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ALLGEMEINER
STAND DER TECHNIK
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Kopplungsaufbau eines Wellenleiters
und einer Anlegungsvorrichtung, und genauer einen Kopplungsaufbau
eines Wellenleiters und einer Anlegungsvorrichtung, der fähig ist,
den Verlauf einer elektromagnetischen Welle, die durch einen Generator
für elektromagnetische
Wellen erzeugt wird, um in einer Richtung zu einer Anlegungsvorrichtung übertragen
zu werden, zu steuern und einen stabilen Betrieb aufrechtzuerhalten,
selbst wenn der Zustand der Last verändert wird.
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2. Beschreibung des Stands
der Technik
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Ein
System, in dem die elektromagnetische Welle, die durch einen Generator
für elektromagnetische
Wellen wie etwa ein Magnetron erzeugt wird, durch einen Wellenleiter
zu einer Last im Inneren einer Anlegungsvorrichtung übertragen
wird, wird auf verschiedensten Gebieten wie etwa einem Mikrowellenherd,
einer elektrodenlosen Lampe oder einem Heizelement verwendet.
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Im
Allgemeinen umfasst der Typ der Anlegungsvorrichtung einen Wellenleitertyp
oder einen Hohlraumtyp. Die Anlegungsvorrichtung vom Hohlraumtyp
umfasst einen resonanten Typ und einen nichtresonanten Typ, und
die Anlegungsvorrichtung vom Wellenleitertyp umfasst je nach ihrer
Querschnittsform einen zylinderförmigen
Typ und einen rechteckigen Typ. Die Anlegungsvorrichtung vom Wellenleitertyp
benutzt entweder einen TEmn- oder einen
TMmn-Modus der Verteilung des elektromagnetischen
Felds im Wellenleiter. Hier stehen "m" und "n" für
natürliche
Zahlen einschließlich "0".
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Im
Allgemeinen wird der Modus mit der kleinsten Grenzfrequenz für eine gegebene
Abmessung eines Wellenleiters, oder der Modus, der durch eine elektromagnetische
Welle mit der niedrigsten Frequenz, die sich in einem Wellenleiter
ausbreiten kann, gebildet wird, als der dominante Modus bezeichnet,
und in dieser Hinsicht ist der dominante Modus im Fall des zylinderförmigen Wellenleiters
TE11, während
jener des rechteckigen Wellenleiters TE10 ist.
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Der
Hohlraum vom resonanten Typ ist abhängig vom Modus der Verteilung
des elektromagnetischen Felds im Inneren des Hohlraums in einen TEmnp- und einen TMmnp-Typ
eingeteilt, und wenn ein Hohlraum fähig ist, darin gleichzeitig
mehrere Modi zu unterstützen,
wird er als ein Mehrfachmodus-Hohlraum bezeichnet. Ein typisches
Beispiel für den
Mehrfachmodus-Hohlraum ist jenes eines Mikrowellenherds.
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In
den meisten Fällen
befindet sich die Last im Inneren der Anlegungsvorrichtung in einem
festen Zustand oder in einem flüssigen
Zustand, doch kann es sich bei der Last zum Beispiel im Fall eines
Plasmagenerators auch um Gas handeln. Die Last kann verschiedenste
Formen aufweisen und kann fest sein oder sich bewegen.
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Herkömmlich war
es aufgrund der Veränderung
des Lastzustands schwer, einen stabilen Betrieb aufrechtzuerhalten.
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Zum
Beispiel ist es unter Bezugnahme auf die elektrodenlose Lampe sehr
schwierig, gleichzeitig Bedingungen zum Zünden einer Lampenbirne und zum
Aufrechterhalten eines stabilen Betriebs der Lampe zu erfüllen. Die
Impedanz der Lampenbirne oder des Resonators einschließlich der
Lampenbirne verändert
sich abhängig
vom Zustand der Lampenbirne deutlich.
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Das
heißt,
da die Impedanzen der Birne in verschiedenen Zuständen, zum
Beispiel, wenn sie ohne Entladung kalt ist, wenn sie mit der Entladung beginnt,
oder wenn die Lampe voll aktiviert ist und einen stabilen Zustand
beibehält,
jeweils voneinander verschieden sind, sind die anderen Zustände beträchtlich
fehlangepasst, wenn eine Anpassung für einen bestimmten Zustand
vorgenommen wird.
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Selbst
wenn die Lampenbirne gezündet
ist und die anfängliche
Entladung aktiviert ist, wird die Lampenbirne daher möglicherweise
abgeschaltet werden, während
sie zu einem stabilen Zustand übergeht,
oder selbst wenn die Lampenbirne den stabilen Zustand erreicht,
ist die gesamte Leuchtleistung des Systems stark herabgesetzt, da
die Impedanzanpassung der Birne an die elektromagnetische Welle schlecht
wird.
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Um
den Verlust der Leistungsfähigkeit
zu vermeiden, erfolgt die Impedanzanpassung des Systems im Allgemeinen
an den Zustand, in dem sich die Lampe beim stabilen Betrieb befindet.
Doch in diesem Fall wird die elektromagnetische Welle, die an den
Resonator angelegt wird, zum Großteil zum Magnetron zurückgestrahlt,
da die Anpassung im anfänglichen
Zustand der Lampenbirne nicht richtig vorgenommen ist. Aufgrund
der zurückgestrahlten
elektromagnetischen Welle ist das elektromagnetische Feld im Inneren
des Resonators nicht stark genug, um die Lampenbirne darin zu zünden, weshalb
es schwierig ist, die Lampenbirne zu zünden. Zusätzlich kann das Magnetron instabil
tätig sein
oder abnormal oszillieren, oder steigt die Temperatur des Magnetrons
an, so dass die Haltbarkeit des Magnetrons stark verkürzt wird.
Um die Lampenbirne zu zünden, werden
in diesem Fall Resonatoren mit komplizierter Form verwendet, oder
wird dem Resonator eine Vorrichtung hinzugefügt, die dabei hilft, die Lampenbirne zu
zünden,
doch werden seine Kosten unvermeidlich erhöht und wird sein Aufbau kompliziert.
