KR100608882B1 - 무전극 조명기기의 도파관 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명 무전극 조명기기의 도파관 시스템은 내부에 마이크로웨이브 전송통로가 형성되고 일측에 상기 전송통로에 안테나가 삽입될 수 있는 안테나삽입부가 형성되어 있으며 타측에는 공진기의 내부와 연통되어 상기 안테나에서 출력되는 마이크로웨이브 전력이 공진기의 내부로 공급되는 슬롯을 구비하는 박스체로 된 도파관 몸체와, 상기 안테나 삽입부로 삽입되는 안테나와 일정간격을 두고 도파관 몸체의 내부 바닥에 상측 즉, 슬롯을 향하도록 소정길이로 설치되어 마이크로웨이브를 정합시키는 동시에 공진주파수에 동조시키기 위한 제1 스터브와, 상기 제1 스터브와 일정간격을 두고 도파관 몸체의 내부 천장에 하측을 향하도록 소정길이로 설치되어 정확한 동조와 함께 대역폭 확장에 의해 임피던스 변동에 적응되도록 하기 위한 제2 스터브로 구성되며, 상기 제1 스터브와 제2 스터브는 단부에 수나사부가 각각 형성되고, 상기 수나사부와 결합되어 그 길이방향으로 상기 제1 스터브와 제2 스터브의 돌출길이를 조정할 수 있도록 상기 도파관 몸체 내면의 일측 및 타측에 음형진 암나사부가 각각 형성되어, 2개의 스터브 중 1개의 스터브를 이용하여 초기의 공진을 적절한 주파수에서 일어날 수 있도록 하고, 나머지 1개의 스터브를 이용하여 목표값에서 공진하도록 함으로써, Q값의 저하를 통한 대역폭을 적절히 확장시키는 것이 가능하여 공진의 안정성을 확보된다.

Description

무전극 조명기기의 도파관 시스템{WAVEGUIDE SYSTEM OF ELECTRODELESS LIGHTING DEVICE}

도 1은 본 발명에 따른 도파관 시스템을 가지는 무전극 조명기기의 구조를 보인 사시도.

도 2는 도 1의 종단면도.

도 3은 본 발명의 도파관을 확대하여 보인 부분단면도.

도 4는 S11의 주파수통과특성을 보인 그래프.

도 5는 본 발명에서 스터브의 길이조정에 따른 대역폭이 확장되는 상태를 보인 S11 주파수통과특성 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

102a : 안테나 103a : 전송통로

104 : 공진기 111 : 도파관 몸체

111a : 안테나 삽입부 111b : 슬롯

111c : 천장 111d,111f :암나사부

111e : 바닥 112 : 제1 스터브

112a,113a : 수나사부 113 : 제2 스터브

본 발명은 무전극 조명기기의 도파관 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마그네트론에서 발생되는 마이크로웨이브 전력을 공진기의 내부에 최대로 공급할 수 있는 무전극 조명기기의 도파관 시스템에 관한 것이다.

무전극 조명기기(ELECTRODELESS LIGHTING DEVICE)는 파워소스인 마그네트론의 안테나 프로브에서 발생되는 마이크로웨이브 전력을 도파관을 통하여 공진기에 전송시키고, 이것이 공진기의 내부에 설치된 무전극 전구에 인가되어 전구가 가시광선 또는 자외선을 발광하는 조명기기로서, 일반적으로 사용되는 백열등이나 형광등에 비하여 수명이 길고, 조명의 효과가 우수한 특징을 가지고 있다.

상기와 같이 마그네트론의 안테나 프로브에서 발생되는 마이크로웨이브 전력을 공진기에 최대로 공급시키기 위해서는 다음과 같은 조건이 만족되어야 한다.

첫 번째로, 마그네트론의 안테나와 도파관, 도파관과 공진기 간의 정합(MATCHING)이 잘 이루어져야 한다.

두 번째로, 마그네트론의 출력주파수에 동조(TUNING) 되어야 한다.

세 번째로, 마그네트론의 임피던스 변동에 적응(ADAPTATION)될 수 있도록 적절한 대역폭을 가져야 한다.

상기와 같은 점을 만족시키기 위해 종래의 일예로 임의의 프로브 임피던스에 항상 정합시키기 위해 도파관의 내부에 설치된 3개의 스터브 간격이 3λ_g/8로 고정된 3-스터브 튜너 시스템이 알려지고 있으나, 이는 도파관의 길이가 매우 길어지는 단점을 가지므로, 컴팩트한 시스템의 구현이 어려울 뿐만 아니라, 동조를 위한 경우의 수도 매우 많아지는 단점이 있었다.

