefellampen gut dimmbar, ihr Farbspektrum bleibt dabei stabil. Aufgrund des hohen Lichtstroms werden die Lampen meistens nicht direkt am Einsatzort aufgestellt. Das Licht wird stattdessen mit Hilfe von Lichtleitern in den Raum geführt. Das macht diesen Lampentyp wartungsfreundlich.
Aufgrund des relativ hohen Geräteaufwandes (Stromversorgung für Magnetron, Abschirmung der Mikrowellen, Temperaturen) war diese Lampe lange nicht kommerziell verfügbar. Seit 2006 produziert LG Electronics Schwefellampen unter der Bezeichnung "Power Lighting System" (PLS-Lampen, auch als Sulfur Plasma Lampen angeboten). Sie werden häufig als Beleuchtung in Fernsehstudios oder als künstliche Beleuchtung für Pflanzen eingesetzt.
Aus "Emission Properties of Compact Antenna-Excited Super-High Pressure Mercury Microwave Discharge Lamps", T. Mizojiri, Y. Morimoto, and M. Kando in Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 46, No. 6A, 2007, sowie "Numerical analysis of antenna-excited microwave discharge lamp by finite element method", M. Kando, T. Fukaya and T. Mizojiri; 28th ICPIG, July 15–20, 2007, Prague, Czech Republic sind Hochfrequenzlampen bekannt, die mit kleinen Hochfrequenzleistungen (30–100 W) arbeiten und anstatt der Hohlleiterankopplung eine Ankopplung über eine TEM-Leitung (Koaxialleitung) mit Innenleiterelektrode aufweisen. Da diese Lampen die langen Drähte einer Glasentladungslampe als Antenne nutzen, sollen diese Lampen im Weiteren passender als HF-Antennenlampen bezeichnet werden.
Diese Lampen, wie auch die Schwefellampen, weisen jedoch keine Impedanztransformatoren auf. Somit sind bei diesen Lampen die Anforderungen an eine Frequenzstabilität des Hochfrequenzgenerators gering.
Nachteilig bei diesen bekannten Gasentladungslampen ist jedoch, dass die Technik für diese Lampen sehr aufwendig und somit teuer ist. Zudem sind sie nur als Leistungslampe mit rund 1500 W verfügbar. Außerdem benötigen alle bisher bekannten Gasentladungslampen einen gesonderten Schaltkreis zur Zündung des Plasmas. Hier werden Spannungen im kV-Bereich benötigt. Bei den bisher bekannten Hochfrequenzlampen, die ohne Schaltkreis zur Zündung auskommen, ergibt sich als Nachteil vor allem, dass sie sehr viel Leistung (über 30 W Mikrowellenleistung) benötigen. Weiterhin fungieren Gasentladungslampen als Antennen. Dieses hat den in der Praxis gravierenden Nachteil, dass Hochfrequenzstrahlung in höherem Maße emittiert wird. Derartige Lampen werden aufgrund dieser Abstrahlung nicht zugelassen.
Die als Energiesparlampen genutzten Gasentladungslampen sind nicht dimmbar, was im praktischen Einsatz einen sehr großen Nachteil darstellt.
Weil die bisherigen Hochfrequenzlampen keine Impedanztransformation in den hochohmigen Bereich aufweisen, fließen sehr große Ströme durch die Elektroden. Da diese aus Materialien wie Wolfram mit einer schlechten Oberflächengüte bestehen, sind die ohmschen Verluste sehr groß.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht entsprechend darin, eine Hochfrequenzlampe anzugeben, welche die o. g. Nachteile vermeidet oder zumindest deren Auswirkungen reduziert, insbesondere darin, einen Aufbau einer Hochfrequenzlampe anzugeben, die sowohl als Hochdruck- als auch als Niederdruckgasentladungslampe einsetzbar ist und speziell dazu geeignet ist, Eigenschaften wie Wirkungsgrad, Emissionsspektrum, Kosten und Langlebigkeit zu verbessern. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Hochfrequenzlampe anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß einerseits mit einer Hochfrequenzlampe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dazu ist bei einer Hochfrequenzlampe mit einem Signalerzeugungsbereich zur Generierung eines Hochfrequenzsignals und einer jenem, also dem Signalerzeugungsbereich, nachgeschalteten Ionisationskammer, bei welcher der Signalerzeugungsbereich einen schaltbaren Hochfrequenzoszillator und an dessen Ausgang einen Leistungsverstärker zur Anhebung einer Leistung des Hochfrequenzsignals umfasst und bei welcher der Ionisationskammer, die zumindest einen gasgefüllten Glaskolben umfasst, mindestens eine Elektrode zugeordnet ist, vorgesehen, dass dem Leistungsverstärker ein Impedanztransformator nachgeschaltet ist, der an seinem Ausgang mit der oder jeder Elektrode verbunden ist.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 9. Dabei ist vorgesehen, dass zum Betrieb einer Hochfrequenzlampe der eingangs skizzierten und nachfolgend weiter beschriebenen Art das Hochfrequenzsignal vom Hochfrequenzoszillator generiert wird, wobei die Leistung des Hochfrequenzsignals durch den nachgeschalteten Leistungsverstärker erhöht wird, dass das Hochfrequenzsignal durch den dem Leistungsverstärker nachgeschalteten Impedanztransformator in den Hochspannungsbereich transformiert wird und dass das transformierte Hochfrequenzsignal der Elektrode zugeführt wird.
Der Vorteil der Erfindung besteht zunächst darin, dass im Signalerzeugungsbereich der Hochfrequenzlampe ein Hochfrequenzoszillator verwendbar ist, der sich über eine Spannung verändern lässt und als preisgünstiges Modul erhältlich ist. Zudem kann das Ausgangssignal des Hochfrequenzoszillators, das typisch im mW-Bereich liegt, durch einen Leistungsverstärker, der sowohl einen hohen Wirkungsgrad aufweist, als auch preisgünstig ist, in den ein- bis zweistelligen Watt-Bereich angehoben werden. Die Verwendung eines Impedanztransformators schließlich, der zur Anlegung einer möglichst hohen Spannung an die Ionisationskammer eingesetzt wird, erspart auch bei sehr kleinen Hochfrequenzleistungen den Einsatz einer Zündeinheit. Weiterhin wird durch die große dauerhaft anstehende elektrische Feldstärke eine deutlich höhere Ionisationsrate und somit ein größerer Wirkungsgrad erzielt. Da durch den Impedanztransformator die Hochfrequenzleistung dauerhaft mit einer hohen Spannung eingekoppelt wird, sind die ohmschen Verluste an den Elektrodenspitzen, die aus schlecht leitenden Materialien hergestellt sind, geringer, wodurch sich die Effizienz steigert. Zudem stehen aufgrund des Betriebs im Hochfrequenzbereich eine hohe Anzahl an Schaltungsmöglichkeiten als Impedanztransformator zur Verfügung, so dass dieser auch mit preisgünstigen Komponenten wie Kondensatoren und Spulen erzielbar ist.
Der Aufbau einer Hochfrequenzlampe mit einem solchen Signalerzeugungsbereich ist außerdem dahingehend vorteilhaft, dass keine Hochfrequenzabstrahlung außerhalb der Hochfrequenzlampe stattfindet und sie daher zulassungsfähig ist.
Für die der Ionisationskammer zugeordnete Elektrode können unterschiedliche Materialien eingesetzt und Formen verwendet werden, wodurch sich gleichermaßen Wirkungsgrad und Anwendungsbereich verbessern lassen.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruchs durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin; sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmalskombinationen der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen. Des Weiteren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem nachgeordneten Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden Ansprüchen nicht vorhanden ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Hochfrequenzlampe ist vorgesehen, dass der Signalerzeugungsbereich zusätzlich einen dem Leistungsverstärker nachgeschalteten, insbesondere zwischen Leistungsverstärker und Impedanztransformator angeordneten Koppler, einen Hochfrequenzdetektor und eine Verarbeitungseinheit umfasst, wobei ein im Betrieb der Hochfrequenzlampe an der Elektrode reflektiertes Hochfrequenzsignal über den Koppler dem Hochfrequenzdetektor zuführbar ist und wobei ein aufgrund eines Ausgangssignals des Hochfrequenzdetektors von der Verarbeitungseinheit generierbares Steuer- oder Stellsignal dem Hochfrequenzoszillator zur Optimierung des Hochfrequenzsignals auf Basis des reflektierten Signals zuführbar ist. Durch Erfassung des reflektierten Hochfrequenzsignals ist dessen Optimierung möglich, z. B. nach Zündung der Hochfrequenzlampe zur dann möglichen Verringerung der Frequenz des Hochfrequenzsignals. Zusätzlich oder alternativ ist auf Basis des reflektierten Hochfrequenzsignals auch eine Regelung des Hochfrequenzoszillators möglich.