Außerdem wird
mit diesen Verfahren das Problem des abnormalen Betriebs des Magnetrons
oder der kurzen Lebensdauer des Magnetrons nicht gelöst.
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Wenn
die charakteristische Impedanz des Lastsystems zur elektromagnetischen
Welle, das heißt,
die kombinierte Impedanz der Anlegungsvorrichtung und der Birne
darin, und jene der Wellenleiterübertragungsleitung
nicht übereinstimmen,
strahlt die elektromagnetische Welle von der Anlegungsvorrichtung
zurück.
In diesem Fall weist die zurückgestrahlte
Energie, da sie zum Generator für
elektromagnetische Wellen zurückkehrt,
einen schlechten Einfluss auf den Generator für elektromagnetische Wellen
auf, indem sie seinen stabilen Betrieb stört, oder wird sie im Generator
für elektromagnetische
Wellen als Wärme
absorbiert, wodurch sie seine Lebensdauer verkürzt oder ihn sogar zerstört. Daher
wird im Allgemeinen eine Abstimmvorrichtung oder ein Zirkulator
verwendet, um den Generator zu schützen und eine richtige Anpassung
sicherzustellen.
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Aufbaus eines Wellenleitersystems
nach einer herkömmlichen
Technik.
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Die
Abstimmvorrichtung steuert die charakteristische Impedanz der Wellenleiterübertragungsleitung.
Ein Richtkoppler 4 von 1 extrahiert
einen vorbestimmten Anteil der elektromagnetischen Welle, die zur
Last 6 verläuft
oder nach dem Zurückstrahlen
von der Last in der Anlegungsvorrichtung 5 zurückkehrt.
Zur Aufrechterhaltung eines gut angepassten Zustands in der Übertragungsleitung
ist ein Wattmeter 3 an den Richtkoppler 4 angeschlossen und
wird die Abstimmvorrichtung 2 so reguliert, dass die zurückgestrahlte
Welle auf ein Mindestmaß verringert
wird.
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Doch
die herkömmliche
Technik weist dahingehend Nachteile auf, dass die Abstimmvorrichtung 2 gemäß dem Zustand
der Last reguliert werden muss, um die Anpassung zufriedenstellend
aufrechtzuerhalten. Besonders im Fall einer Veränderung der Eigenschaften der
Last während
ihres Betriebs muss die Abstimmvorrichtung fortlaufend reguliert
werden. Überdies
ist es schwierig, einen günstigen
Anpassungszustand aufrechtzuerhalten, wenn sich die Impedanz der
Last unregelmäßig oder
drastisch verändert.
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Zusätzlich verursacht
die Verwendung der Abstimmvorrichtung, des Richtkopplers und des Wattmeters
oder des Zirkulators einen Anstieg der Kosten und eine Vergrößerung und
Verkomplizierung der gesamten Größe des Systems.
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Zum
Beispiel offenbart die US-Patentschrift Nr. 3,745,292 eine Dielektrizitätsverlust-Heizvorrichtung
zur Anlegung von Hochfrequenzenergie durch das Medium eines 3-dB-Richtkopplers an
einen Lastkreis, in dem die zu erhitzende Komponente angeordnet
ist, wobei die Wellen, die durch den Gegenstand, der erhitzt wird,
zurückgestrahlt
werden, in einer angepassten Last, die an den vierten Kanal des Kopplers
angeschlossen ist, zerstreut werden.
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Daher
wird ein neuer Wellenleiteraufbau benötigt, der die wie in der herkömmlichen
Technik bestehenden Nachteile überwindet.
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KURZDARSTELLUNG
DER ERFINDUNG
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Daher
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das in einem System,
in dem eine elektromagnetische Welle von einem Generator für elektromagnetische
Wellen zu einer Anlegungsvorrichtung übertragen wird, bestehende
Problem, dass eine Energie, die aufgrund der Veränderung der Lasteigenschaften
reflektiert wird, zum Generator für elektromagnetische Wellen
zurückkehrt
und die Eigenschaften des Generators für elektromagnetische Wellen verschlechtert,
zu lösen.
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Eine
andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Unbequemlichkeit
des Regulierens einer Abstimmvorrichtung in einem Wellenleiteraufbau
zur Vorbereitung auf jedwede gelegentliche Veränderung der Lasteigenschaften
zu beseitigen.
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Um
diese und andere Vorteile zu erzielen, und gemäß dem Zweck der vorliegenden
Erfindung, wie sie hierin verkörpert
und allgemein beschrieben ist, wird ein Kopplungsaufbau eines Wellenleiters
und einer Anlegungsvorrichtung bereitgestellt, der einen Generator
für elektromagnetische
Wellen; einen Wellenleiter zur Übertragung
einer elektromagnetischen Welle, die durch den Generator für elektromagnetische
Wellen erzeugt wurde; und eine Anlegungsvorrichtung zum Erhalt der
elektromagnetischen Welle durch den Wellenleiter und zu ihrer Anlegung
an eine Lampenbirne umfasst, wobei eine Wand des Wellenleiters und
der Anlegungsvorrichtung teilweise oder zur Gänze in gemeinsamem Besitz steht,
in welcher Wand Schlitze gebildet sind, und der Wellenleiter so lang
wie ein ganzes Vielfaches der Hälfte
der Wellenlänge
der elektromagnetischen Welle ist, die durch den Wellenleiter geführt wird.
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In
der Wand, die im gemeinsamen Besitz des Wellenleiters und der Anlegungsvorrichtung
steht, sind in bestimmten Abständen
zumindest zwei Schlitze gebildet, um die elektromagnetische Welle
mit der Anlegungsvorrichtung zu koppeln, wobei diese zumindest zwei
Schlitze die elektromagnetische Welle, die von der Anlegungsvorrichtung
zurückstrahlt,
dazu bringen, nicht zum Generator für elektromagnetische Wellen
zurückzukehren,
wenn sie zum Wellenleiter gerichtet ist.
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Der
Abstand zwischen Mittelpunkten der Schlitze beträgt ungefähr ein Viertel der Wellenlänge der
elektromagnetischen Welle, die im Wellenleiter übertragen wird. Die Breite
des Schlitzes beträgt
vorzugsweise mehr als das Dreifache der Dicke der Wand, in der die
Schlitze eingerichtet sind.
