KR20150123886A

KR20150123886A - 황전등

Info

Publication number: KR20150123886A
Application number: KR1020157026562A
Authority: KR
Inventors: 박수용
Original assignee: 박수용
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2014-03-03
Publication date: 2015-11-04
Also published as: US20150371842A1; WO2014134596A2; CN108807136A; EP2962529A4; CN105075393A; KR102247876B1; RU2015131476A; EP2962529A2; JP2016517132A; CN105075393B; WO2014134596A3

Abstract

마이크로파 누설이 적은 황전등은 복수의 전기 전도성 스트립으로 구성되는 구조체를 포함한다. 전등 케이지는 서로 분리가능하게 결합되며 반부품을 조립함으로써 형성되는 결합부에 평행한 벽 전류를 유도하는 모드에서 마그네트론에 의해 발생되는 마이크로파 주파수에서 공진하도록 구성되는 반부품으로 형성된다.

Description

황전등{SULFUR LAMP}

본 발명은 조명장치, 특히 전등에 관한 것이다.

본 출원은 2013년 3월 1일에 출원된 미국 가출원 제 61/771,549호 "마이크로파 누설이 적은 황전등 케이지(Sulfur lamp cage having a low microwave leakage)", 2013년 3월 1일에 출원된 미국 가출원 제 61/771/569호 "일체형 분할 황전등 (Split type unibody sulfur lamp)", 2013년 3월 1일에 출원된 미국 가출원 제 61/771/576호 "황전등용 연결장치 (Couplers for sulfur lamp)", 2013년 3월 13일에 출원된 미국 가출원 제 61/779/097호 "황전등용 연결장치 (Couplers for sulfur lamp)", 및 2013년 3월 1일에 출원된 미국 가출원 제 61/771/584호 "가로등용 황전등 (Sulfur lamp for street lighting)"에 기초한 우선권을 주장한다.

본 출원은 본 발명자에 의해 동일자로 출원된 국제특허출원 "마그네트론(Magnetron)"에 연계되어 있다.

때로는 마이크로파는 차단하고 가시광선을 통과시켜야 하는 경우가 있다. 이 중 한 예로 전자레인지의 유리창을 들 수 있는데, 사용자는 이를 통해 전자레인지에서 발생되는 마이크로파에 영향을 받지 않으면서도 조리되고 있는 음식을 볼 수가 있다. 또 다른 예로는 황전등이 있는데, 이는 마이크로파에 의해 전원을 공급받는 무전극 전등의 일종으로서, 이 경우는 전등의 주변으로 마이크로파를 누설시키지 않으면서도 가시광선을 비추는 것이 바람직하다.

황전등의 경우, 보통 용융석영으로 만들어져 골프공만한 크기를 갖는 소형전구가 저압 아르곤 분위기에서 소량의 황을 포함하고 있다. 이 전등은 주로 마그네트론에 의해 발생되는 마이크로파 에너지에 의해 구동된다. 이러한 마이크로파는 아르곤 방전을 유도한 후 황 플라즈마를 생성한다. 이러한 황 플라즈마는 태양광과 매우 유사한 가시 스펙트럼으로 빛을 방출한다.

상기 전구는 공동부를 갖는 케이지 구조체에 배치되고 상기 공동부에는 마이크로파가 입사되어 상기 전구에 가해진다. 케이지는 마이크로파를 한정하는 전기 전도성 물질로 형성된다. 상기 케이지의 벽은 두 가지 상반되는 기능을 하는데, 하나는 마이크로파를 케이지 내부에 한정시키는 것이고 다른 하나는 전등에서 발생된 가시광선이 케이지를 투과하도록 하는 것이다. 케이지에 결함이 있게 되면 많은 양의 마이크로파가 누설됨과 동시에 가시광선의 투과율이 낮아진다. 마이크로파의 누설을 최소화하는 것이 중요한데, 왜냐하면 소량의 마이크로파가 누설되도라도 컴퓨터, 통신수단, 센서, 및 기타 민감한 전자기기에 악영향을 미칠 수 있고 또한 가까이에 있는 사람에게도 악영향을 미칠 수 있기 때문이다. 따라서, 마이크로파의 누설은 많은 국가에서 엄격히 규제하고 있다.

종래에는 상기 케이를 주로 많은 소형 홀이 있는 얇은 금속 망으로 만들었다. 상기 홀은 마이크로파가 케이지에서 빠져나가는 것을 방지할 수 있을 정도록 충분히 작아야 하는 반면 이를 통과하는 가시광선에 대해 허용가능한 투과율을 제공할 정도로 충분히 많아야 한다. 케이지 설계에 있어서의 제한사항에는 그물부재(mesh material) 재료의 강도, 제조의 난이도, 및 제품의 가격이 포함된다. 또한 상기 케이지는 램프의 작동수명 동안 높은 온도에 노출되고, 이는 곧 망의 노화 및 약화를 초래하게 된다. 이러한 제한사항들로 인해 종래의 대부분의 케이지는 황전등에 사용하기 위한 물리적 성질 및 마이크로파 차단 면에서 만족스럽지 못했다.