Wenn die Hochfrequenzlampe derart ausgestaltet ist, dass dem Hochfrequenzoszillator ein Signalteiler mit einem ersten und zweiten Signalteilerausgang nachgeschaltet und der Leistungsverstärker am ersten Signalteilerausgang angeschlossen ist, wobei am zweiten Signalteilerausgang ein Mittel zur Phasenverschiebung – nachfolgend auch als "Phasenschieber" bezeichnet und z. B. in Form einer 180° langen Leitung realisiert –, ein zweiter Leistungsverstärker, ein zweiter Impedanztransformator und eine zweite Elektrode hintereinander geschaltet sind, kann mit einem Hochfrequenzoszillator die Ionisationskammer mit einem gegenphasigen Signal beaufschlagt werden. Diese Ausführungsform wird im Folgenden zur Unterscheidung von der eingangs beschriebenen Ausführungsform mit nur einem Leistungsverstärker, einem Impedanztransformator und einer Elektrode als symmetrischer Aufbau bezeichnet.
Weiter bevorzugt ist vorgesehen, dass der Impedanztransformator oder, bei einer Hochfrequenzlampe mit symmetrischem Aufbau, der Impedanztransformator und/oder der zweite Impedanztransformator, einen einstufig oder mehrstufig transformatorisch wirksamen Abschnitt umfasst, wobei der Vorteil der einstufigen Transformation vor allem in ihrer Kompaktheit und Robustheit liegt, während sich mit einer mehrstufigen Transformation eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Impedanztransformators erreichen lässt.
Wenn die oder jede Elektrode dielektrisch ist, also aus einem dielektrischen Material hergestellt ist, insbesondere durch einen von einer dielektrischen Ummantelung umgebenen Metallkern gebildet ist, lassen sich hervorragende Wirkungsgrade und höchste Farbtemperaturen erzielen.
Wenn die oder jede Elektrode schleifenförmig ausgeführt ist, lässt das Auftreten unerwünschter Hohlraummoden vermeiden, wobei dies nochmals verstärkt für die Hochfrequenzlampe mit symmetrischem Aufbau gilt.
Wenn der Glaskolben mit einem Gemisch mindestens zweier Gase, insbesondere genau dreier Gase, mit unterschiedlichen Emissionsspektren gefüllt ist, lassen sich durch geeignete Änderung der Frequenz des Hochfrequenzsignals unterschiedliche Farben ionisieren. Wenn das Hochfrequenzsignal ein Frequenzspektrum umfasst, das zur Ionisation von mehr als einem Gas geeignet ist, ergibt sich entsprechend für das wahrgenommene, abgestrahlte Licht eine Farbmischung. Auf diese Weise können zwei, drei oder mehr Farben durch ein schmalbandiges Hochfrequenzsignal direkt ionisiert werden, während mit entsprechend gewählten breitbandigen Hochfrequenzsignalen eine Ionisation mehrer Farben und durch deren Überlagerung eine Erzeugung von Mischfarben möglich ist. Diese Ausführungsform der Hochfrequenzlampe eignet sich für Lichteffekte, etwa bei selbstleuchtenden Werbemitteln, oder auch für Anzeigeinstrumente.
Gemäß einer zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform alternativen, gleichwohl bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Ionisationskammer mindestens zwei Glaskolben, insbesondere drei Glaskolben, umfasst, die je für sich mit einem Gas mit unterschiedlichen Emissionsspektren gefüllt sind und wobei jedem Glaskolben eine Elektrode zur Zuführung eines Hochfrequenzsignals zugeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform gibt jeder Glaskolben bei Ionisation des darin enthalte nen Gases das jeweils charakteristische Emissionsspektrum ab. Vereinfacht ausgedrückt strahlt jeder Glaskolben also genau eine Farbe ab. Durch Ansteuerung der den jeweiligen Glaskolben zugeordneten Elektrode lässt sich damit für die Hochfrequenzlampe insgesamt das Abstrahlen einer ersten oder zweiten (oder dritten und evtl. weiterer) Farbe(n) oder die beim gleichzeitigen Abstrahlen mehrerer Farben mögliche Farbmischung erreichen. Auch diese Ausführungsform der Hochfrequenzlampe kommt für die Erzeugung von Lichteffekten in Betracht. Hinzu kommt allerdings auch die zumindest grundsätzliche Eignung als bildgebendes Element in Anzeigevorrichtungen nach Art eines Monitors. Für letzteren Fall wird man üblicherweise drei Glaskolben vorsehen, die – entsprechend dem bekannten RGB-Modell – zur Abstrahlung von roten, grünem und blauem Licht bestimmt sind. Im Zusammenhang mit diesem Aspekt der Erfindung lässt sich eine Mehrzahl von zeilen- und spaltenförmig angeordneten, derartigen Hochfrequenzlampen zu einer Anzeigevorrichtung, also einem Monitor, einem Fernseher und dergleichen, kombinieren. Insoweit betrifft die Erfindung auch ein zum Betrieb einer solchen Anzeigevorrichtung geeignetes Verfahren, bei dem jede davon umfasste Hochfrequenzlampe derart betrieben wird, dass entweder vom Hochfrequenzoszillator mindestens zwei Hochfrequenzsignale generiert und der mindestens einen Elektrode zugeführt werden oder vom Hochfrequenzoszillator mindestens zwei Hochfrequenzsignale generiert und jedes Hochfrequenzsignal genau einer der mindestens zwei Elektroden zugeführt wird. Auf diese Weise lässt sich jede im von der Anzeigevorrichtung generierbaren, sichtbaren Bild genau einem Bildpunkt, einem "Pixel" entsprechende Hochfrequenzlampe individuell ansteuern und eine gewünschte Farbemission, ein gewünschter Farbwert für das jeweilige Pixel, erreichen.
Hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie oben beschrieben, sind gemäß der Erfindung auch Ausgestaltungen der Verfahren zum Betrieb der jeweiligen gegenständlichen Fortbildungen der Hochfrequenzlampe vorgesehen.
Zum Betrieb einer der bevorzugten Ausführungsformen der Hochfrequenzlampe ist entsprechend vorgesehen, dass der Hochfrequenzdetektor das bei einer Zündung der Hochfrequenzlampe an der Elektrode reflektierte und über den Koppler weitergeleitete Hochfrequenzsignal detektiert und dass die Verarbeitungseinheit zur Optimierung des Hochfrequenzsignals das Steuersignal aufgrund des Ausgangssignals des Hoch frequenzdetektors anpasst, insbesondere um einen vorgegebenen positiven oder negativen Wert variiert. Hinsichtlich des Aspekts der Anpassung des Hochfrequenzsignals liegt der Vorteil vor allem darin, dass vor oder bei dem Zünden der Hochfrequenzlampe die Ionisationskammer wie eine kleine Kapazität mit hochohmigem Parallelwiderstand wirkt, während sich unmittelbar nach erfolgter Ionisierung (Leuchtbetrieb) die Kapazität vergrößert und sich der Parallelwiderstand verringert, sich also folglich nach erfolgter Zündung die Resonanzfrequenz, die für das Hochfrequenzsignal zu verwendende Frequenz, verändert. Aus diesem Grund muss die Signalerzeugung nach erfolgter Zündung der Lampe in der Lage sein, einen schnellen einmaligen Frequenzsprung durchzuführen, das Hochfrequenzsignal wird also an die Situation des Leuchtbetriebs "angepasst". Für die Komponenten Koppler und Hochfrequenzdetektor bedeutet dies, dass, sofern die Hochfrequenzlampe zündet, eine deutlich größere HF-Leistung an der Elektrode reflektiert wird. Diese gelangt zum Koppler und wird über diesen abgeschwächt dem Hochfrequenzdetektor zugeführt. Das veränderte Ausgangssignal des Hochfrequenzdetektors wird der Verarbeitungseinheit aufgenommen und dieser führt den Frequenzsprung für den Leuchtbetrieb durch.
Hinsichtlich des Aspekts der Variation des Hochfrequenzsignals liegt der Vorteil vor allem darin, dass bei einer Variation des Hochfrequenzsignals um einen kleinen positiven und einen kleinen negativen Wert die reflektierten Leistungen für mehrere Frequenzpunkte, z. B. für eine mittlere Frequenz, eine verringerte Frequenz und eine erhöhte Frequenz, gemessen werden und der Wert mit der geringsten reflektierten Leistung als neuer Ausgangswert für das Hochfrequenzsignal verwendet wird. Diese Regelung wird kontinuierlich oder zu vorgegebenen oder vorgebbaren Zeitpunkten wiederholt. So ist sichergestellt, dass immer möglichst viel HF-Leistung in die Ionisationskammer eingespeist und möglichst wenig in Wärmeverluste umgewandelt wird.
Zum Betrieb der Hochfrequenzlampe mit symmetrischem Aufbau ist entsprechend vorgesehen, dass der Signalteiler von dem Hochfrequenzsignal ein zweites Hochfrequenzsignal abteilt, insbesondere derart, dass ein als Hochfrequenzsignal verbleibendes Hochfrequenzsignal und das zweite Hochfrequenzsignal zumindest im Wesentlichen identisch sind, dass das Mittel zur Phasenverschiebung das zweite Hochfrequenzsignal in der Phase verschiebt, der nachgeschaltete zweite Leistungsverstärker die Leistung des phasenverschobenen zweiten Hochfrequenzsignals erhöht und der nachgeschaltete zweite Impedanztransformator das resultierende zweite Hochfrequenzsignal einstufig oder mehrstufig transformiert und an die zweite Elektrode weiterleitet.