다른 예로, 마그네트론의 안테나로부터 슬롯까지의 길이가 관내파장(λ_g)의 1/2보다 작은 경우에 유도성 스터브를 적용한 기술이 미국특허 5,977,712호에 소개되고 있으나, 상기 특허에서는 대역폭 조정이 어려운 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 2개의 스터브를 이용하여 유도성 또는 용량성 역할을 할 수 있도록 하여 공진대역폭을 조절할 수 있도록 함으로써 점등초기와 완전점등 이후의 공진주파수 변화에 대해 크게 영향을 받지 않는 공진 안정성이 확보될 수 있도록 하는데 적합한 무전극 조명기기의 도파관 시스템을 제공함에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여

무전극 조명기기의 도파관 시스템에 있어서,

내부에 마이크로웨이브 전송통로가 형성되고 일측에 상기 이동통로에 안테나가 삽입될 수 있도록 안테나삽입부가 형성되어 있으며 타측에는 공진기의 내부와 연통되어 상기 안테나에서 출력되는 마이크로웨이브 전력이 공진기의 내부로 공급되는 슬롯을 구비하는 박스체로된 도파관 몸체와,

상기 안테나 삽입부로 삽입되는 안테나와 일정간격을 두고 도파관 몸체의 내부 바닥에 상측을 향하도록 소정길이로 설치되어 마이크로웨이브를 정합시키는 동시에 공진주파수에 동조시키기 위한 제1 스터브와,

상기 제1 스터브와 일정간격을 두고 도파관 몸체의 내부 천장에 하측을 향하도록 소정길이로 설치되어 대역폭 확장에 의해 임피던스 변동에 적응되도록 하기 위한 제2 스터브로 구성되며,
상기 제1 스터브와 제2 스터브는 단부에 수나사부가 각각 형성되고, 상기 수나사부와 결합되어 그 길이방향으로 상기 제1 스터브와 제2 스터브의 돌출길이를 조정할 수 있도록 상기 도파관 몸체 내면의 일측 및 타측에 음형진 암나사부가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기의 도파관 시스템이 제공된다.

삭제

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명 무전극 조명기기의 도파관 시스템을 첨부된 도면의 실시 예를 참고하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 도파관 시스템을 가지는 무전극 조명기기의 구조를 보인 사시도이고, 도 2는 도 1의 종단면도이며, 도 3은 본 발명의 도파관을 확대하여 보인 부분단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 본 발명이 구비된 무전극 조명기기는 케이스(CASE)(101)의 내부에 마이크로웨이브(MICROWAVE)를 발생시키기 위한 마그네트론(MAGNETRON)(102)이 설치되어 있다.

그리고, 상기 마그네트론(102)의 상단부에는 마그네트론(102)에 발생되는 마이크로웨이브를 전송하기 위한 도파관(WAVEGUIDE)(103)의 일측이 결합되어 있고, 상기 케이스(101)의 외측에는 상기 도파관(103)을 통하여 전송된 마이크로웨이브를 공진시키기 위한 망체상의 공진기(RESONATOR)(104)가 결합되어 있다.

또한, 상기 공진기(104)의 내부에는 공진기(104)에서 공진이 되는 마이크로 웨이브에 의하여 발광이 되는 발광물질이 봉입되어 있는 구형상의 벌브(BULB)(105)가 설치되어 있고, 그 벌브(105)는 벌브축(105a)의 하단부에 모터축(106a)이 연결된 모터(106)에 의해 회전되어지도록 되어 있다.

그리고, 상기 케이스(101)의 외측에는 상기 공진기(104)을 감싸도록 반사갓(107)이 설치되어 벌브(105)에서 발광되는 빛이 공진기(104)를 통과한 후 반사갓(107)에서 반사되어지도록 되어 있다.

상기 도파관(103)은 도 3에 도시된 바와 같이, 마이크로웨이브 전송통로(103a)가 내부에 형성되어 있는 도파관 몸체(111)와, 그 도파관 몸체(111)의 내부 일측 바닥(111e)에 설치되어 마이크로웨이브의 정합과 아울러 공진주파수에 동조시키기 위한 제1 스터브(112)와, 그 제1 스터브(112)와 일정간격을 두고 도파관 몸체(111)의 내부 상측에 설치되어 정확한 동조와 주파수 대역폭을 조절하여 안테나 프로브의 임피던스 변동에 적응하도록 하는 제2 스터브(113)로 이루어져 있다.