도 1a에 종래의 망형(mesh type) 케이지의 한 예를 도시하고 있다. 이 케이지는 육각형 그물눈(110)을 갖는 원통(100)으로 형성되고, 원통(100)의 단부는 동일한 그물눈을 갖는 원판(120)으로 덮여 있다. 케이지는 도파관 포트와 같은 마이크로파 발생기 및, 마이크로파의 에너지를 이용하여 빛을 발생시키는 황전등과 같은 가시광선 발생기를 수용한다. 이러한 타입의 경우에는 약 86%의 가시광선 투과효율(transmission efficiency)을 보인다. 예를 들어 도파관 시험 베드를 사용하는 경우 마이크로파 차단효과는 도 1b에 도시한 바와 같이 결정될 수 있다. 도 1b에서, 소정량의 마이크로파 에너지(130)가 도파관(140)으로 방사된다. 이 마이크로파는 그물부재의 그리드를 통과하고, 이 그물부재는 마이크로파의 일부를 차단한다. 차단되지 않은 나머지 마이크로파는 도파관의 나머지 부분을 통과하여 타단부(160)에서 방출된다. 이렇게 방출된 마이크로파의 에너지는 이후 여러 파라미터의 변화에 따라 측정될 수 있다. 예를 들어, 그리드의 차단능력에 대한 파장의 효과를 결정하기 위해 마이크로파의 주파수를 변경함으로써 마이크로파의 파장을 변화시킬 수 있다. 그 결과가 도 1c에 도시되어 있는데, 이는 마이크로파 에너지의 누설이 증가할수록 마이크로파의 주파수가 증가함을 보이고 있다. 예를 들어 도 1a에 도시한 케이지와 같이 그물부재로 만들어진 케이지에서도 동일한 결과를 보일 것이다. 특히, 도 1c에 도시한 바와 같이, 도 1a의 케이지에 이용되고 도 1b에서와 같은 실험을 거친 망에 따르면, 2.45GHz의 마이크로파 주파수에서 약 -36.0dB의 누설을 보이는 걸로 나타났다. 이러한 수준의 누설은 조명기구를 포함한 여러 가지 용도로는 너무 높은 것이다. 따라서, 이러한 망을 포함하는 제품에는 마이크로파의 누설을 더 감소시키기 위해 추가적인 수단을 이용하는 경우가 많다.

종래의 황전등 장치에는 마이크로파를 누설시키는 요인이 여러 가지 있다. 도 10은 종래 황전등 장치의 분해도이다. 마이크로파 공동부를 형성하는 케이지(A)는 얇은 망으로 형성되어 있어 차단효과가 매우 낮다. EMI를 줄이기 위해 상기 전등은 여분의 마이크로파 흡수 코팅을 갖는 외측 케이스 및 마이크로파 차단 개스킷 내에 밀봉될 수 있다. 상기 케이지는 밴드형 클램프(B)에 의해 베이스에 결합된다. 이러한 결합형태로 인한 케이지와 베이스 사이의 전기 접촉저항이 마이크로파 누설을 발생시킬 수 있는데, 이는 이러한 결합부의 전기적 저항을 제거하기 위해 상기 밴드에 충분한 압력을 가하는 것이 어렵기 때문이다. 이와 같은 불충분한 압력으로 인해, 케이지 내에 유도된 전류의 교차점을 통과하는 방해 유동에 의한 마이크로파 누설을 유발하는 접촉부가 발생된다. 또한 도시한 바와 같이 전등 케이지와 마그네트론을 연결하는 도파관은 평행한 직각 육면체 형상으로 두 개의 부재로 형성되는데, 이중 하나는 두 개의 측벽을 갖는 바닥을 형성하고 나머지 하나는 상면을 형성한다. 상면은 기본적으로 금속판으로서 보통 상기 바닥부재의 측벽에 볼트로 결합되어 상당히 큰 전기 접촉저항이 발생되는 또 다른 결합부를 형성한다. 따라서, 이를 통과하는 마이크로파 에너지에 의해 도파관에 유도되는 벽 전류(wall current)가 상기 결합부를 통과할 때 마이크로파가 더 누설된다. 유연한 도전성 개스킷 및 전기 전도성 접착제를 이용한다 하더라도 실질적으로 모든 마이크로파 누설을 감소시킬 정도로 충분히 상기 접촉저항을 감소시키는 것은 어렵다.

상기 마그네트론은, 전자레인지에 주로 이용되는 형태와 유사하게, 가요성 금속 개스킷(C)과 함께 도파관에 결합되고, 그 내부에는 홀(D)을 통해 마그네트론 안테나가 연장된다. 이 개스킷 또한 상당한 마이크로파 유출을 유발하는 결합부를 형성한다. 비록 이러한 형태의 결합부가 보통 마이크로파를 이용한 단시간의 가정에서의 요리에 이용될 수는 있지만, 가로등과 같은 조명설비용 조립체에 이용가능하도록 마이크로파 누설을 감소시킬 정도로 충분히 접촉저항을 감소시키는 것은 어렵다. 또한, E에서 마그네트론의 음극으로 이어지는 고전압 리드도 마이크로파 누설의 원인을 제공한다. 종래에는 이러한 누설 중 일부를 차단하기 위해 필터회로를 주로 이용하였고 그 전체가 차단박스(F) 내에 수용된다. 그러나, 상기 박스는 일반적으로 압력부품에 의해 마그네트론에 결합되는데, 상기 압력부품 또한 상당한 마이크로파 누설의 원인이 된다.