Für andere Ausgestaltungen der Hochfrequenzlampe ist vorgesehen, dass vom Hochfrequenzoszillator mindestens zwei Hochfrequenzsignale generiert und der mindestens einen Elektrode zugeführt werden oder dass vom Hochfrequenzoszillator mindestens zwei Hochfrequenzsignale generiert und jedes Hochfrequenzsignal genau einer der mindestens zwei Elektroden zugeführt wird.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegenstände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das oder jedes Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche Varianten, Elemente und Kombinationen und/oder Materialien, die zum Beispiel durch Kombination oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen bzw. Elementen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hinblick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Verfahrensschrittfolgen führen, auch soweit sie Herstell- oder Arbeitsverfahren betreffen.
In der Zeichnung zeigen
1 ein schematisch vereinfachtes Blockschaltbild einer Hochfrequenzlampe für einen so genannten Stellbetrieb,
2 ein schematisch vereinfachtes Blockschaltbild der Hochfrequenzlampe für einen Regelbetrieb,
3 ein schematisch vereinfachtes Blockschaltbild für eine Hochfrequenzlampe mit differentieller Ansteuerung ("symmetrischer Aufbau"),
4 einen Lampenkopf mit einstufiger Impedanztransformation, also mit einem einstufigen transformatorisch wirksamem Abschnitt,
5 einen Lampenkopf mit dreistufiger Impedanztransformation, also mit einem mehrstufig transformatorisch wirksamem Abschnitt,
6 einen E₀₁-Mode in einem Rundhohlleiter (E-Feld gestrichelt, H-Feld durchgezogen),
7 eine Hohlraumresonatorlampe mit einstufiger Impedanztransformation für die Anregung des E₀₁-Modes bei unsymmetrischer Anregung,
8 eine Ankopplung einer dielektrischen Elektrode für die Anregung eines HE₁₁-Grundmodes,
9 eine Ankopplung einer dielektrischen Elektrode für die Anregung des E₀₁-Modes und
10 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer Hochfrequenzlampe über einem Masseteller für eine Punktlichtgeneration bei symmetrischer Ansteuerung von einer Seite.
1 zeigt schematisch vereinfacht den Aufbau einer Ausführungsform einer insgesamt mit 10 bezeichneten Hochfrequenzlampe gemäß der Erfindung. Diese umfasst einen Signalerzeugungsbereich 12 zur Generierung eines Hochfrequenzsignals 14 und eine dem Signalerzeugungsbereich nachgeschaltete Ionisationskammer 16. Der Signalerzeugungsbereich 12 seinerseits umfasst einen Hochfrequenzoszillator 18 und an dessen Ausgang einen Leistungsverstärker 20 zur Anhebung einer Leistung des Hochfrequenzsignals 14. Die Ionisationskammer 16 wiederum umfasst zumindest einen gasgefüllten Glaskolben 22 (Gas 24, ggf. um Metalldämpfe und/oder Halogene ergänzt), dem mindestens eine fast beliebig gestaltbare Elektrode 28 zugeordnet ist. Für den Signalerzeugungsbereich 12 ist vorgesehen, dass dem Leistungsverstärker 20 ein Impedanztransformator 26 nachgeschaltet ist, der an seinem Ausgang mit der oder jeder Elektrode 28 verbunden ist. Eine äußere Schirmung der Signalerzeugungsschaltung bildet eine Masse 30, mit der die Elektrode 28, die als Durchführungselektrode das Hochfrequenzsignal 14 ins Innere der Ionisationskammer 16 führt, kapazitiv verkoppelt ist.
Auf diese Weise wird der Aufbau einer Hochfrequenzlampe 10 (HF-Lampe) basierend auf einem relativ schmalbandigen Hochfrequenzsignal 14 (im dreistelligen MHz- und gesamten GHz-Bereich), das mittels des Impedanztransformators 26 in einen Hochspannungsbereich umgesetzt wird, und einem breiten fast beliebig gestaltbaren Lichtbogenbereich, der nicht bis zur Masse 30 reicht, da er an einer inneren Oberfläche des Glaskolbens 22, also z. B. einem zu dessen Fertigung verwendeten Quarzglas, endet, möglich.
Der vorgesehene Impedanztransformator 26 erspart auch bei sehr kleinen HF-Leistungen die Verwendung einer bisher für Hochfrequenzlampe 10 erforderlichen Zündeinheit. Weiterhin wird durch die große dauerhaft anstehende elektrische Feldstärke eine deutlich höhere Ionisationsrate und somit ein größerer Wirkungsgrad erzielt. Weil die Hochfrequenzleistung dauerhaft mit einer hohen Spannung eingekoppelt wird, sind die ohmschen Verluste an den Spitzen der oder jeder Elektrode 28, die nur schlecht leitende Materialien haben, geringer, was wiederum die Effizienz steigert. Eine einfache Ausführungsform eines Impedanztransformators 26 umfasst eine Spule und einem Kondensator. Bei der Verwendung von 0402-SMD-Komponenten liegen der Platzbedarf unter 2 mm² und die Kosten unter 4 Cent.
Je höher die Frequenz des Hochfrequenzsignals 14 gewählt wird, desto kleiner kann die an der Elektrode 28 anliegende Spannung sein. Bereits im unteren GHz-Bereich, für den es viele preisgünstige Elektronikbausteine gibt, kann die Spannung je nach gewünschter Lichtbogenlänge auf einstellige kV-Werte im unteren Bereich gesenkt werden. Diese Reduktion der maximalen Spannung erlaubt eine Umsetzung mit deutlich preisgünstigeren Materialien und Komponenten.
Weil mit schmalbandigen Hochfrequenzsignalen 14 gearbeitet wird, ist ein HF-tauglicher Aufbau sehr einfach möglich. Beispielsweise lassen sich nunmehr lambda/2-Leitungen mit all ihren Vorteilen einsetzen. D. h. Leitungen missen nicht den gewünschten Wellenwiderstand aufweisen. Dieses vereinfacht z. B. ein hochfrequenzgerechtes Design der Hochfrequenzlampe 10.
Die Elektrode 28 strahlt nunmehr die Energie über mehrere Pfade oder eine große Fläche ab. Die elektromagnetische Energie erzeugt im ionisierten Bereich um die Elektrode 28 einen HF-Strom, der aufgrund der Erhitzung lichtbogenartig Strahlungsenergie im optischen Bereich abgibt. Somit erfolgt der Energieaustritt aus der Elekt rode 28 nicht mehr als Strom, sondern als elektromagnetisches Feld. Die Elektrode 28 wird vom Stromfluss nicht mehr belastet. Erste Messungen haben gezeigt, dass kein Material austritt. Die Hochfrequenzlampe 10 kann somit über eine längere Lebensdauer eingesetzt werden.
Als Leistungsverstärker 20 kommen hochintegrierte und preisgünstigste Hochfrequenzleistungsverstärker für GSM-Mobilfunk-Anwendungen und Handsets in Betracht, die Wirkungsgrade von über 60% aufweisen. Wirkungsgrade von 80% sind im so genannten Klasse-E-Betrieb erzielbar.
Kurze Leitungen lassen sich im unteren GHz-Bereich nahezu verlustfrei realisieren. Somit ist für den als HF-Vorschalteinheit fungierenden Signalerzeugungsbereich 12, der bevorzugt in einem Fuß der Hochfrequenzlampe (Lampenfuß) integrierbar ist, ebenfalls das Potential für einen sehr guten Wirkungsgrad und somit eine hoch integrierte Realisierbarkeit gegeben.
Die Materialwahl für den Elektrodenaufbau erlaubt neben Metall auch den Einsatz eines dielektrischen Werkstoffes. Beispielsweise kann die Elektrode 28 aus einem keramischen Material mit einer hohen dielektrischen Konstanten und sehr hohem Schmelzpunkt bestehen. Diese Ausgestaltung ist ein sehr entscheidender Punkt bzgl. der Farbtemperatur und dem oftmals angestrebten Spektrum, das dem Tageslicht entspricht. Dadurch lässt sich auch ein deutlich verbesserter Wirkungsgrad erzielen.
Ein zusätzlicher Vorteil dieser Lampe gegenüber allen Energiesparlampen besteht darin, dass die hier vorgeschlagene Hochfrequenzlampe dimmbar ist.
Physikalische Grundlagenbücher lehren, dass die Ionisation eines Gases nur durch die Elektronenstoßionisierung, angeregt durch einen Elektronenstrahleinschuss, der thermischen Ionisierung bei extrem hohen Temperaturen (10⁶ K) oder der Fotoionisierung mittels ultravioletten Lichtes erfolgt. Darüber hinaus hat der Erfinder im GHz-Bereich experimentalphysikalisch Aufbauten realisiert, mittels denen ionisierte Bereiche über die Einspeisung von relativ wenig hochfrequenter Energie entstanden. Diese Ergebnisse decken sich mit anderen publizierten Resultaten, z. B. "Experimente mit Hochfrequenz" von H. Chmela, Franzis-Verlag, die jedoch im MHz-Bereich durchgeführt wurden. Dieses soll im Weiteren als Hochfrequenzionisierung bezeichnet werden. Auch in "A Novel Spark-Plug for Improved Ignition in Engines with Gasoline Direct Injection (GDI)" von K. Linkenheil und anderen, IEEE Transactions an Plasma Science, Vol 33, No. 5, Oct. 2005 wird diese Hochfrequenzionisation nachgewiesen und herausgehoben, dass eine zusätzliche UV-Strahlung diese Ionisation bei kleineren elektrischen Feldstärken erlaubt.
Weist ein ionisiertes Gas die gleiche Anzahl von Elektronen und Ionen auf, so handelt es sich um ein im Mittel raumladungsfreies Gas und wird Plasma genannt.
Anhand der Maxwellschen Gleichungen lässt sich zeigen, dass für ein ionisiertes Gas die folgenden mathematischen Zusammenhänge gelten:
Relative Dielektrizitätszahl:

er = 1 – (Ne2)/e0/m/(u2 + w2) (1)

Relative Leitfähigkeit:

k = (Ne2u)/m/(u2 ± w2) (2)

Plasmafrequenz:

wp = e(Ne2/m/e0) (3)mit den Größen:

N:

Zahl der Elektronen pro Volumen,

e:

Ladung eines Elektrons,

m:

Masse eines Elektrons,

e₀:

elektrische Feldkonstante,

u:

Frequenz der Zusammenstöße der Elektronen mit den Gasmolekülen,

w:

Frequenz des Hochfrequenzsignals.

Detaillierte Untersuchungen zeigen, dass unterhalb der Plasmafrequenz keine elektromagnetische Energie ausbreitungsfähig ist und keine Verluste im Plasma stattfinden. Hingegen weist der Raum einen reellen Feldwellenwiderstand Zf oberhalb der Plasmafrequenz auf. Zf fällt zu höheren Frequenzen ab und nähert sich exponentiell dem Freiraumwiderstand Z₀ von rund 377 W. D. h. bei höheren Frequenzen benötigt man geringere Spannungen, um die gleichen Leistungen umzusetzen als bei tieferen Frequenzen. Gleichung (2) zeigt, dass der (kleine) Widerstand und somit die Verluste mit zunehmender Frequenz steigen. Folglich lassen sich bei höheren Frequenzen die Gase besser erhitzen.
Aus einer Analyse der Atmosphäre für die Transmissionseigenschaften der HF-Signale ergibt sich, dass im zwei- bis dreistelligen MHz-Bereich die Strahlung nahezu gar nicht absorbiert wird, während bei 50 GHz die gesamte Strahlung als molekulare Absorption in Wasserstoff bzw. Sauerstoff gedämpft wird. Im unteren MHz-Bereich kann man so genannte Tesla-Transformatoren verwenden, um damit 100 W-Generatoren mit 5 kV Ausgangsspannung zu fertigen und damit 10 cm lange Funkenstrecken in Luft zu erzeugen, vgl. auch die bereits genannte Literaturstelle "Experimente mit Hochfrequenz", a. a. O. Der Erfinder hat bei 2,5 GHz mittels eines 10 W-Senders und einer Spannung von 2 kV bereits eine 1 cm lange Funkenstrecken erzeugt.
Im Folgenden wird die Signalerzeugung bei der Hochfrequenzlampe 10 beschrieben: Im Anfangszustand (Zündbetrieb) wirkt die Ionisationskammer 16 wie eine kleine Kapazität mit hochohmigem Parallelwiderstand. Unmittelbar nach erfolgter Ionisierung (Leuchtbetrieb) vergrößert sich die Kapazität und verringert sich der Parallelwiderstand. Folglich verändert sich nach erfolgter Zündung die Resonanzfrequenz f_r. Aus diesem Grund ist vorteilhaft, wenn die Signalerzeugung, also die Funktionalität des Signalerzeugungsbereichs 12, nach erfolgter Zündung der Hochfrequenzlampe 10 in der Lage ist, einen schnellen einmaligen Frequenzsprung von f_r1 nach f_r2 durchzuführen. Wichtig ist, dass der Ausgangswiderstand Z_aus der Signalerzeugung 12 dem Eingangswiderstand Z_ein der Ionisationskammer 16 nach erfolgter Zündung entspricht bzw. konjugiert komplex angepasst ist.
Mittels so genannter 3D-HF-Simulatoren lassen sich die elektromagnetischen Felder und der Eingangswiderstand Z_ein vor dem Zeitpunkt der Zündung der Lampe berechnen. Simulatoren berücksichtigen die Hochfrequenzionisation und Zündung natürlich nicht. Soll der sich verändernde Eingangswiderstand Z_ein nach der Zündung bestimmt werden, so ist dieses über eine so genannte heiße Streuparametermessung möglich.
Diese ist bekannt aus der Vermessung der elektrischen Eigenschaften von Leistungstransistoren.
Der o. g. Frequenzsprung lässt sich entweder mit einem über einer Spannung veränderbaren Oszillator 18, z. B. in einer Ausführung als sogenannter VCO (voltage controlled oscillator), oder über eine schnelle elektronische Umschaltung zwischen zwei Festoszillatoren realisieren. Da VCOs im unteren GHz-Bereich äußerst preisgünstig als Module erhältlich sind, wird man diese ggf. bevorzugen. In 1 ist der Hochfrequenzoszillator 18 als schaltbarer Hochfrequenzoszillator 18 dargestellt. Dieser wird mit einem Steuersignal 32 beaufschlagt. Das Hochfrequenzsignal 14, also das Ausgangssignal des Oszillators 18, welches typisch im mW-Bereich liegt, wird mittels des Leistungsverstärkers 20 in den ein- bis zweistelligen W-Bereich angehoben. Hochintegrierte elektronische Leistungsverstärker 20 im unteren einstelligen GHz-Bereich weisen Wirkungsgrade von weit über 60% auf und sind äußerst preisgünstig und somit prädestiniert.
Damit in der Ionisationskammer 16 eine möglichst große Spannung anliegt, wird mittels des Impedanztransformators 26 eine Impedanztransformation durchgeführt. Dafür gibt es im HF-Fall ein sehr großes Spektrum an Schaltungen. Eine preisgünstige Schaltung besteht aus Kondensatoren und Spulen (mehrstufiger Gamma-Transformator) und kann in "Hochfrequenztechnik" von H. Heuermann, Vieweg-Verlag, nachgelesen werden. Der Impedanztransformator 26 kann ein- oder mehrstufig ausgeführt sein. Neben der Hochtransformation des Impedanzniveaus und somit auch der Spannung sollte die vom Impedanztransformator 26 umfasst Schaltung auch eine Anpassung der Elektrode 28 der Ionisationskammer 16 beinhalten. Die Ausgangsimpedanz Z_aus sollte möglichst im zweistelligen Ω-Bereich oder im einstelligen kΩ-Bereich oder höher liegen.
Eine Spannung an der Elektrode 28 in der Ionisationskammer 16 berechnet sich unmittelbar aus der Ausgangsleistung des Verstärkers 20 P_out und Z_aus: U = e(PoutZaus) (4)
Folglich sollte ein Arbeitspunkt so gewählt werden, dass dieser deutlich über der Plasmafrequenz wp liegt.
Zur Erlangung einer bestmöglichen Effizienz sieht eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung vor, dass möglichst wenig Hochfrequenzleistung reflektiert wird. Dafür eignet sich besonders eine Schaltung wie sie schematisch vereinfacht in 2 dargestellt ist. Die vom Signalerzeugungsbereich 12 umfasste Schaltung wird durch das Steuersignal 32 (vgl. auch 1) aktiviert. Eine Verarbeitungseinheit 34 nach Art eines Mikroprozessors stellt den Hochfrequenzoszillator 18 auf eine Frequenz f_r1 für den Zündbetrieb ein. Ein dazu von der Verarbeitungseinheit 34 generiertes oder durch die Verarbeitungseinheit 34 generierbares Steuersignal wird zur Unterscheidung von dem Steuersignal 32 auch als Stellsignal 35 bezeichnet. Das generierte Hochfrequenzsignal 14 wird über den Verstärker 20 in der Leistung hoch gesetzt, durchläuft einen verlustarmen Koppler 36 und gelangt über den Impedanztransformator 26 zur Elektrode 28 der Ionisationskammer 16, die ein Gasgemisch 24 durch den Quarzglasmantel des Glaskolbens 22 eingeschlossen hält. Sofern die Hochfrequenzlampe 10 zündet, wird eine deutlich größere HF-Leistung an der Elektrode 28 reflektiert. Diese gelangt zum Koppler 36 und wird über diesen abgeschwächt einem Hochfrequenzdetektor 38 zugeführt. Ein dabei verändertes Ausgangssignal des Hochfrequenzdetektors 38 wird von der Verarbeitungseinheit 34 aufgenommen, die durch Einstellen des Hochfrequenzoszillators 18 auf die Frequenz f_r2 einen Frequenzsprung für den Leuchtbetrieb veranlasst.
Für diesen Leuchtbetrieb gibt es folgende Optimierung: Die Verarbeitungseinheit 34 variiert die Frequenz des Hochfrequenzsignals 14 um die Frequenz f_r2 um einen kleinen positiven und einen kleinen negativen Wert f_r2 und gibt ein entsprechendes Stellsignal 35 aus. Die reflektierten Leistungen werden für drei Frequenzpunkte f_r2–f_rΔ, f_r2, f_r2 + f_rΔ gemessen. Der Wert mit der geringsten reflektierten Leistung ist dann der neue Ausgangswert. Diese Regelung wird durchgehend wiederholt. So ist sichergestellt, dass immer möglichst viel HF-Leistung in die Ionisationskammer 16 eingespeist und möglichst wenig in Wärmeverlusten umgewandelt wird.
In 3 ist eine bevorzugte Ausführungsform der Hochfrequenzlampe 10 gezeigt, die sich durch einen symmetrischen Aufbau auszeichnet. Dem Hochfrequenzoszillator 18 ist dabei ein verlustarmer Signalteiler 40 mit einem ersten und zweiten Signalteiler ausgang 42, 44 nachgeschaltet. Der Leistungsverstärker 20 (vgl. 1 oder 2) ist am ersten Signalteilerausgang 42 angeschlossen daran schließen sich die bereits in 1 oder 2 beschriebenen Schaltungskomponenten an. Am zweiten Signalteilerausgang 44 ist ein Mittel zur Phasenverschiebung 46 angeschlossen, dem ein zweiter Leistungsverstärker 48, ein zweiter Impedanztransformator 50 und eine zweite Elektrode 52 hintereinander geschaltet sind. Das durch den Hochfrequenzoszillator 18 erzeugte Hochfrequenzsignal 14 wird durch den Signalteiler 40 aufgeteilt, insbesondere in zwei gleichgroße Anteile, also das Hochfrequenzsignal 14 und ein zweites Hochfrequenzsignal 14'.