상기 도파관 몸체(111)는 금속재질로된 직육면의 박스체로서, 하부 일측에는 상기 마그네트론(102)의 안테나(102a)가 삽입되는 안테나 삽입부(111a)가 형성되어 있고, 타측의 상부에는 상기 공진기(104)의 내부와 연통되게 형성되어 마이크로웨이브가 공진기(104)의 내부로 통과하는 슬롯(111b)이 형성되어 있다.

상기 제1 스터브(112)는 금속재질의 봉상으로 되어 있고, 상기 안테나(102a)와 일정간격을 두고 슬롯(111b)에 대향하여 설치되어있다. 이는 안테나(102a)의 근처에 설치되는 경우에 아크방전의 위험도 방지할 수 있다. 그리고, 상기 제1 스터브(112)의 하단부에는 수나사부(112a)가 형성되어 있고, 그 수나사부(112a)가 결합되는 도파관 몸체(111)의 내부 바닥(111e)에는 암나사부(111f)가 형성되어 나사식으로 결합되어 있어서 상측으로 돌출되는 길이를 상, 하 방향으로 조절하도록 되어 있다.

상기 제2 스터브(113)는 금속재질의 봉상으로, 상기 제1 스터브(112)와 일정간격을 두고 슬롯(111b)이 인접한 부위의 도파관 몸체(111)의 내부 천장(111c)에 설치되어 있다. 상기 제2 스터브(113)의 하단부에는 수나사부(113a)가 형성되어 있고 그에 대응되는 도파관 몸체(111)의 내부 천장(111c)에는 암나사부(111d)가 형성되어 있어서, 제2 스터브(113)를 나사식으로 결합후 상, 하 방향으로 돌출되는 길이를 조정할 수 있도록 되어 있다.

상기와 같이 구성되어 있는 본 발명의 구비된 무전극 조명기기는 고전압이 마그네트론(102)에 공급되면 마그네트론(102)에서는 인가되는 고전압에 의하여 마이크로웨이브를 생성시키게 되며, 그와 같이 발생된 마이크로웨이브는 도파관(103)을 통하여 전송되고, 슬롯(111b)을 통해 공진기(104)의 내부로 방사되고, 그 방사되는 전자파에 의하여 벌브(105)에 봉입된 발광물질을 방전시켜서 플라즈마에 의한 빛이 발생되어 지며, 그와 같이 발생되는 빛은 반사갓(107)에 의하여 반사되면서 전방으로 비춰지게 된다.

그리고, 상기와 같이 서로 대향하도록 도파관 몸체(111)의 내부에 설치된 제1 스터브(112)와 제2 스터브(113)는 직렬 LC( inductance 및 capacitance)의 등가회로로 간주된다.

즉, 상기 제1 스터브(112)는 도파관 몸체(111)의 내부 바닥(111e)에 설치되어 도파관 몸체(111)와 슬롯(111b)간의 임피던스를 정합시켜서 공진주파수에 동조시키는 역할을 하게 되는데, 제1 스터브(112)의 길이를 가변시키면 L과 C값이 변화하고, 슬롯 임피던스가 변화되어 도 4의 a)에서와 같이 공진주파수가 변화되어짐에 따라 정합시킬 수 있다.

그러나 마그네트론 안테나(102a)의 임피던스에 따라 도 4의 b)에서와 같이 동조범위의 한계를 가질 수 있으므로, 안테나(102a)와의 아크방전을 피하고, 임피던스 정합이 안정적으로 구현될 수 있도록 제1 스터브(112)에 대향하는 위치에 제2 스터브(113)가 설치되어 있다.

따라서, 상기 제1 스터브(112)와 제2 스터브(113)의 길이조합에 의해 임의의 안테나(102a) 프로브의 임피던스에 대해 항상 공진주파수에 공진될 수 있도록 한다(도 4의 c))

또한, 상기 제1 스터브(112)와 제2 스터브(113)가 서로 대향하도록 설치됨에 따라 기기를 컴팩트화 하는데 매우 효율적이고, 제1 스터브(112)가 도파관 몸체(111)의 단락면 근처에 위치하므로 단락면에서의 반사파 영향도 동시에 고려하여 동조시킬 수 있는 장점이 있으며, 스터브(112)(113)들의 길이 및 스터브(112)(113)들간의 간격을 적절히 조정하여 정확한 동조와 함께 도 4의 c)에서와 같이 Q(Quality Factor)값도 변화되어 대역폭이 조절될 수 있는 잇점을 가진다. (Q값은 대역폭에 반비례하는 관계가 있다)