이와 같은 문제점 붕 일부를 감소시키기 위해, 종래에는, 금속 차단박스 내에 마그네트론 패키지를 배치시킬 수 있고 이러한 박스는 상기한 바와 유사한 방식으로 다시 한 번 밀봉되기 때문에, 결과적으로 이 또한 상당한 마이크로파 누설을 발생시킨다.

따라서, 일반적으로, 황전등은 마이크로파 전력으로 구동되는 무전극 전등이다. 마이크로파 전력은 마그네트론에 의해 발생되며, 전등 케이지에 의해 형성되어 석영으로 만들어진 황전구를 수용하는 전등 공동부에 연결된다. 커플러는 마그네크론과 전등 공동부의 임피던스를 매칭시키는 데 중요한 역할을 한다. 커플러가 적절히 매치되지 않은 경우, 전등의 성능이 저하될 뿐만 아니라 마그네트론의 안정적인 작동에도 영향을 미친다.

또한, 전등 공동부의 임피던스는 전등이 최초 점등될 때와 최고 출력으로 작동할 때의 사이에서 상당량 변하게 된다. 전등이 점등되기 전에는 전구 내에 플라즈마가 존재하지 않고 상기 전등의 임피던스는 매우 낮은 저항 성분을 갖는다. 전등이 완전히 켜지게 되면, 전구 내의 황은 플라즈마 상태가 되어 큰 저항 성분을 갖게 되고, 따라서 커플러는 최선은 임피던스 매칭을 제공해야 한다. 따라서, 커플러는 점등시와 완전히 점등된 상태 사이에서 매우 큰 임피던스 비매칭을 발생시킬 수밖에 없다. 그렇다 하더라도, 커플러는 전구에서 방전을 유도하기 위해 점등시에 충분히 강한 전기장을 형성하도록 구성되어야 한다. 이와 같은 비매칭 부하상태에서도 마그네트론을 안정적으로 작동시키는 것 또한 중요한데, 이는 마그네트론인 이와 같은 부하 임피던스의 변화에 상당히 민감하기 때문이다.

기존의 황전등에는 주된 연결기구로서 전기 이극 구성요소를 이용하여 결합 홀이 형성된다. 결합홀은 상기한 바와 같이 요구되는 결합을 위해 다소 복잡한 형상으로 형성된다. 그러나, 이러한 커플러는 상당히 큰 결합손실을 보이는데, 왜냐하면 전구가 아닌 커플러에 강한 장(field)이 집중되기 때문이다.

이와 같이 종래의 결합홀을 복잡한 형상으로 하는 이유는 종래에 전등 공동부에 이용되는 TE111 모드를 매치시키기 위한 것이다. 이러한 모드는 이중 축퇴모드(doubly degenerate mode)라고 하며, 상기한 바와 같이 황전등용으로서는 최선의 모드는 아니다. 축퇴모드는 동일한 공진주파수에서 이용이 가능한 두 개의 다른 전계패턴을 갖는 공진모드이다. 따라서, 안정적인 매칭이 어렵다. 또한, 종래의 커플러는 가로등과 같은 주요 장치에 이용되는 부품에 맞추기에는 일반적으로 너무 크다.

종래에는 경기장, 창고, 가로등 등 조명을 함에 있어 필요한 각각의 특성을 많은 장치를 통해 강한 조명을 제공하고, 또한 이러한 요구를 충족시키는 조명을 수행한다. 예를 들어, 조명은 보통 도로 또는 보도를 따라 그 위쪽에 설치되는 조명기기이다. 가로등은 보통 매일 밤 특정 시간에 켜지며, 이러한 가로등에는 해질 무렵에는 켜지고 새벽녘에는 꺼지도록 광전지가 포함된다. 종래의 조명에는 일반적으로, 고압 나트륨 램프 또는 금속 할로겐 램프와 같은 고강도 방전 램프가 이용된다. 이러한 램프는 약 75--150 lumens/watt의 발광효율, 약 10,000-20,000 시간의 공칭수명, 및 태양광에 비해 램프에서 방출되는 색의 현시(appearance)를 왜곡하는 연색성 (분광 연속성(spectrum continuit)의 척도) 및 색온도(즉, 검은 물체가 소정의 온도까지 가열되었을 때 발생시키는 빛의 색)을 갖는다. 태양의 연속 스펙트럼의 빛을 발생시키는데 이는 유효온도가 약 5,780K인 검은 물체에 의해 발생되는 빛과 매우 유사하다.

기존의 조명기구에 설치가 가능하고 이러한 기구를 실질적으로 변경시키지 않으면서도 유사한 분포패턴을 형성할 수 있는 다양한 조명설비에 적합한 조명장치를 제공하는 것이 바람직하고, 이러한 조명장치는 적어도 종래의 전등과 유사한 수준의 발광효율을 갖고, 유지보수가 거의 또는 전혀 필요없이 더 긴 공칭수명을 가지며, 또한 새롭고 심각한 문제를 일으키지 않고 태양광과 더욱 비슷한 연색성 및 색온도를 제공한다.

마그네트론에 의해 구동되는 황전등은 실제로 소정의 발광효율 및 색특성을 갖는 빛을 제공한다. 그러나 종래의 황전등 장치는 특정 설비의 특정 전등용의 기존의 많은 조명기구에 설치하기에는 그 부피가 너무 크고 또한 이 장치가 결합되는 마그네트론보다 공칭수명이 짧은 황전구를 구비하기 때문에, 장치 전체를 해체하는 유지보수가 필요하며, 또한 상당량의 마이크로파를 불필요하게 누설시킨다.