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Der
Wellenleiter ist um die Achse des Resonators als Zentrum zu einer
zylinderförmigen
Form aufgerollt, so dass die Ausbreitungsbahn der elektromagnetischen
Welle im Wellenleiter einen konzentrischen Kreis oder einen konzentrischen
Kreisbogen zum Querschnitt des Resonators bildet.
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Zusätzlich ist
an einem Endabschnitt des Wellenleiters in der Ausbreitungsrichtung
der elektromagnetischen Welle eine Einheit zur Absorbierung der
elektromagnetischen Welle bereitgestellt, um die elektromagnetische
Welle, die immer noch im Wellenleiter verläuft, ohne mit der Anlegungsvorrichtung gekoppelt
zu werden, und die elektromagnetische Welle, die als von der Anlegungsvorrichtung
zurückgestrahlt
und in ihre ursprüngliche
Richtung (das heißt,
in die zum Generator für
elektromagnetische Wellen entgegengesetzte Richtung) verlaufend
zum Wellenleiter zurückkehrt,
zu absorbieren. Für
die Absorbierungseinheit kann Kohlenstoff, Graphit oder Wasser verwendet
werden.
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Unter
Bezugnahme auf die Querschnittform der Anlegungsvorrichtung ist
eine kreisförmige
oder ovale Form passend, und als Querschnitt des Wellenleiters ist
eine halbkreisförmige,
eine kreisförmige oder
eine ovale Form passend.
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Zur
Lösung
der obigen Aufgaben wird auch eine elektrodenlose Lampe bereitgestellt,
die einen Generator für
elektromagnetische Wellen; einen Wellenleiter, der die durch den
Generator für
elektromagnetische Wellen erzeugte elektromagnetische Welle überträgt; einen
Resonator zum Erhalt der elektromagnetischen Welle vom Wellenleiter
und zu ihrer Anlegung an eine Lampenbirne; und eine elektrodenlose
Birne im Inneren des Resonators umfasst, wobei die Wand des Wellenleiters
und des Resonators teilweise oder zur Gänze in gemeinsamem Besitz steht, in
welcher Wand Schlitze gebildet sind, so dass die elektromagnetische
Welle nicht zum Generator für elektromagnetische
Wellen zurückkehrt,
wenn sie vom Resonator zurückgestrahlt
wird, und wobei die Länge
des Wellenleiters ein ganzes Vielfaches der Hälfte der Wellenlänge der
elektromagnetischen Welle ist, die im Wellenleiter geführt wird.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
beiliegenden Zeichnungen, die beigeschlossen sind, um ein näheres Verständnis der
Erfindung bereitzustellen und in diese Beschreibung aufgenommen
sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen Ausführungsformen
der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die
Prinzipien der Erfindung zu erklären.
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In
den Zeichnungen
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ist 1 eine
schematische Ansicht, die einen Aufbau eines Wellenleitersystem
nach einer herkömmlichen
Technik zeigt;
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veranschaulichen 2A und 2B einen Aufbau
eines Wellenleiters nach einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, wobei
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2A eine
Schnittansicht des Wellenleiters von vorn ist; und
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2B eine
Schnittansicht des Wellenleiters von der Seite ist;
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ist 3 eine
Schnittansicht eines Richtkopplers eines allgemeinen Wellenleiters
nach der herkömmlichen
Technik;
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ist 4 eine
Schnittansicht eines Wellenleiters nach einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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zeigen 5A und 5B einen
Aufbau eines bei einer elektrodenlosen Lampe angewendeten Wellenleiters
nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei 5A eine
Schnittansicht des Wellenleiters von der Seite ist; und
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5B eine
Schnittansicht des Wellenleiters von vorn ist;
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ist 6 eine
Schnittansicht, die einen Aufbau eines bei einem Heizsystem angewendeten
Wellenleiters nach der vorliegenden Erfindung zeigt;
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ist 7 eine
Schnittansicht, die das Prinzip einer Doppelresonanz erklärt und eine
elektrische Feldstärke
zeigt, wenn eine Lampenbirne betätigt wird;
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ist 8 eine
Schnittansicht, die das Prinzip einer Doppelresonanz erklärt und eine
elektrische Feldstärke
zeigt, nachdem eine Lampenbirne betätigt wurde;
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zeigen 9A und 9B einen
Aufbau eines bei einer elektrodenlosen Lampe angewendeten Wellenleiters
nach einer anderen Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung, wobei
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9A eine
Schnittansicht des Wellenleiters von der Seite ist; und
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9B eine
Schnittansicht des Wellenleiters von vorn ist;
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sind 10A bis 10C erklärende Ansichten,
die allgemeine Formen eines Wellenleiters zeigen, wobei 10A eine Schnittansicht eines Wellenleiters mit
rechteckigem Querschnitt ist;
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10B eine perspektivische Ansicht ist, die einen
Aufbau eines zylinderförmigen
Wellenleiters für die
Seite "E" zeigt; und
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10C eine perspektivische Ansicht ist, die einen
Aufbau eines zylinderförmigen
Wellenleiters für die
Seite "H" zeigt;
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zeigen 11A und 11B einen
Aufbau eines bei einer elektrodenlosen Lampe angewendeten Wellenleiters
nach noch einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei
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11A eine Schnittansicht des Wellenleiters von
der Seite ist; und
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11B eine Schnittansicht des Wellenleiters von
vorn ist;
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zeigen 12A und 12B einen
Aufbaus eines bei einer elektrodenlosen Lampe angewendeten Wellenleiters
nach noch einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei
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12A eine Schnittansicht des Wellenleiters von
der Seite ist, und
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12B einer Schnittansicht des Wellenleiters von
vorn ist.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun
wird ausführlich
auf die bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, wofür Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen
veranschaulicht sind.
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Das
erste Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass in einem Richtkopplungsaufbau
Schlitze gebildet sind.