부연하여 설명하면,

무전극 조명기기는 도파관(103)과 공진기(104)가 결합되어 있으므로, 마그네트론(102) 프로브의 임피던스 변동이 발생하여 공진주파수가 목표값에 부합되지 않더라도 반드시 임의 주파수에서 공진이 일어난다. 따라서 서로 대향하는 2개의 스터브(112)(113)를 사용하여 컴팩트화된 무전극 조명기기에서 초기 공진주파수의 시프트(SHIFT)를 구현할 수 있다. 그러므로 2개의 스터브(112)(113)중 1개, 즉 제1 스터브(112)를 사용하여 초기공진을 적절한 주파수에서 일어날 수 있도록 하고, 나머지 1개의 스터브 즉 제2 스터브(113)를 이용하여 마그네트론(102)에서 인가되는 주파수에 정확히 공진되도록 하면 Q값의 저하를 통한 대역폭을 적절히 확장시킬 수 있는 효과도 가지므로 공진의 안정성을 향상시킬 수 있다.

도 5는 본 발명에서 스터브의 길이조정에 따른 대역폭이 확장되는 상태를 보인 S11 주파수통과특성 그래프로서, f는 가변주파수이고 f₀는 공진주파수로서, f/f₀ =1 일 때 공진주파수에 정확히 공진된다. a)는 스터브들의 임의 길이들에서 샤프한 그래프 (높은 Q)가 보이는 원하는 공진주파수가 아닌 주파수에서 공진이 일어날 경우, 제1 스터브(112)의 길이는 고정시키고 제2 스터브(113)의 길이를 가변시켜 정확한 공진이 일어날 수 있음을 보인 그림이다. 제2 스터브 길이를 감소시키므로서 정확한 공진과 함께 대역폭이 확장됨을 알 수 있다. 대역폭이 너무 확장되면 반사계수(S11)가 높아져서 파워를 최대로 공급하는 것이 어려워 질 수 있다.

반면, b)에서와 같이 제1 스터브(112)의 길이를 조금 길게 하여 초기 공진주파수를 오른쪽으로 조금 시프트(SHIFT) 시킨 상태에서 제2 스터브(113)의 길이를 감소시키면 정확한 공진과 함께 대역폭이 a)에서 보다 감소시킬 수 있어, 반사계수(S11)가 떨어져서 공급 파워를 증가시킬 수 있다. 즉, 2개의 스터브(112)(113)를 사용하여 정확한 공진뿐 만 아니라, 대역폭과 반사특성을 조절하여 주파수 안정성 및 공급 파워의 효율을 증가시킨다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명 무전극 조명기기의 도파관 시스템은 도파관 몸체의 내부에 일정간격을 두고 서로 대향하는 2개의 스터브를 설치하여, 2개의 스터브 중 1개의 스터브를 이용하여 초기의 공진을 적절한 주파수에서 일어날 수 있도록 하고, 나머지 1개의 스터브를 이용하여 목표값에서 공진하도록 함과 동시에, Q값의 조절을 통해 대역폭을 적절히 조절할 수 있으므로 공진의 안정성이 향상되는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 무전극 조명기기의 도파관 시스템에 있어서,

   내부에 마이크로웨이브 전송통로가 형성되고 일측에 상기 전송통로에 안테나가 삽입될수 있도록 안테나삽입부가 형성되어 있으며 타측에는 공진기의 내부와 연통되어 상기 안테나에서 출력되는 마이크로웨이브 전력이 공진기의 내부로 공급되는 슬롯을 구비하는 박스체로된 도파관 몸체와,

   상기 안테나 삽입부로 삽입되는 안테나와 일정간격을 두고 도파관 몸체의 내부 바닥에 상측을 향하도록 소정길이로 설치되어 마이크로웨이브를 정합시키는 동시에 공진주파수에 동조시키기 위한 제1 스터브와,

   상기 제1 스터브와 일정간격을 두고 도파관 몸체의 내부 천장에 하측을 향하도록 소정길이로 설치되어 정확한 동조와 함께 대역폭 확장에 의해 임피던스 변동에 적응되도록 하기 위한 제2 스터브로 구성되며,

   상기 제1 스터브와 제2 스터브는 단부에 수나사부가 각각 형성되고, 상기 수나사부와 결합되어 그 길이방향으로 상기 제1 스터브와 제2 스터브의 돌출길이를 조정할 수 있도록 상기 도파관 몸체 내면의 일측 및 타측에 음형진 암나사부가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기의 도파관 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 스터브와 제2 스터브는 아크방전이 일어나지 않도록 안테나에서 일정거리 떨어진 위치에 설치된 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기의 도파관 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 제1 스터브와 제2 스터브는 서로 대향되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 무전극 조명기기의 도파관 시스템.

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