본 발명은 복수의 전기전도성 스트립으로 구성되는 구조를 포함하는, 마이크로파 누설이 적은 황전등을 제공한다. 전등 케이지는 분리가 가능하도록 결합되는 반쪽 부품들로 이루어지고, 이러한 반쪽 부품들을 결합함으로써 형성되는 결합부에 평행한 벽 전류를 유도하는 모드에서 마그네트론에 의해 발생되는 마이크로파 주파수에서 공진하도록 구성된다.

상기 일반적인 기술내용과 하기의 상세한 설명은 예시적인 설명을 위한 것이며 청구범위에서 기재하는 바와 같은 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위한 것이다.

본 발명에 따르면 유지보수가 간단하고, 마이크로파 누설이 적으며, 부피가 적은 황전등이 제공된다.

첨부된 도면은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 명세서의 상세한 설명에 통합되어 이를 구성한다. 이러한 도면은 상세한 설명과 함께 개시된 실시예 및/또는 관점을 설명하고 본 발명의 원리를 설명하며, 본 발명의 범위는 청구범위에 의해 결정된다.
도 1a는 많은 작은 홀을 갖는 얇은 금속 시트의 형태로, 망을 이용하여 형성된 케이지를 도시한다.
도 1b는 도 1a의 망을 통한 마이크로파의 누설을 결정하는 도파관 모델을 도시한다.
도 1c는 마이크로파 주파수의 함수로서, 도 1a의 망에 의한 마이크로파 투과 감쇄를 도시한 그래프이다.
도 2a는 TM010 모드에서 원통형 케이지에 대한 벽 전류의 흐름을 도시한다.
도 2b는 TE101 모드에서 직육면체형 케이지에 대한 벽 전류의 흐름을 도시한다.
도 3은 TE101 모드에서 원통형 케이지 및 직각 케이지와 함께 사용되는 루버(louver) 구조를 도시한다.
도 4a는 도 3B의 루버 구조체를 통한 마이크로파의 누설을 결정하는 도파관 모델을 도시한다.
도 4b는 도 3a의 루버의 깊이에 대한 함수인 마이크로파 누설율을 도시한 그래프이다.
도 4c는 갭 파라미터에 대한 함수인 광투과율(light transmission rate) 및 누설율을 도시한다.
도 5는 구조적 안정성을 향상시키기 위해 도 3a의 루버 구조체에 추가되는 환형 리브 구조체를 도시한다.
도 6은 도 5의 구조체의 상부를 대체하는 방사형 루버를 도시한다.
도 7a는 고체 금속 상면 및 하면 벽과 결합되고 두 개의 부재로 형성되는 도 3a의 루버 구조체를 포함하는 하이브리드 벽을 구비하는 케이지의 실시예를 도시하고, 여기서 마이크로파 커플링 홀이 상기 고체 벽 중 하나에 포함될 수 있다.
도 7b는 두 개의 부재로 이루어지고 고체 금속 상면 및 하면 벽과 결합되는 도 3b의 루버 구조체를 포함하는 하이브리드 벽을 구비하는 케이지의 실시예를 도시하고, 여기서 상기 상면 및 하면 벽 중 하나는 마이크로파 커플링 홀을 구비한다.
도 8a는 깊은 허니콤 구조를 갖는 벽을 구비한 케이지를 도시한다.
도 8b는 도 8a의 케이지내에 허니콤 구조를 형성하는 것을 도시하고 있고, 여기서 허니콤은 예를 들어 납땜, 브레이징, 또는 용접을 통해 낮은 전기 저항성을 갖는 결합부를 제공하는 방식으로 서로 접혀져 결합되는 많은 편평한 스트립으로 구성될 수 있다.
도 8c는 도 8b에 도시한 바와 같이 형성되어 도 8a의 허니콤 구조의 누설율을 결정하는 도파관 모델을 도시하고 있다.
도 8d는 도 8a의 허니콤 구조의 깊이의 함수로서 마이크로파 누설율을 도시하는 그래프이다.
도 9a는 전자레인지에서 이용되는 마이크로파 차단 허니콤 구조를 갖는, 직사각형 패널형 창을 도시하고 있다.
도 9b는 마이크로파 차단 허니콤 구조를 갖는 원형 패널형 창을 도시하고 있다.
도 10은 작동시 상당량의 마이크로파 누설을 발생시키는 종래의 황전등 장치의 분해도이다.
도 11a, 11b, 및 11c는 도 2a 및 2b의 조립체(A)와 조립체(B)에서 상기 도면에 도시된 전류의 흐름의 장점을 갖는 분할형 마이크로파 수용 구조의 예를 도시하고 있다. 도 11a는 마그네트론에서 황전등으로 마이크로파 에너지를 수송하는 안테나형 커플러를 포함하는 장치의 분해도이다. 도 11b는 완전히 조립된 도 11a의 구성요소를 도시한다. 도 11c는 마그네트론에서 황전등으로 마이크로파 에너지를 수송하는 도파관형 커플러를 이용한 다른 장치의 분해도이다.
도 12는 작동시 상당량의 마이크로파 누설을 발생시키는 종래의 황전등 장치의 분해도이다.
도 13a는 매칭 포스트를 구비한 E-커플러를 갖는 황전등 장치를 도시한다.
도 13b는 방전 전 및 후의, 도 13A의 커플러를 이용한 매칭 특성을 도시한다.
도 13d는 방전 전 및 후의, 도 13A의 커플러를 이용한 전계분포를 도시한다.
도 13d는 방전 전 및 후의, 도 13A의 커플러를 이용한 전구 중심에서의 전계강도를 도시한다.
도 14a는 매칭 포스트를 구비한 포스트 커플러를 갖는 황전등 장치를 도시한다.
도 14b는 방전 전 및 후의, 도 14a의 커플러를 이용한 매칭 특성을 도시한다.
도 14c는 방전 전 및 후의, 도 14a의 커플러를 이용한 전계분포를 도시한다.
도 14d는 방전 전 및 후의, 도 14a의 커플러를 이용한 전구 중심에서의 전계강도를 도시한다.
도 15a는 H-커플러를 구비한 황전등 장치를 도시한다.
도 15b는 방전 전 및 후의, 도 15a의 커플러를 이용한 매칭 특성을 도시한다.
도 15c는 방전 전 및 후의, 도 15a의 커플러를 이용한 전계분포를 도시한다.
도 15d는 방전 전 및 후의, 도 15a의 커플러를 이용한 전구 중심에서의 전계강도를 도시한다.
도 16a는 가로등에 적합하고, 가로등 조명기구에 맞는 크기를 가지며, 종래의 가로등과 유사한 광분포 패턴을 생성하는 황전등 장치의 실시예를 도시한다.
도 16b는 도 16a의 장치의 분해도이다.
도 16c는 도 16의 장치의 단면도이다.
도 16d는 두 개의 실시예를 위한 전구 중심에서 포인트 소스에 대한 비정전 광의 선을 도시한다.
도 17은 원통형 루버형 케이지를 갖는 실시예를 도시한다.
도 18은 챔퍼링된 루버형 케이지를 갖는 실시예를 도시한다.
도 19는 타원형 루버형 케이지를 갖는 실시예를 도시한다.
도 20a는 세라믹 수용부에 수용되는 긴 안테나를 갖는 마그네트론을 도시한다.
도 20b 및 20c는 각각 조립도 및 분해도로서 좁은 자기 플럭스-리턴 회로를 도시한다.
도 20d 및 20e는 각각 조립도 및 분해도로서 좁은 전도성 냉각 블록을 도시한다.