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2A und 2B veranschaulichen
einen Aufbau eines Wellenleiters nach einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, der einen Wellenleiter 12 zum Führen einer
elektromagnetischen Welle von einem Generator für elektromagnetische Wellen, der
eine elektromagnetische Mikrowelle erzeugt; eine Anlegungsvorrichtung 5 zum Anlegen
der übertragenen
elektromagnetischen Welle an eine Last; Schlitze 11 in
einem Richtkopplungsaufbau zum Koppeln des Wellenleiters 12 und
der Anlegungsvorrichtung 5, um die elektromagnetische Welle,
die durch den Wellenleiter verläuft,
zur Anlegungsvorrichtung zu übertragen;
und eine Absorbierungseinheit 13, die am Endabschnitt des
Wellenleiters in der fortschreitenden Richtung der elektromagnetischen
Welle ausgebildet ist, umfasst.
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Die
Wand einer Seite der zylinderförmigen Anlegungsvorrichtung 5 und
die Wand einer Seite des halbkreisförmigen Wellenleiters 12 stehen
in gemeinsamem Besitz, und an einem Abschnitt der Wand sind in einem
Abstand zwei Schlitze 11 gebildet.
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2B ist
eine Schnittansicht des Aufbaus des Wellenleiters nach der vorliegenden
Erfindung von der Seite. Die elektromagnetische Welle, die durch
den Generator für
elektromagnetische Wellen erzeugt wird, verläuft durch den Wellenleiter 12 zur Absorbierungseinheit 13,
die am Endabschnitt des Wellenleiters angeordnet ist, und wird durch
die Kopplungsschlitze 11 auch mit der Last, die im Inneren
der Anlegungsvorrichtung 5 angeordnet ist, gekoppelt.
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Der
Richtkopplungsaufbau der vorliegenden Erfindung ist in der Hinsicht
wichtig, dass er verhindert, dass die elektromagnetische Welle,
die durch den Generator für
elektromagnetische Wellen erzeugt und von diesem übertragen
wird, zurückgestrahlt
wird und zum Generator für
elektromagnetische Wellen zurückkehrt,
anstatt vollständig
in die Last im Inneren der Anlegungsvorrichtung 5 absorbiert
zu werden.
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Für ein leichtes
Verständnis
zeigt 3 einen allgemeinen Wellenleiterrichtkoppler.
Die elektromagnetische Welle, die sich in einer Richtung durch den
Wellenleiter "B" ausbreitet", wird durch die beiden
Kopplungsschlitze (oder Löcher),
die in einem Abstand zwischen ihren Mittelpunkten von ungefähr einem
Viertel der Wellenlänge
eingerichtet sind, teilweise zum Wellenleiter "A "übertragen,
und in dieser Hinsicht breitet sich die elektromagnetische Welle aufgrund
der gegenseitigen Wechselwirkung durch die beiden Kopplungsschlitze
auch im Wellenleiter "A" in einer Richtung
aus.
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Das
heißt,
was die elektromagnetische Welle, die durch die beiden Schlitze
verlaufen ist, betrifft, wird in der fortschreitenden Richtung der
Welle eine aufbauende Interferenz vorgenommen und in der entgegengesetzten
Richtung eine zerstörende
Interferenz vorgenommen, was dazu führt, dass die elektromagnetische
Welle im Wellenleiter "A" in der gleichen
Richtung wie jene im Wellenleiter "B" verläuft. Und
wenn die elektromagnetische Welle, die im Wellenleiter "A" verläuft, mit dem Wellenleiter "B" kombiniert wird, verläuft sie
ebenfalls in einer Richtung.
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Der
Kopplungsaufbau des Wellenleiters und der Anlegungsvorrichtung der
vorliegenden Erfindung unterscheidet sich darin vom allgemeinen
Wellenleiterrichtkoppler, dass anstelle einer teilweisen Kopplung
der Großteil
der elektromagnetischen Welle, die sich in einem Wellenleiter ausbreitet,
mit dem anderen gekoppelt wird. Diese Kopplung kann durch geeignetes
Wählen
der Länge
und der Breite der Schlitze, die am Wellenleiter gebildet sind,
und ihrer relativen Positionen erreicht werden.
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4 ist
eine Schnittansicht eines Systems, die ein Betriebsprinzip nach
einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Wie
in der Zeichnung gezeigt wird die elektromagnetische Mikrowelle,
die zum Einfallen in den Wellenleiter 12 gebracht wird,
bei ihrer Ausbreitung durch den Wellenleiter 12 durch die
Schlitze, die in der Wand gebildet sind, welche im gemeinsamen Besitz
des Wellenleiters 12 und der Anlegungsvorrichtung steht,
zum Großteil
in die Anlegungsvorrichtung 10 gekoppelt, und wird die
so gekoppelte elektromagnetische Welle 24 durch die Last
im Inneren der Anlegungsvorrichtung absorbiert.
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Wenn
die Impedanz, die durch die Anlegungsvorrichtung und die Last darin
bestimmt wird, nicht mit der Impedanz der elektromagnetischen Welle
identisch ist, wird dabei ein Teil der elektromagnetischen Welle
davon zurückgestrahlt,
anstatt absorbiert zu werden. Diese zurückgestrahlte Welle 27 wird
durch die Schlitze in den Wellenleiter 12 zurück gekoppelt.
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Die
zum Wellenleiter zurück
gekoppelte Welle 28 und die immer noch fortlaufende elektromagnetische
Welle 26, die aus der elektromagnetischen Welle 21,
welche zum Einfallen in den Wellenleiter gebracht wurde, nicht zur
Anlegungsvorrichtung gekoppelt worden war, werden durch den Wellenleiter zur
Absorbierungseinheit 13 übertragen, um in diese absorbiert
zu werden. Demgemäß wird die
elektromagnetische Welle, die vom Generator für elektromagnetische Wellen
zum Wellenleiter 12 übertragen wird,
entweder durch die Last im Inneren der Anlegungsvorrichtung 10 oder
durch die Absorbierungseinheit 13 am Endabschnitt des Wellenleiters vollständig absorbiert,
ohne zum Generator für
elektromagnetische Wellen zurückzukehren.