Ein "oberer" Signalpfad über Verstärker 20, Transformator 26 bis hin zur ersten Elektrode 28 (links) ist gegenüber der anhand von 1 oder 2 beschriebenen Situation unverändert. In einem "unteren" Signalpfad befindet sich zunächst als Mittel zur Phasenverschiebung 46 ein Phasenschieber mit 180° Phasendrehung, der z. B. in Form einer 180° langen Leitung realisiert sein kann. Danach wird das gegenphasige Signal vom zweiten Verstärker 48 in der Leistung angehoben und vom zweiten Impedanztransformator 50 in der Spannung angehoben, um schließlich der zweiten Elektrode 52 (rechts) zugeführt zu werden.
Diese Konstruktion hat die Vorteile, dass sich die Verstärkung beider Verstärker 20, 48 ohne zusätzliche Beschaltung einfach addiert, dass das Plasma in der Ionisationskammer 16 punktförmig in der Mitte sitzt und dass keine Masse (vgl. 1 oder 2; Bezugszeichen 30) an den Glaskolben 22 herangeführt werden muss.
Diese Hochfrequenzlampe 10 mit dem dargestellten Stellbetrieb lässt sich selbstredend auch im Regelbetrieb verwenden, also in einer Ausführung wie in 2 dargestellt und im Zusammenhang damit weiter oben beschrieben.
Unabhängig von der Anzahl der Impedanztransformationen (1, 2: nur ein Impedanztransformator 26; 3: zwei Impedanztransformatoren, nämlich Impedanztransformator 26 und zweiter Impedanztransformator 50) in der Signalerzeugung ist eine Vorrichtung zur Impedanztransformation, wie sie in 4 gezeigt ist, vorteilhaft. 4 zeigt als Lampenkopf die Ionisationskammer 16 einer Hochdruckgasentladungslampe 10 (vgl. 1) mit dem Glaskolben 22 und einem Druckisolationsbe reich 54 (Glasdurchführung). Bei einer kurzen Zuführungsleitung 56, die quasi den Eingang des Impedanztransformator 26, 50 bildet, kann es sich um eine reine Koaxialleitung mit dem Wellenwiderstand von 50 Ohm handeln. Diese wie auch der Rest dieser verteilten Schaltung befinden sich in einem kreisrunden Rohr 58, das am Ende eine Kappe 60 mit Bohrung 62 aufweist, die einer Unterlegscheibe ähnelt. Dieses Rohr 58 bildet die Masse für diese unsymmetrische verteilte Schaltung und die Kappe 60 bildet die Masse für die Elektrode 28. Die Zuführungsleitung 56 ist mit einem ersten und zweiten Leitungsbogen 64, 66 verbunden. Der erste Leitungsbogen 64 ist mit einem in der Glasdurchführung 54 angeordneten Innenleiter 68, der z. B. aus Molybdän gefertigt ist, verbunden. Dieser wiederum leitet das Hochfrequenzsignal 14 (vgl. 1) an die Elektrode 28, die vom Gas oder Gasmetalldampfgemisch umgeben ist.
Schaltungstechnisch handelt es sich bei dem zweiten Leitungsbogen 66 um eine kleine gegen Masse geschaltete Induktivität. Der erste Leitungsbogen 64 und der Innenleiter 68 bilden eine deutlich größere Induktivität. Der Kopfteil aus Elektrode 28 und zugehöriger Masse kann durch einen kleinen Kondensator und einem parallel geschalteten hochohmigen Lastwiderstand beschrieben werden. Folglich bildet die Schaltung einen Parallelschwingkreis mit angekoppelter Induktivität. Die Induktivität muss mit der Kapazität in Resonanz sein. Die Spannung am Ankoppelpunkt im Bereich des Beginns der Zuführungsleitung 56 wird merklich zur Elektrode 28 hoch transformiert.
Diese einstufige Impedanztransformation ist sehr kompakt, einfach und robust. Ein damit korrespondierender, einstufig transformatorisch wirksamer Abschnitt umfasst zumindest die Zuführungsleitung 56 sowie den ersten und zweiten Leitungsbogen 64, 66. Der direkte Anschluss des Innenleiters 68 über den ersten und zweiten Leitungsbogen 64, 66 gegen Masse senkt die Temperatur der Elektrode 28. Der mechanische Aufbau ist stabil und kompakt. Jedoch kann bei sehr hohen Drücken und/oder sehr kleinen Leistungen oder auch für die Verbesserung des Wirkungsgrades eine mehrstufige Transformationen Vorteile bieten. Transformationen mit konzentrierten Bauelementen, die bekannt sind, vgl. H. Heuermann: "Hochfrequenztechnik", a. a. O., weisen relativ schlechte Güten und somit relativ große Verluste auf. Eine in dieser Hinsicht nochmals verbesserte Ausführungsform ist in 5 dargestellt.
Die Schaltung in 5 unterscheidet sich von der in 4 dargestellten Schaltung durch eine hochohmige Auslegung eines verlängerten Leitungsstücks 70 anstelle der zuvor an dessen Stelle vorgesehenen kurzen Zuführungsleitung 56 zur Realisierung einer Serieninduktivität und durch eine rein kapazitive Ankopplung des verlängerten Leitungsstücks 70 an die durch das Rohr 58 gebildete Masse. Darüber hinaus ergeben sich mit dem ersten und zweiten Leitungsbogen 64, 66 aufgrund der Leitungsgeometrie zwei kleine Kondensatoren 72, 74. Bei letzteren handelt es sich um zwei in Serie geschaltete Gamma-Transformatoren (vgl. H. Heuermann: "Hochfrequenztechnik", a. a. O.). Der in 5 dargestellte Schaltung mit einem mehrstufig transformatorisch wirksamen Abschnitt umfasst das verlängerte Leitungsstück 70, die beiden Kondensatoren 72, 74 sowie 64, 66 den ersten und zweiten Leitungsbogen 64, 66. Ein erster Transformator wird durch die Serieninduktivität des verlängerten Leitungsstücks 70 und die gegen Masse geschaltete Kapazität eines der sich durch die Leitungsgeometrie ergebenden Kondensatoren 72 gebildet. Ein zweiter Transformator wird durch die Serienkapazität 60 des zweiten sich durch die Leitungsgeometrie ergebenden Kondensators 74 und eine gegen Masse geschaltete Induktivität 64 des zweiten Leitungsbogens gebildet. Die dritte Stufe der Impedanztransformation ist wie gehabt. Die Vorteile dieser etwas aufwändigeren Schaltung sind höheres Transformationsverhältnis und größere Bandbreite. Für beide Ausführungsformen (4 und 5) gilt, dass das Hochfrequenzsignal über eine geschirmte Wellenleiterstruktur (im konkreten Fall das Rohr 58), die durch die Gestaltung der Innenleiter 56, 64, 66, 68; 70, 64, 66, 68 so ausgeformt ist, dass eine Impedanztransformation enthalten ist, dem Glaskolben 22 zugeführt wird. Diese Konstruktion hat gegenüber HF-Antennenlampen den Vorteil, dass keine HF-Abstrahlung stattfindet und die Lampe also zulassungsfähig ist. Weiterhin steigt der Wirkungsgrad. Die HF-Last (gefüllter Glaskolben 22 mit kurzer Durchführungselektrode 28) ist sehr hochohmig, wodurch bei Anpassung sehr große elektrische Feldstärken bei kleinen Leistungen gegeben sind.
Hohlraummoden sind bestens wissenschaftlich und technisch untersucht und in vielen Komponenten wie HF-Filtern implementiert. Ab einer gewissen unteren, so genannten Cutoff-Frequenz können diese Moden existieren. Sie werden in der Technik sehr gerne genutzt, da die Verluste im Metall sehr gering sind. 6 stellt einen möglichen Hohlraummode (E₀₁) dar. Dieser ist für eine Implementierung in einer Hochfrequenzlampe 10 (1, 2, 3) zur Raumausleuchtung oder für andere Anwen dungen sehr interessant, da das elektrische Feld (und somit auch das Plasma) die optimale Form einer großen Kugel hat. In der relativ großen Ionisationskammer 16 gibt es nur Feldlinien, die sich nur parallel zu den Masseflächen ausbreiten. Zusätzlich bilden diese stärksten elektrischen Felder einen Ring, der eine maximale Leuchtkugel sicherstellt.
Eine mögliche Ausführungsform der Hochfrequenzlampe 10 (1, 2, 3) als Hohlraumresonatorlampe 76 (kurz: HR-Lampe) zur Anregung des E₀₁-Modes ist in 7 dargestellt. 7 zeigt die Anordnung für den Fall, dass die HR-Lampe 76 in unsymmetrischer Schaltungstechnik (vgl. 1 oder 2) ausgelegt wurde. Für beide möglichen Schaltungstechniken wird das magnetische Feld durch eine schleifenförmige Elektrode 78 angeregt. Hierbei verhindert eine symmetrische Lösung (3) noch viel besser als die unsymmetrische Lösung das Auftreten anderer unerwünschter Hohlraummoden. Die schleifenförmige Elektrode 78 der HR-Lampe 76 ist somit nur noch ein Koppelelement für den Resonator, der lediglich aus der Begrenzung der ggf. leicht metallisierten Flächen des Glaskolbens 22 gebildet wird. Mittels einer einstellbaren Kopplung k (siehe H. Heuermann: "Hochfrequenztechnik", a. a. O.) kann wiederum eine Spannungstransformation vollzogen werden. Dargestellt wird diese Transformation (mittels einer schwacher Kopplung lässt sich eine große Transformation erzeugen) in H. Heuermann: "Hochfrequenztechnik", a. a. O., als Gammatransformation, die die Resonanzfrequenz leicht verstimmt. Mit zunehmendem Transformationswert nimmt die Bandbreite ab.