여기에 제공된 도면 및 설명은 본 발명이 명확히 이해되도록 관련된 구성요소를 설명하기 위해 단순화하고, 또한 명확성을 위해 종래의 일반적인 시스템 및 방법의 기타 구성요소들을 제거했을 수도 있다. 당업자는 기타 구성요소 및/또는 단계가 여기서 언급하는 장치, 시스템, 및 방법을 구현하는 데에 바람직하고 및/또는 필수적이라는 것을 알 수 있을 것이다. 그러나 이러한 구성요소 및 단계는 종래에 잘 알려져 있기 때문에, 그리고 본 발명의 이해를 더 용이하게 하지는 않기 때문에, 이들을 여기서는 설명하지 않을 수도 있다. 본 발명은 이와 같은 구성요소, 변경, 및 관련 분야의 당업자에게 알려져 있을 수 있는 공지의 구성요소 및 방법에 대한 변형을 모두 포함한다.

루버형 구조

전기전도성 벽을 포함하는 케이지 내의 마이크로파는 특정 전자기장의 분포를 갖고, 공진주파수에 있는 경우를 공진모드라 한다. 이러한 공진모드는 이 모드에 특정되도록 분포되는 벽 전류 유동을 수반한다. 마이크로파를 케이지 내부에 한정시키기 위해서 벽은 금속과 같이 전기전도성이 좋은 물질을 포함해야 한다. 상기 벽에 전기저항이 높은 갭, 홀, 또는 결합부가 있는 경우에는, 마이크로파가 차단 또는 감쇄된다 하더라도 마이크로파 에너지가 이 과정에서 상기 갭, 홀, 또는 결합부를 통해 누설될 수 있다.

그러나, 황전등과 같은 전등의 경우에는, 광원을 포함하는 케이지는 가시광선을 통과시키기 위해 갭 또는 홀과 같은 비차단 영역이 필요하다. 마이크로파는 차단하고 가시광선은 통과시키는 데에 루버형 케이지 벽을 이용할 수 있다. 공동부 형상, 공진모드, 및 루버 배열을 적절히 선택함으로써 이러한 케이지는 적은 양의 마이크로파를 누설시키고 많은 양의 가시광선을 투과시킨다.

도 2A에 도시한 원통형 구조로 형성되는, 특히 유용한 공진모드는 소위 TM010 모드이다. 이러한 구조를 갖는 구성요소의 치수는 소정의 마이크로파 주파수에서 TM010 모드만 구현되도록 선택될 수 있다. 이러한 모드에서, 마이크로파에 의해 유도되어 측벽을 따라 흐르는 전류는 상기 원통의 중심축에 모두 평행하다. 직육면체형 구성요소에 의해 형성되는 직각 공동부는, 유사하게, 도 2B에 도시한 바와 같이 구성요소의 상부에서 바닥에 이르는 중심축에 평행한 유도 벽 전류를 포함하여 TM010 모드의 특정 특성을 공유하는 소정의 마이크로파 주파수에서 TE101 모드라 불리는 공진모드가 구현되도록 구성될 수 있다. 따라서, 이와 같이 두 개의 다른 케이지 형상은 유사한 벽 전류 유동을 형성하는 유사한 모드를 갖게 된다.