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Zur
Erfüllung
der Anforderung der Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine
erwünschte
Form der Anlegungsvorrichtung, dass ihr Querschnitt eine kreisförmige oder
ovale Form aufweist. Eine geeignete Art von Anlegungsvorrichtung
kann gemäß dem Zustand
der Last oder der Bewegung der Last gewählt werden.
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In 4 sind
die Wand des Wellenleiters 12 und die Wand der Anlegungsvorrichtung
als gesondert vorhanden gezeigt und steht nur der Schlitzabschnitt
in gemeinsamem Besitz, doch kann die Wand abhängig vom Verwendungsziel trotzdem
teilweise oder zur Gänze
im gemeinsamen Besitz des Wellenleiters und der Anlegungsvorrichtung
stehen.
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Der
Aufbau des Wellenleiters umfasst mehrere Schlitze oder Öffnungen
in Lochform in der verlaufenden (axialen) Richtung des Wellenleiters.
Obwohl darin grundsätzlich
zumindest zwei Schlitze bereitgestellt sind, können je nach den Verwendungszielen
mehr Schlitze gebildet sein. Die Schlitze müssen auch nicht notwendigerweise
in einer geraden Anzahl bereitgestellt sein, so dass sie in einer
ungeraden Anzahl bereitgestellt sein können.
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Der
Abstand zwischen den Mittelpunkten der Schlitze beträgt wie beim
allgemeinen Wellenleiterrichtkoppler im Grunde ein Viertel der Wellenlänge im Wellenleiter,
was aber nicht festgeschrieben ist. Die Abstände können gemäß dem Aufbau des Wellenleiters
und der Anlegungsvorrichtung in der praktischen Verwendung, das
heißt,
gemäß der Größe, ihrer Form
und ihres Betriebsverfahrens, abgeändert werden. Außerdem sind
die Abstände
zwischen Schlitzen untereinander nicht notwendigerweise gleich, und
können
mehrere Schlitze in mehrere Gruppen eingeteilt werden, um passend
angeordnet zu werden.
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Die
Schlitze können
wie gewünscht
verschiedene Formen wie etwa eine rechteckige, eine kreisförmige oder
eine ovale Form aufweisen, und müssen
in ihrer Form oder Größe, das
heißt,
der Breite und der Länge,
nicht notwendigerweise gleich sein.
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Mit
anderen Worten betrifft der Wellenleiteraufbau der vorliegenden
Erfindung eine Anordnung der Schlitze in geeigneter Anzahl im Wellenleiter
gemäß dem Wellenleiter
und der Anlegungsvorrichtung zur Verwendung, deren Eigenschaften
durch die Anzahl, die Gestalt und den Abstand der Schlitze, ihre Form
und die Abstände
in ihrer Anordnung optimiert werden.
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5A und 5B zeigen
Aufbauten eines Wellenleiters nach einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, der bei einer elektrodenlosen Lampe, die durch Mikrowellen
angeregt wird, eingesetzt wird.
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Wie
in der Zeichnung gezeigt verläuft
die durch das Magnetron 1 erzeugte elektromagnetische Welle
durch den Wellenleiter 12 und wird durch die Schlitze 11 mit
der Anlegungsvorrichtung 5 gekoppelt, die dann das Material
in der Birne 6 im Inneren der Anlegungsvorrichtung anregt,
wodurch Licht wie etwa sichtbares Licht oder Ultraviolettlicht erzeugt wird.
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Die
Innen- und die Außenwand
des Wellenleiters 12 sind aus zwei konzentrischen Zylindern hergestellt,
wobei die gesamte Innenwand des Wellenleiters 12 an einem
Teil der Wand der Anlegungsvorrichtung 5 Anteil hat.
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Die
tatsächliche
wirksame Länge
des Wellenleiters 12 beginnt von einer Seite der Wand 9,
die im Wellenleiter angebracht ist, und endet an der gegenüberliegenden
Seite der Wand 9 in der Umfangsrichtung.
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Eine
Absorbierungseinheit 13 ist an der zur Magnetronantenne 7 entgegengesetzten
Seite im Wellenleiter angebracht, und an der Innenwand des Wellenleiters
sind vier Schlitze 11 angeordnet.
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6 ist
eine Schnittansicht, die einen Aufbau eines Wellenleitersystems
nach der vorliegenden Erfindung zeigt, das bei einem Heizsystem
zur Verwendung für
eine flüssige
Last eingesetzt wird.
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Unter
Bezugnahme auf 6 wird die elektromagnetische
Welle, die durch das Magnetron 1 erzeugt wird, mit der
Anlegungsvorrichtung 5 gekoppelt, um die flüssige Last
darin zu erhitzen. Der Aufbau des zylinderförmigen Wellenleiters umfasst
zwei Schlitze, und die Anlegungsvorrichtung weist einen zylinderförmigen Wellenleiteraufbau
auf, der den Modus TE11 verwendet.
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Im
Inneren der Anlegungsvorrichtung ist ein Rohr, das aus einem Isolator,
welcher die Eigenschaft eines geringen Dielektrizitätsverlusts
und einer starken Hitzebeständigkeit
aufweist, wie etwa Teflon hergestellt ist, schräg angebracht, wodurch Flüssigkeit,
die erhitzt werden soll, verläuft.
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Da
sich die Dielektrizitätskonstante
der Last oder das Absorptionsverhältnis der elektromagnetischen
Welle abhängig
vom Zustand der Flüssigkeit wie
etwa der Art, der Temperatur und der Dichte verändert, verändert sich die Menge der zurückgestrahlten
elektromagnetischen Welle, die nicht durch die Last absorbiert wird,
und die letztendlich in der Absorptionseinheit (nicht gezeigt),
die am Endabschnitt des Wellenleiters angebracht ist, absorbiert
wird, entsprechend abhängig
vom Betriebszustand.
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Ein
anderes Merkmal der vorliegenden Erfindung ist, dass der Wellenleiter
unter bestimmten Bedingungen absichtlich dazu gebracht wird, als
Resonator zu dienen.
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Die
Länge des
Wellenleiters ist von der Wand der hinteren Seite der Magnetronantenne
zur Wand des Endes der gegenüberliegenden
Seite in der fortschreitenden Richtung der elektromagnetischen Welle
definiert.