Bei dem vorgestellten Fall des E₀₁-Modes befindet sich die in der Ionisationskammer 16 ausbildende Plasmakugel (Bereich der größten Ströme im Plasma) nur im Hohlraum und kontaktiert weder die schleifenförmige Elektrode 78 (Elektroden 78, nicht dargestellt, bei einer symmetrischen Lösung gemäß 3) noch die Masse. Selbstredend ist auch hier der gesamte Inhalt der Ionisationskammer 16 ionisiert. Die Ionisationsstrecken sind in erster Näherung als ohmsche Widerstände (Verbraucher) zu betrachten. Diese "verkleinern" den reaktiven Resonatorbereich, so dass auch hier ggf. ein Frequenz-Hopping nützlich ist.
Die Wahl des Modes und die geometrische Gestaltung der Elektrode hat einen Einfluss auf den maximalen Plasmabereich und den resultierenden Eingangswiderstand Z_ein der HR-Lampe 76. Mittels 3D-HF-Feldsimulatoren lassen sich die elektromagnetischen Felder im Inneren des Glaskolbens 22 in der Ausrichtung und der absoluten Größe darstellen. Die Bereiche mit den größten elektrischen Feldstärken sind die Bereiche, in denen die größten Plasmaströme fließen. Diese somit heißesten Bereiche sind folglich von der oder jeder Elektrode 78 entkoppelt.
Die bisherigen Elektrodenauslegungen bezogen sich nur auf die Verwendung einer metallischen Elektrode 28, 52, 78. Eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist es, wenn anstatt der metallischen Elektrode 28, 52, 78 eine rein dielektrische Elektrode oder ein gemischter Aufbau aus einem Metallkern und einer dielektrischen Ummantelung Verwendung findet. Wird nur ein Dielektrikum (mit relativ großer dielektrischer Konstante) als Elektrode verwendet, so spricht man in der HF-Technik vom dielektrischen Draht oder dielektrischen Resonator. Beim dielektrischen Draht wird bevorzugt eine Hybridgrundwelle HE₁₁ als Leitungsmode gewählt. Für den dielektrischen Resonator sind je nach Ankopplung auch weitere verlustärmere Moden nutzbar. Wird dagegen ein gemischter Aufbau aus einem Metallkern und einer dielektrischen Ummantelung verwendet, so entsteht ein Goubauscher Oberflächenleiter (auch Goubau-Harmsscher Leiter), der eine sehr verlustarme Übertragung im Bereich vom zweistelligen MHz-Bereich bis in den GHz-Bereich erlaubt.
Diese beiden Aufbauten (allg. dielektrische Elektrode) können anstatt der metallischen Elektrode(n) 28; 52 oder der als Koppelelement fungierenden schleifenförmige Elektrode(n) 78 eingesetzt werden. Hierbei ändert sich die Ankopplungsstruktur der z. B. in der Ausführungsform gemäß 4 dafür beschriebenen Elemente, nämlich Elektrode 28, Druckisolationsbereich/Glasdurchführung 54 und Innenleiter 68. Abhängig vom gewünschten Hochfrequenzmode ist ein großes Spektrum an mechanischen Konstruktionen anwendbar. Ein Beispiel für eine Anregung des Grundmodes (der ab 0 Hz ausbreitungsfähig ist) zeigt 8. Ein weiteres Beispiel zeigt 9 für die Anregung des E₀₁-Modes, dessen Implementierbarkeit sehr vorteilhaft ist. Der von 9 umfasste Text lautet „E₀₁-Welle", „ε₁ = 81 ε₀", „ε₂ = ε₀", „λ/2" und „λ = 14,4α < λ_c = 23,6α".
Wie erwähnt kann die dielektrische Elektrode anstelle einer sonstigen Elektrode 28, 52, 78 in der HF- und der HR-Lampe 10, 76 (1, 2, 3 bzw. 7) eingesetzt werden. Bei der HR-Lampe 76 ändert sich nichts am Hohlleitermode. Lediglich die geometrische Formung des dielektrischen Drahtes muss gemäß den Einkoppelbedingungen optimiert werden. Folglich geht man von einem koaxialen Mode über auf den Mode des dielektrischen Leiters und zuletzt auf den Kugelhohlleitermode. Etwas anders sieht es bei der Hochfrequenzlampe 10 aus. Hier ändert sich optisch weniger. Beispielsweise zeigt 10 eine Hochfrequenzlampe 10, die mit der verwendeten dielektrische Elektrode auch als dielektrische Lampe bezeichnet wird, über einem Masseteller 80 (der Glaskolben 22 ist nicht dargestellt) für eine Punktlichtgeneration bei symmetrischer Ansteuerung von einer Seite, also mit zwei Elektroden 82, 84, in einer Ausführungsform, die mittels rein metallischen, gemischten oder rein dielektrischen Elektrodenwerkstoffen umgesetzt sein kann. Jedoch handelt es sich bei einer metallischen Elektrode um einen LC-Schwingkreis und bei einer dielektrischen Elektrode um einen Mode eines dielektrischen Resonators. Die in 10 gezeigte Realisierungsform erzeugt in beiden Fällen ein Leuchten einer Punktquelle, die zwischen den beiden Elektroden 82, 84 sitzt. Diese Anordnung ist eine vorteilhafte Ausgestaltung der Hochfrequenzlampe 10 für Hochdruckanwendungen.
Soll zusätzlich oder alternativ zu den hier vorgeschlagenen Maßnahmen zur Erhöhung des elektrischen Feldes die Resonatorspannung noch weiter anheben, so gelingt dieses, wenn eine "belastete Güte" verbessert wird. In DE 10 2004 054 443 (Heuermann, FL, Sadeghfam, A., Lünebach, M.: "Resonatorsystem und Verfahren zur Erhöhung der belasteten Güte eines Schwingkreises") ist eine große Anzahl von schaltungstechnischen Lösungen enthalten, die auch hier genutzt werden können. Entsprechend gilt der diesbezügliche Offenbarungsgehalt der o. g. DE 10 2004 054 443 hiermit als vollumfänglich in die Beschreibung der hier im Vordergrund stehenden Erfindung integriert.
Nachfolgend werden weitere Ausgestaltungen oder Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung zumindest kursorisch vorgestellt: Ein Einsatz von Magneten erlaubt eine einfache Manipulation der Gestaltung der Ionisationsstrecke. Nachdem die Elektrodengestaltung, also deren Gestaltung hinsichtlich Form und Dimension, grundsätzlich beliebig ist, kann die Hochfrequenzlampe 10 auch als Leuchtmittel für effektvolle Werbelampen eingesetzt werden. Über eine geeignete Frequenzwahl können sehr schnell unterschiedliche Ionisationswege angesteuert werden, was einer Lampengestaltung neue Wege erlaubt. Unter anderem lassen sich Bereiche mit unterschiedlichen Leuchtstoffen (Phosphoren) und somit auch unterschiedlichen Farben ionisieren. Dieses erlaubt eine Variante von Anzeigegeräten nach Art eines Plasmafernsehers.
Auch das klassische Plasmafernseherkonzept kann durch die HF-Anregung abgelöst werden. Statt der NF-Steuersignale lassen sich zwei im Gegentakt betriebene HF-Steuersignale verwenden. Eine Impedanztransformation erlaubt auch hier große Spannungen bei sehr geringen Leistungen zu erzielen. Darüber hinaus werden zur Zeit noch die drei Farben eines Pixels über 3 × zwei Datenleitungen angesteuert. Demgegenüber kann mit einem Frequenzmultiplexverfahren ein Pixel über nur zwei Leitungen angesteuert werden. Diese Gestaltung würde unter anderem die Bildauflösung verbessern. Die Reaktionszeit aller genannten Plasmafernsehervarianten würde man dadurch neben dem Wirkungsgrad verbessern können.
Zusammenfassend lässt sich die vorliegende Erfindung damit kurz wie folgt beschreiben: Es werden eine neuartige Konstruktion zum Aufbau von einer Hochfrequenzlampe 10 für Nieder- und Hochdruckanwendungen sowie ein Verfahren für deren Betrieb angegeben, die bzw. das insbesondere dazu geeignet ist, die Eigenschaften im Hinblick auf Wirkungsgrad, Emissionsspektrum, Kosten und Langlebigkeit zu verbessern, indem aufgrund eines einem Leistungsverstärker 20 nachgeschalteten Impedanztransformators 26 auch bei sehr kleinen Hochfrequenzleistungen der Einsatz einer Zündeinheit nicht mehr erforderlich ist, da mit der Impedanztransformation die Anlegung einer möglichst hohen Spannung an eine Ionisationskammer 16 gelingt. Diese Hochfrequenzlampe 10 ist sowohl als Hochdruck- als auch als Niederdruckgasentladungslampe einsetzbar. Klassische Starter sind nicht notwendig. Die Hochfrequenzlampe 10 weist je nach Auslegung einen kleinen punktförmigen oder einen großen kugelförmigen Ionisationsbereich mit großen Stromflüssen und somit hohen Farbtemperaturen mit einer Abdeckung bis zu mehreren dm² auf und erlaubt eine beliebige Einstellung der Lichtleistung. Diese Dimmfähigkeit und das bessere Lichtspektrum qualifizieren die Hochfrequenzlampe 10 für Innenbeleuchtungen. Die große Lebensdauer, das Tageslichtspektrum, der geringe Preis und die große Leistungsverträglich keit qualifizieren die Hochfrequenzlampe 10 mit punktförmigen Hochstrombereich zur Verwendung in Geräten wie so genannten Beamern und Projektoren sowie als Kfz-Scheinwerferlampe. Hervorragende Wirkungsgrade und höchste Farbtemperaturen lassen sich mit dieser Hochfrequenzlampe 10 u. a. durch den Einsatz dielektrischer Elektroden erzielen. Die Hochfrequenzlampe 10 lässt sich mittels Hochfrequenzelektronikbauelementen, die aufgrund des Telekommunikationsmarktes sehr preisgünstig verfügbar sind, und üblicher Gasentladungslampentechnologie sehr preiswert herstellen, zumal die Hochspannungsanforderungen deutlich geringer sind, verglichen zu klassischen Starterschaltungen.