상기 모드에 있어서, 얇은 전도성 스트립을 포함하는 루버형 측벽을 갖는 케이지는 상기 스트립이 유도 벽 전류에 평행하도록 구성될 수 있고, 이때 표면은 도 3A 및 3B에 도시한 바와 같이 상기 벽에 의해 형성되는 공동부 내에 위치한 광원에서 방출되는 가시광선과 평행하게 배치된다. 이와 같이, 루버는, 전류의 유동을 따라 정렬되며 상기 벽을 통과하는 가시광선에 최소한의 그림자를 비추도록 배열되는 복수의 얇은 전기전도성 스트립(310)을 포함한다. 상기 스트립의 상부 및 하부는 공동부의 상부 및 하부를 형성하는 전기전도성 커버(320, 330)에 연결되는 것이 바람직하다. 적절히 설계된 케이지가 가시광선 발생기와 마이크로파 발생기를 모두 포함하는 경우, 상기 루버 구조체는 가시광선은 투과시키는 반면 마이크로파의 누설은 타탕한 제한범위 내에서 안전한 수준으로 억제한다.

상기 루버 구조체의 설계시, 루버 스트립은 가능한 얇으면서도 특정 설비를 위한 기계적 강도는 유지하도록, 그리고 제조가 용이하고 품질의 저하가 없도록 형성하는 것이 바람직하다.

루버 구조체의 마이크로파 누설 억제력은 적어도 루버의 유효깊이에 의해 부분적으로 결정되며, 상기 유효깊이는 상기 루버 구조체를 구성하는 스트립의 폭에 의해 결정된다. 마이크로파는 인접한 루버 스트립 사이의 갭에서 상기 스트립의 폭 및 이들 사이의 갭의 크기에 관련된 수준으로 기하급수적으로 감쇄된다. 그러나, 가시광선의 투과는 스트립의 폭 또는 이들 사이의 갭의 크기에는 본질적으로 영향을 받지 않고, 다만 그림자를 만드는 스트립의 두께 및 방향에만 영향을 받는다. 따라서, 루버 스트립의 두께, 방향, 및 폭, 그리고 갭의 크기를 적절히 선택함으로써 광을 잘 투과시키면서도 마이크로파 누설을 효과적으로 억제할 수 있다.

도 4A에 도시한 도파관 모델과 같은 도파관 모델을 이용하여 마이크로파 누설율을 산정할 수 있다. 이 도면에서, 소정량의 마이크로파 에너지(410)가 도파관(420)으로 방사된다. 마이크로파는 그 중 일부를 차단하는 루버 부재(430)를 통과한다. 차단되지 않는 나머지 마이크로파는 도파관의 나머지 부분을 통과하여 다탄부(440)에서 방출된다. 이루 다양한 파라미터가 변경됨에 따라 방출된 마이크로파의 에너지를 측정할 수 있다. 이후, 특정 치수를 갖는 스트립으로 구성되는 루버로부터 누설되는 마이크로파를 산정할 수 있다. 예를 들어 도 4B에 도시한 바와 같이, 약 2.45GHz의 일정한 마이크로파 주파수, 일정한 스트립간의 갭, 및 일정한 스트립의 두께에서, 누설율은 루버의 깊이에 따라 변한하는 것을 알 수 있다. 기타 파라미터도 이와 유사하게 변할 수 있으며 최종 마이크로파 누설이 측정된다. 실시예에서, 두께가 0.5mm 내지 3.0mm, 바람직하게는 약 0.1mm 이고, 이들 사이의 갭(g)은 1.0mm 내지 3.0mm, 바람직하게는 약 2.0mm 이며, 깊이는 약 1.0mm 내지 10.0mm, 바람직하게는 약 8.0mm이며, 두께가 약 8.0mm 인 벽을 형성하는 복수의 일정한 스트립을 이용함으로써, 가시광선을 효과적으로 투과시키고 2.45GHz의 마이크로파를 효과적으로 차단하는 루버를 구현할 수 있다. 도 4B에서 볼 수 있는 바와 같이, 약 -36dB에서 작은 원형 데이터 포인트로 표시한 도 1A의 기존 망 구조보다 낮은 많은 크기에 따라 깊이(d)만을 조정함으로써, 상기 루버 구조체를 이용하여 공동부에서 누설되는 마이크로파를 감소시킬 수 있다.

다른 파라미터를 변경하게 되면 다른 결과가 얻어진다. 예를 들어, 도 4C에서는 다른 파라미터는 그대로 유지한 상태에서 루버 스트립간의 갭(g)만을 변화시킨 경우의 마이크로파 누설율(사각형 데이터 포인트) 및 광투과율(원형 데이터 포인트)를 도시하고 있다. 루버가 가시광선을 투과시키는 정도는 케이지의 형상, 케이지 내부의 가시광선 발생기의 위치, 및 루버의 치수, 간격, 및 방향에 따라 결정될 수 있다. 루버가 마이크로파 누설을 감쇄시키는 정도는 다시 도 4A에 도시한 도파관 모델을 이용하여 결정할 수 있지만, 이때는 상기 갭만 변화시킨다. 스트립의 두께, 루버의 깊이, 및 마이크로파 주파수를 일정하게 유지한 상태에서, 상기 갭만의 함수가 되는 최종 마이크로파 누설율 및 광투과율이 도 4C에 도시되어 있다.