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Wenn
der Wellenleiter so lang wie ein ganzes Vielfaches der Hälfte der
Wellenlänge
(das heißt, nλ/2, wobei "n" eine ganze Zahl ist) im Wellenleiter gebildet
ist, ist der Wellenleiter selbst fähig, als Resonator zu dienen.
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Falls
die beiden zueinander gerichteten Seiten, die den Wellenleiter aufbauen,
in einer zylinderförmigen
Form gekrümmt
sind, das heißt,
falls die Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle im
Wellenleiter anstatt einer geraden Linie vielmehr eine gekrümmte Linie
ist, wird die elektrische Länge des
Wellenleiters durch einen Ausdruck gemäß einer elektromagnetischen
Theorie berechnet. Im Wesentlichen kann die Länge durch Verwenden einer Durchschnittsentfernung,
die entlang der Mitte der beiden gekrümmten Seiten berechnet wird,
beinahe genau erhalten werden.
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Die
Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Welle im Wellenleiter
und der Querschnitt des Resonators bilden konzentrische Kreise,
die gemeinsam die gleiche Achse besitzen, und die Wand des Resonators
und die Wand des Wellenleiters stehen teilweise in gemeinsamem Besitz.
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Die
elektromagnetische Welle im Wellenleiter breitet sich entlang einer
kreisförmigen
Bahn aus und wird durch den Kopplungsschlitz, der in der Wand eingerichtet
ist, die im gemeinsamen Besitz des Wellenleiters und des Resonators
steht, zum Resonator übertragen,
um an die darin befindliche Last angelegt zu werden.
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Da
der Wellenleiter als Resonator dient (nachstehend als "erster Resonator" bezeichnet), kann
im Inneren der Anlegungsvorrichtung ein stabiler Betrieb gemäß dem Zustand
der Last aufrechterhalten werden.
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Wenn
das Beispiel der elektrodenlosen Lampe herangezogen wird, wird die
elektrische Feldstärke
im Resonator einschließlich
der Birne hoch genug behalten, dass die Birne leicht gezündet werden kann,
wenn die Lampe eingeschaltet wird.
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Das
heißt,
wenn die Lampe eingeschaltet wird, wird im Wellenleiter, das heißt, im ersten
Resonator, eine Stehwelle erzeugt, bevor die Birne vollständig gezündet ist,
und wird der zweite Resonator durch die Stehwelle angeregt.
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Dieses
Doppelresonanzprinzip wird unter Bezugnahme auf 7 erklärt.
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Wie
in der Zeichnung gezeigt wird zuerst durch Blockieren beider Enden
des Wellenleiters, dessen elektrische Länge die gleiche wie seine geführte Wellenlänge ist,
ein erster Resonator gebildet. In dieser Hinsicht entspricht der
Wellenleiter, wenn er einen rechteckigen Querschnitt aufweist, einem
Resonator, der im TE102-Modus tätig ist,
während
er einem Resonator entspricht, der im TE112-Modus
betrieben wird, wenn der Wellenleiter einen kreisförmigen Querschnitt
aufweist.
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Die
elektromagnetische Welle im Resonator bildet eine Stehwelle, und
die Verteilung der elektrischen Feldstärke 16 ist wie in 7 veranschaulicht als
gestrichelte Linie gezeigt. Hier beträgt die elektrische Feldstärke im Mittelpunkt
des Resonators "0", und selbst wenn
dieser Punkt durch eine Leiterwand 9 blockiert ist, gibt
es keine Veränderung
in einem Grenzzustand, wird die Verteilung des elektrischen Felds
so beibehalten, wie sie ist, und bilden die beiden Räume, die
jeweils durch die eingerichtete Wand abgeteilt werden, unabhängige Resonatoren 12 und 5.
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Wenn
der Kopplungsschlitz 14 in der Wand eingerichtet ist, sind
die beiden Resonatoren, das heißt,
der erste und der zweite Resonator 5 und 12, miteinander
verbunden, wobei nach wie vor die ursprüngliche Verteilung des elektrischen
Felds aufrechterhalten wird.
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Wenn
die Birne in der Mitte des zweiten Resonators, das heißt, an der
Position, an der das elektrische Feld am stärksten ist, eingerichtet ist,
wird die elektromagnetische Welle, die durch den ersten Resonator 12 (Wellenleiter)
an den zweiten Resonator 5 angelegt wird, zu dieser Zeit
zum Großteil
zurückgestrahlt
und zum ersten Resonator 12 zurückgeführt, da die Birne vor ihrer
Zündung
die elektromagnetische Welle nicht absorbiert. Dies bildet die Stehwelle im
ersten Resonator, die stets mit der gleichen Phase erneut zum zweiten
Resonator übertragen
wird, so dass durch Aufrechterhalten des Stehwellenmusters im zweiten
Resonator aufgrund der aufbauenden Interferenz fortlaufend ein starkes
elektrisches Feld an die Birne angelegt wird.
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Falls
der Wellenleiterbereich nicht als Resonator dient, wird das Muster
der Resonanz (Stehwelle) im zweiten Resonator verändert, da
die Phase der Stehwelle, die im Wellenleiter erzeugt wird, von jener der
Stehwelle des zweiten Resonators verschieden wird, was es schwierig
macht, die Birne zu beleuchten.
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Nachdem
die Birne vollständig
gezündet wurde,
wird die elektromagnetische Welle, die an die Birne angelegt wird,
zum Großteil
durch die Birne absorbiert, weshalb nur wenig der elektromagnetischen Welle
zum ersten Resonator zurückkehrt.
In diesem Fall wird der erste Resonator nicht als Resonator betrieben,
sondern als normaler Wellenleiter betrieben. Eine elektrische Feldstärke 16 zu
dieser Zeit ist wie in 8 veranschaulicht als gestrichelte
Linie gezeigt. Zu dieser Zeit gibt es im Wellenleiter 12 keine Stehwelle,
so dass die elektrische Feldstärke 16 im Wellenleiter
gleichmäßig wird.