10: Hochfrequenzlampe, HF-Lampe
12: Signalerzeugungsbereich
14: Hochfrequenzsignal
14': Hochfrequenzsignal
16: Ionisationskammer
18: Hochfrequenzoszillator
20: Leistungsverstärker
22: Glaskolben
24: Gas
26: Impedanztransformator
28: Elektrode
30: Masse
32: Steuersignal
34: Verarbeitungseinheit
35: Stellsignal
36: Koppler
38: Hochfrequenzdetektor
40: Signalteiler
42: Signalteilerausgang
44: Signalteilerausgang
46: Phasenverschiebung
48: Leistungsverstärker
50: Impedanztransformator
52: zweite Elektrode
54: Druckisolationsbereich
56: Zuführungsleitung
58: Rohr
60: Kappe
62: Bohrung
64: erster Leitungsbogen
66: zweiter Leitungsbogen
68: Innenleiter
70: Leitungsstück
72: Kondensator
74: Kondensator
76: Hohlraumresonatorlampe, HR-Lampe
78: schleifenförmige Elektrode
80: Masseteller
82: Elektrode
84: Elektrode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004054443 [0087, 0087]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- "Emission Properties of Compact Antenna-Excited Super-High Pressure Mercury Microwave Discharge Lamps", T. Mizojiri, Y. Morimoto, and M. Kando in Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 46, No. 6A, 2007 [0011]
- "Numerical analysis of antenna-excited microwave discharge lamp by finite element method", M. Kando, T. Fukaya and T. Mizojiri; 28th ICPIG, July 15–20, 2007, Prague, Czech Republic [0011]
- "A Novel Spark-Plug for Improved Ignition in Engines with Gasoline Direct Injection (GDI)" von K. Linkenheil und anderen, IEEE Transactions an Plasma Science, Vol 33, No. 5, Oct. 2005 [0058]
- "Experimente mit Hochfrequenz", a. a. O. [0062]
- "Hochfrequenztechnik" von H. Heuermann, Vieweg-Verlag [0067]
- H. Heuermann: "Hochfrequenztechnik", a. a. O. [0078]
- H. Heuermann: "Hochfrequenztechnik", a. a. O. [0079]
- H. Heuermann: "Hochfrequenztechnik", a. a. O. [0081]
- H. Heuermann: "Hochfrequenztechnik", a. a. O. [0081]