주어진 마이크로파 주파수 및 소정의 마이크로파 누설에 대해, 루버 스트립의 두께 및 인접한 스트립 사이의 갭은 주어진 광투과, 재료비를 포함한 제조비, 및 그 구조제의 강도 등을 고려하여 선택할 수 있다.

실시예에서, 상기 수직 루버 구조체의 마이크로파 억제 및 가시광선 투과 특성에 악영향을 미치지 않고 상기 구조체의 강도 및 안정성을 향상시키기 위해 상기 구조체에 수평 링 등을 추가할 수 있다. 도 5에 이와 같은 예가 도시되어 있다. 이 도면에서, 원통형 루버 구조체는 링(520)으로 보강된 복수의 수직 스트립(510)을 포함한다.

도 6은 루버형 상면을 갖는 원통형 케이지를 도시하고 있다. 도 2A, 2B, 및 도 3A, 3B에 도시한 바와 같이, 원통형 또는 직육면체형 케이지가 각각 TM010 또는 TE101 공진모드에 있을 때, 상기 케이지의 상면 또는 하면에서 유도전류가 방사상으로 형성된다. 따라서, 일 실시예에서, 상기 케이지는 방사형 루버처럼 형성된 상면 및/또는 하면부를 포함할 수 있다. 도 6은 이와 같은 루버형 상면(610)을 도시하고 있다. 도시한 실시예에서, 상면은 원통의 중심축에서 방사상으로 연장되어 링(630)으로 강화된 복수의 스트립을 포함한다. 육면체형 케이지의 상면 및/또는 하면에 대해서도 유사한 구조(미도시)를 적용할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 케이지는 소정의 방향(미도시)으로 가시광선을 반사하도록 거울기능을 하는 경면 금속 구조체를 포함하거나 그 내부에 배치될 수 있다.

도 7A 및 7B에 도시한 바와 같이, 실시예에서, 케이지는 그 중심축을 통과하며 이에 평행한 적어도 하나의 평면에 의해 형성되는 형상을 갖는 여러 부품으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 케이지가 중심축에 대해 대칭되는 구조를 형성하는 경우, 상기 케이지는 상기 중심축에 평행한 평면에서 상기 구조를 분할하여 얻어지는 두 개의 부품으로 형성될 수 있다. 이와 같이 분할된 케이지는 제작이 용이하고 상기 구조의 공진주파수의 조정을 용이하게 할 수 있으며, 또한 전등설비의 경우에는 전구의 설치 및 교체를 용이하게 할 수 있다. 상기 부품들을 조립하게 되면, 이에 따라 형성되는 결합부에 수직한 방향으로는 전류의 흐름이 거의 없거나 혹은 전혀 없게 되기 때문에, 결과적으로 상기 부품들은 과도한 마이크로파의 누설이 없이 클램프, 볼트 등에 의해 분해가능하게 결합될 수 있다.

허니콤형 구조

어떠한 망 구조체에서든 마이크로파 누설은 적어도 부분적으로 그 망의 두께와 관련이 있다. 두꺼운 망이 얇은 망에 비해 더 효과적으로 마이크로파를 차단한다. 또한, 두꺼운 망이 열화 및 피로에 대해 잘 견딘다. 그러나, 망이 두꺼우면 얇은 망에 비해 원재료 및 제조비용이 증가하게 되고 이는 곧 망의 실질적인 두께를 제한하게 된다. 그러나, 일부 설비의 경우, 벽 전류가 변화할 수 있다. 이러한 설비에서는, 가변적인 상황에서 마이크로파를 더 잘 차단하도록, 평형하고 평행한 스트립으로 구성되는 루버보다는 망을 설계하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 도 8A에 도시한 바와 같이 공동부 벽에 허니콤 구조를 이용할 수 있다. 이러한 허니콤 벽은 일정 간격을 두고, 예를 들어, 120도 간격을 두고 교대로 압축 또는 굽혀는 얇은 금속 스트립으로 만들어져 도 8B에 도시한 형상으로 형성될 수 있다. 도시한 바와 같이, 굽혀진 스트립은 정육각형 허니콤형 구조체를 형성하도록 서로 결합될 수 있는데, 이때 상기 구조체를 형성하는 요소들 사이의 전기 전도성을 양호하게 하기 위해 납땜, 브레이징, 및 용접을 통해 결합될 수 있다.

조립됐을 때, 굽혀진 스트립의 폭이 허니콤 벽의 깊이를 결정한다. 상기 벽은 원하는 만큼 깊게 형성할 수 있고, 종래에 동일한 크기의 홀을 갖는 망의 두께보다 훨신 클 수 있으며, 그 한 예가 도 1A에 도시되어 있다. 허니콤 구조체의 마이크로파 차단 효과는 다시 도 8C에 도시한 바와 같이 도파관 모델을 통해 결정할 수 있다. 이 도면에서, 위와 같이 일정량의 마이크로파 에너지(810)가 도파관(820) 내부를 향해 방사된다. 상기 마이크로파는 허니콤 구조체(830)를 통과하는데, 상기 구조체는 상기 마이크로파의 일부를 차단한다. 차단되지 않는 나머지 마이크로파는 도파관의 나머지 부분을 통과하여 타단부(840)에서 방출된다. 여러 가지 파라미터를 변경함에 따라 상기 방출된 마이크로파의 에너지를 측정할 수 있다. 도 8D에 벽 깊리의 함수인 마이크로파 누설율이 도시되어 있고, 여기서, 도 8A 및 8B에 도시한 바와 같이, 망부재의 두께 및 허니콤을 형성하는 육각형의 대향측 사이의 거리(g)는 일정하게 유지된다.