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Der
Kopplungsschlitz ist so gestaltet, dass die elektromagnetische Welle
im Wellenleiter wirksam mit dem zweiten Resonator gekoppelt wird,
und ist in der fortlaufenden Richtung der elektromagnetischen Welle
in der Wand zwischen dem Wellenleiter und dem zweiten Resonator
eingerichtet. Es ist erwünscht,
die Position, die Länge
und die Breite des Schlitzes so zu bestimmen, dass eine zufriedenstellende
Anpassung erreicht wird, wenn sich die Birne in ihrem normalen Betriebszustand
befindet.
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Unter
Bezugnahme auf die Form des Schlitzes wird im Allgemeinen ein rechteckig
geformter Schlitz verwendet, doch ist im Hinblick auf einen Designobjekt
und für
eine bessere Leistung wie gewünscht
eine Abänderung
an seiner Form, zum Beispiel eine Form, deren beide Endabschnitte
rund sind, möglich.
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Wenn
nötig,
ist es auch möglich, über mehr als
einen Schlitz zu verfügen.
Bei der vorliegenden Erfindung ist es äußerst vorteilhaft, mehrere
Schlitze anzuordnen, da die Schlitze verglichen mit jenen der herkömmlichen
Technik in der Umfangsrichtung an der Wand des Resonators eingerichtet
sind.
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Besonders,
was den Kopplungsschlitz betrifft, ist es erwünscht, die Richtkopplungsschlitze
zu verwenden, was dahingehend Vorteile aufweist, dass sie die Anpassungseigenschaften
mit dem zweiten Resonator verbessern können, und eine elektromagnetische
Welle, die eine zirkuläre
(sich drehende) Polarisierung aufweist, in den zweiten Resonator
gekoppelt werden kann.
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Falls
der zweite Resonator durch eine zirkulär polarisierte Welle angeregt
wird, wird das elektrische Feld gleichmäßig entlang des Umfangs der
Birne angelegt, da sich das elektrische Feld im Querschnitt des
Resonators betrachtet um die Achse des Resonators als Zentrum dreht,
so dass ein möglicher Schaden
an der Birne aufgrund einer lokalen Erhitzung an der Oberfläche der
Birne verhindert werden kann, und die Birne demgemäß nicht
gedreht werden muss.
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9A und 9B zeigen
eine andere Ausführungsform
einer elektrodenlosen Mikrowellenlampe zur Erzeugung von sichtbarem
Licht nach der vorliegenden Erfindung.
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Der
Wellenleiter, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist und zu
einer zylinderförmigen Form
aufgerollt ist, wird im Modus TE10 betrieben.
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Im
Allgemeinen ist der rechteckige Wellenleiter so hergestellt, dass
er für
seine Breite und seine Länge
das Verhältnis
von 2 : 1 aufweist. Wie in 10A gezeigt
wird in diesem Fall die breite Seite als die Seite "E" bezeichnet, während die schmale Seite als
die Seite "H" bezeichnet wird.
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10B und 10C zeigen
zum leichten Verständnis
jeweils einen über
die Seite "E" bzw. die Seite "H" aufgerollten rechteckigen Wellenleiteraufbau.
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Unter
Bezugnahme auf 9A und 9B wird
der erste Resonator des inneren Bereichs des Wellenleiters im TE104-Modus
betrieben, und der zweite Resonator in einer Zylinderform im TE111-Modus betrieben. Der Wellenleiter und
der zweite Resonator besitzen gemeinsam einen Teil der Seite "E" des Wellenleiters. Der andere Teil
der Wand des Resonators, der nicht im gemeinsamen Besitz mit dem Wellenleiter
steht, ist größtenteils
als Maschensieb ausgeführt,
das im Wesentlichen für
das Licht, das durch die Birne erzeugt wird, durchscheinend ist.
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Der
Wellenleiter und der zweite Resonator sind durch die in gemeinsamem
Besitz stehende Fläche
dazwischen, das heißt,
durch die Richtkopplungsschlitze, die an der Seite "E" des Wellenleiters eingerichtet sind,
kombiniert.
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Die
Richtkopplungsschlitze sind durch die Anordnung von vier Schlitzen,
die im Grunde eine Anordnung von zwei unabhängigen Richtkopplungsschlitzaufbauten
sind, die aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei jede aus einem
Paar von Schlitzen besteht, aufgebaut.
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Der
Abstand zwischen den Mittelpunkten der Schlitze beträgt ungefähr ein Viertel
der Wellenlänge im
Wellenleiter. In dieser Hinsicht wird im zweiten Resonator ein Resonanzmodus
erzeugt, der sich drehende Polarisationseigenschaften aufweist,
da der Phasenunterschied jedes Schlitzes ungefähr 90° beträgt. Dies macht die Zündung der
Birne leichter, und die Notwendigkeit einer Drehung der Birne wird
verringert.
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Was 9A und 9B betrifft,
sind die Kopplungsschlitze an der Seite "E" des
Wellenleiters, das heißt,
der breiten Seite, eingerichtet. Der Grund dafür ist, dass der zweite Resonator
gemeinschaftlich einen Abschnitt der Seite "E" des
Wellenleiters besitzt. Wenn der zweite Resonator gemeinschaftlich die
Seite "H" des Wellenleiters,
das heißt,
einen Teil der schmäleren
Seite, besitzt, kann der Kopplungsschlitz auch an der Seite "H" des Wellenleiters eingerichtet sein.
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Obwohl
der Wellenleiter in den Zeichnungen über die Seite "E" zu einer zylinderförmigen Form aufgerollt ist,
ist es auch möglich, über die
Seite "H" des Wellenleiters
zu einer zylinderförmigen
Form zu rollen, und in beiden Fällen
ist es möglich,
Schlitze sowohl an der Seite "E" als auch an der
Seite "H" einzurichten.
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11A und 11B zeigen
eine elektrodenlose Mikrowellenlampe, die ein mit 2,45 GHz oszilliertes
Magnetron verwendet, nach einer anderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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In
den Zeichnungen ist ein Wellenleiter bereitgestellt, der einen rechteckigen
Querschnitt aufweist und im TE10-Modus betrieben wird.
Der Wellenleiter ist über
die Seite "E" aufgerollt. Die
Breite und die Länge
des Querschnitts des Wellenleiters betragen ungefähr 80 mm
bzw. 40 mm, und der erste Resonator des inneren Bereichs des Wellenleiters
wird im TE103-Modus betrieben.