Claims

Hochfrequenzlampe (10) mit einem Signalerzeugungsbereich (12) zur Generierung eines Hochfrequenzsignals (14) und einer jenem nachgeschalteten Ionisationskammer (16), wobei der Signalerzeugungsbereich (12) einen schaltbaren Hochfrequenzoszillator (18) und an dessen Ausgang einen Leistungsverstärker (20) zur Anhebung einer Leistung des Hochfrequenzsignals (14) umfasst, wobei der Ionisationskammer (16), die zumindest einen gasgefüllten Glaskolben (22) umfasst, mindestens eine Elektrode (28) zugeordnet ist und wobei dem Leistungsverstärker (20) ein Impedanztransformator (26) nachgeschaltet ist, der an seinem Ausgang mit der oder jeder Elektrode (28) verbunden ist.
Hochfrequenzlampe (10) nach Anspruch 1, wobei der Signalerzeugungsbereich (12) zusätzlich einen dem Leistungsverstärker (20) nachgeschalteten, insbesondere zwischen Leistungsverstärker (20) und Impedanztransformator (26) angeordneten Koppler (36), einen Hochfrequenzdetektor (38) und eine Verarbeitungseinheit (34) umfasst, wobei ein im Betrieb der Hochfrequenzlampe (10) an der Elektrode (28) reflektiertes Hochfrequenzsignal über den Koppler (36) dem Hochfrequenzdetektor (38) zuführbar ist und wobei ein aufgrund eines Ausgangssignals des Hochfrequenzdetektors (38) von der Verarbeitungseinheit (34) als Stellsignal (35) generierbares Steuersignal dem Hochfrequenzoszillator (18) zur Optimierung des Hochfrequenzsignals (14) auf Basis des reflektierten Signals zuführbar ist.
Hochfrequenzlampe (10) nach Anspruch 1, wobei dem Hochfrequenzoszillator (18) ein Signalteiler (40) mit einem ersten und zweiten Signalteilerausgang (42, 44) nachgeschaltet und der Leistungsverstärker (20) am ersten Signalteilerausgang (42) angeschlossen ist, wobei am zweiten Signalteilerausgang (44) ein Mittel zur Phasenverschiebung (46), ein zweiter Leistungsverstärker (48), ein zweiter Impedanztransformator (50) und eine zweite Elektrode (52) hintereinander geschaltet sind.
Hochfrequenzlampe (10) nach Anspruch 1 oder 2 oder nach Anspruch 3, wobei der Impedanztransformator (26) bzw. der Impedanztransformator (50) und/oder der zweite Impedanztransformator (50) einen einstufig oder mehrstufig transformatorisch wirksamen Abschnitt umfasst (56, 66, 64; 70, 74, 66, 64).
Hochfrequenzlampe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die oder jede Elektrode (28) dielektrisch ist, insbesondere durch einen von einer dielektrischen Ummantelung umgebenen Metallkern gebildet ist.
Hochfrequenzlampe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer schleifenförmigen Elektrode (78).
Hochfrequenzlampe (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Glaskolben (22) mit einem Gemisch mindestens zweier Gase, insbesondere genau dreier Gase, mit unterschiedlichen Emissionsspektren gefüllt ist.
Hochfrequenzlampe (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ionisationskammer (16) mindestens zwei Glaskolben (22), insbesondere drei Glaskolben (22), umfasst, die je für sich mit einem Gas mit unterschiedlichen Emissionsspektren gefüllt sind und wobei jedem Glaskolben (22) eine Elektrode (28) zur Zuführung eines Hochfrequenzsignals (14) zugeordnet ist.
Verfahren zum Betrieb einer Hochfrequenzlampe (10) nach Anspruch 1, wobei das Hochfrequenzsignal (14) vom Hochfrequenzoszillator (18) generiert wird, wobei die Leistung des Hochfrequenzsignals (14) durch den nachgeschalteten Leistungsverstärker (20) erhöht wird, wobei das Hochfrequenzsignal (14) durch den dem Leistungsverstärker (20) nachgeschalteten Impedanztransformator (50) in den Hochspannungsbereich transformiert wird und wobei das transformierte Hochfrequenzsignal (14) der Elektrode (28) zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 zum Betrieb einer Hochfrequenzlampe (10) nach Anspruch 2, wobei der Hochfrequenzdetektor (38) das bei einer Zündung der Hochfrequenzlampe (10) an der Elektrode (28) reflektierte und über den Koppler (36) weitergeleitete Hochfrequenzsignal detektiert und wobei die Verarbeitungseinheit (34) zur Optimierung des Hochfrequenzsignals (14) das Steuersignal (32) aufgrund des Ausgangssignals des Hochfrequenzdetektors (38) anpasst, insbesondere um einen vorgegebenen positiven oder negativen Wert variiert und ein entsprechendes Stellsignal (35) anhand des Steuersignals (32) und des Ausgangssignals des Hochfrequenzdetektors (38) generiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10 zum Betrieb einer Hochfrequenzlampe (10) nach Anspruch 3, wobei der Signalteiler (40) von dem Hochfrequenzsignal (14) ein zweites Hochfrequenzsignal (14') abteilt, insbesondere derart, dass ein als Hochfrequenzsignal (14) verbleibendes Hochfrequenzsignal und das zweite Hochfrequenzsignal (14') zumindest im Wesentlichen identisch sind, wobei das Mittel zur Phasenverschiebung (46) das zweite Hochfrequenzsignal (14') in der Phase verschiebt, der nachgeschaltete zweite Leistungsverstärker (48) die Leistung des phasenverschobenen zweiten Hochfrequenzsignals (14') erhöht und wobei der nachgeschaltete zweite Impedanztransformator (50) das resultierende zweite Hochfrequenzsignal (14') einstufig oder mehrstufig transformiert und an die zweite Elektrode (52) weiterleitet.
Verfahren nach Anspruch 9, 10 oder 11, wobei der Impedanztransformator (26; 50) das Hochfrequenzsignal einstufig oder mehrstufig transformiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12 zum Betrieb einer Hochfrequenzlampe (10) nach Anspruch 7, wobei vom Hochfrequenzoszillator (18) mindestens zwei Hochfrequenzsignale (14) generiert und der mindestens einen Elektrode (28) zugeführt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12 zum Betrieb einer Hochfrequenzlampe (10) nach Anspruch 8, wobei vom Hochfrequenzoszillator (18) mindestens zwei Hochfrequenzsignale (14) generiert und jedes Hochfrequenzsignal (14) genau einer der mindestens zwei Elektroden (28) zugeführt wird.
Anzeigevorrichtung mit einer Mehrzahl von zeilen- und spaltenförmig angeordneten Hochfrequenzlampen (10) nach Anspruch 7 oder 8.
Verfahren zum Betrieb einer Anzeigevorrichtung nach Anspruch 15, wobei jede Hochfrequenzlampe (10) nach einem Verfahren gemäß Anspruch 13 oder 14 betrieben wird.