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Der
zweite Resonator besteht aus einem Zylinder, der einen Durchmesser
von ungefähr
75 mm aufweist, und wird im TE111-Modus
betrieben. Die Seitenwand und die vordere Wand des Zylinders sind aus
einem Maschensieb hergestellt, und seine hintere Wand besitzt gemeinschaftlich
die Seite "H" des Wellenleiters.
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In
dieser Ausführungsform
sind der Wellenleiter und der zweite Resonator durch einen Wanderwellen-Kopplungsschlitz
gekoppelt, der an der Seite "H" des Wellenleiters
eingerichtet ist.
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Vorzugsweise
beträgt
die Breite des Schlitzes mehr als das Dreifache der Dicke der Wand,
in der der Schlitz eingerichtet ist. Wenn die Breite des Schlitzes
schmal ist, wird der Qualitätsfaktor
Q hoch, und bei einer Kopplung an den unbelasteten Resonator, was
der Fall ist, wenn die Birne im Inneren kalt und nicht gezündet ist,
macht es der hohe Faktor Q sowohl des Schlitzes als auch des Resonators
leichter, die Birne zu zünden.
Da der Faktor "Q" des Resonators jedoch
viel niedriger wird, wenn die Birne vollständig gezündet ist, ist es schwierig,
in ihrem normalen Betriebszustand eine gute Anpassung aufrechtzuerhalten.
Daher sollte die Breite des Schlitzes entsprechend bestimmt werden.
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Bei
der vorliegenden Erfindung beträgt
die Breite des Schlitzes ungefähr
12 mm und ist die Position des Schlitzes dort bestimmt, wo die Anpassung am
passendsten gemacht wird, nachdem die Birne vollständig erleuchtet
ist. Dadurch erzielt die vorliegende Erfindung gleichzeitig eine
ziemlich verlässliche
Zündleistung
und einen wirksamen und stabilen Betrieb.
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12A und 12B zeigen
einen Aufbau eines bei einer elektrodenlosen Lampe angewendeten
Wellenleiters nach noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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Diese
Ausführungsform
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wellenleiter mit einem rechteckigen
Querschnitt über
die Seite "H" zu einer zylinderförmigen Form
aufgerollt ist. In diesem Fall besitzt der zylinderförmige zweite
Resonator gemeinschaftlich einen Teil der Seite "E" des
Wellenleiters, und sind der Wellenleiter und der zweite Resonator
durch den in gemeinschaftlichem Besitz stehenden Abschnitt, das
heißt,
durch die Kopplungsschlitze, die an der Seite "E" des
Wellenleiters eingerichtet sind, gekoppelt.
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Die
Kopplungsschlitze, die als Richtkopplungsaufbau tätig sind,
bestehen aus zwei Schlitzen, wobei der zweite Schlitz zum Zweck
der Verbesserung der Anpassungseigenschaften kürzer als der erste Schlitz
ist. Bei der vorliegenden Erfindung kann die gesamte Vorrichtung
auf Basis der Achse der Birne in den Außendurchmesser des Wellenleiters
fallen, was zur Gestaltung eines Lampenbirnensystems, das eine zylinderförmige äußere Erscheinung aufweist,
sehr vorteilhaft ist.
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Wie
bis jetzt beschrieben beeinflusst eine Veränderung der Last nach dem Kopplungsaufbau eines
Wellenleiters und einer Anlegungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung
den Generator für
elektromagnetische Wellen nicht, ohne dass teure Vorrichtungen wie
etwa eine Wellenleiter-Abstimmvorrichtung
oder ein Zirkulator erforderlich sind, so dass die Lebensdauer des
Generators für
elektromagnetische Wellen erhöht
ist und das System stets stabil tätig ist. Außerdem kann die Zeit, in der
das System zum Ersatz des Generators für elektromagnetische Wellen
außer
Betrieb steht, verringert werden.
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Zusätzlich muss
der Anpassungszustand des Systems nicht reguliert werden, um der
Veränderung
des Lastzustands zu folgen. Die Verwendung der Abstimmvorrichtung
ist von der Umbequemlichkeit begleitet, dass der Anpassungszustand
gemäß der Veränderung
des Lastzustands reguliert werden sollte, doch bei der vorliegenden
Erfindung kann eine Last von unterschiedlicher Art oder unterschiedlichen Eigenschaften
verwendet werden, ohne das System zu ändern.
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Da
der Anpassungszustand des Systems stets günstig aufrechterhalten wird,
wird die Lebensdauer des Generators für elektromagnetische Wellen wie
etwa eines Magnetrons verlängert,
und ist das System stabil tätig,
wodurch die Leistungsfähigkeit des
Systems bemerkenswert verbessert werden kann.
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Überdies
kann durch die Verwendung des Wellenleiters, der auch als ein Resonator
dient, über einen
weiten Bereich von Lastzuständen
ein stabiler Betriebszustand aufrechterhalten werden. Zum Beispiel
garantieren der Wellenleiter und der Resonator unter Bezugnahme
auf die elektrodenlose Lampe für den
Modus vor und nach der Zündung
der Birne die Zündung
und die Unterstützung
der stabilen Entladung, und kann die Erscheinung eines Systemversagens
während
des Umschaltens der Modi verhindert werden.
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Da
die Zündung
der Birne leicht ist, ist keine gesonderte Ausrüstung nötig, um bei der Zündung der
Birne zu helfen, weshalb die Herstellungskosten verringert werden
können.
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Darüber hinaus
wird die zurückgestrahlte Welle
durch das Koppeln des Wellenleiters und des Resonators unter Verwendung
der Kopplungsschlitze daran gehindert, zum Magnetron zurückzukehren, und
kann die Drehpolarisation in den Resonator angeregt werden. Demgemäß wird die
Gleichmäßigkeit der
Verteilung des elektromagnetischen Felds im Resonator verbessert,
so dass die Plasmaentladung in der Birne stabil aufrechterhalten
wird; und da die Notwendigkeit einer Drehung der Birne verringert
ist, kann ein Schaden an der Birne verhindert werden.