도 4B 및 8D의 그래프에서 볼 수 있는 바와 같이, 허니콤 벽이 루버형 벽에 비해 적은 마이크로파를 차단하는 반면 나머지는 동일하다. 그럼에도, 일부 설비에서는 허니콤 구조가 루버 구조보다 오히려 낫다. 예를 들어, 벽 전류가 임의로 또는 가변적으로 분포되는 설비에서는 허니콤 구조가 바람직할 것이다.

어떠한 특정 케이지의 벽 전류 분포에 관계없이, 허니콤 구조는 그 효과로 인해 루버형 벽을 사용할 수 없는 경우에 이용이 가능하다. 예를 들어, 허니콤 구조를 전자레인지나 산업용 마이크로파 설비의 창에 이용할 수 있다. 이러한 창은 예를 들어 도 9A에 도시한 바와 같이 직사각형 또는 도 9B에 도시한 바와 같이 원형으로 형성할 수 있다. 종래에 이용되는 허니콤 망을 갖는 얇은 벽과 관련된 도 1C의 그래프와 여기서 설명하고 있는 유사한 망을 가지며 보다 깊은 벽과 관련된 도 8D의 그래프의 비료를 통해 알 수 있는 바와 같이, 망이 깊을수록 더 효과적으로 마이크로파를 차단한다.

전기 전도성 벽을 갖는 구조체 내의 마이크로파는 전자기장의 구조적 특정 특징분포를 갖고, 공진주파수에 있을 때 이를 공진모드라 한다. 이러한 공진모드는 특정 전류분포를 갖는 구조체의 벽 내에 전류의 흐름을 유도한다. 이러한 마이크로파를 상기 구조체 내에 한정하기 위해서는 상기 벽이 금속과 같이 전기 전도성이 좋은 재료를 포함해야 한다. 벽 내에 실질적인 전기저항과 함께 갭, 홀, 또는 결합부가 있는 경우, 마이크로파가 이들을 통해 누설될 수 있다. 실시예에서, 적절한 구성요소의 형상과 공진모드를 선택함으로써 마이크로파 누설을 완화시키는 데에 케이지와 그 내부의 구성요소를 이용할 수 있다.

도 2A에 도시한 바와 같이 원통형상의 구성요소에서 나타나는 소위 TM010 모드 및 도 2B에 도시한 바와 같이 직육면체형 구성요소에서 나타나는 TE101 모드이다. 각 구성요소의 치수는 주어진 마이크로파 주파수에 대해 원하는 모드만이 나타나도록 선택할 수 있다. 그 내부의 마이크로파에 의해 유도되어 상기 구성요소의 측벽을 따라 흐르는 전류가 모드 그 구성요소의 중심축과 평행하기 때문에 이러한 모드들이 바람직한 것이다. 따라서, 구성요소는, 결합되었을 때 전류 흐름과 정렬되는 결합부를 형성하는 부품으로 형성되어, 결합부를 가로지르는 전류가 적거나 없고 실질적으로 마이크로파의 누설이 없다.

일 실시예에서, 황전등 장치는 두 개의 조립체(A, B)로 구성된다. 각 조립체는 마그네트론에 의해 생성되는 주파수에서 마이크로파로부터 원하는 공진모드가 발생되도록 구성된다. 각 조립체는 그 중심축을 따라 여러 개의 부재로 분할되고 상기 조립체의 부재들은 강체를 형성하도록 서로에 부착된다. 이러한 부재는 용점, 브레이징 등에 의해 견고하게 부착될 수 있고, 또는 밴드나 볼트를 통해 분리가능하게 부착될 수 있다. 어떤 경우든, 사실상 마그네트론에 의해 발생되는 주파수에서 마이크로파에 의해 상기 조립체 부품 내에 유도되는 모든 벽 전류가 실질적으로 아무런 접촉저항 없이 자유롭게 전도될 수 있는데, 이는 각 구성요소를 통한 전류가 상기 부품들 사이에 형성되는 결합부에 평행하게 유동하기 때문이다. 결국, 마이크로파 에너지가 거의 또는 전혀 상기 결합부를 통해 방출되지 않는다.

도 11A, 11B, 및 11C에 도시한 바와 같이, 조립체(A)는 전구를 포함하고 마그네트론에 분리가능하게 결합된다. 도시한 실시예에서는 전등 케이지가 서로 결합되는 두 개의 반부품(half)을 포함하고 있지만, 부재의 수는 바뀔 수 있다. 상기 조립체의 반부품은 그 내부의 전구와 결합되고, 조립시 상기 반부품을 용이하게 정렬하기 위해 각 반부품의 절적한 구조가 나머지 반부품의 상응하는 구조와 일치될 수 있다. 상기 두 개의 반부품은 단순한 클램핑 또는 볼팅 기구를 통해 좀 더 느슨하게 조립할 수 있다. 전류가 이와 같이 형성된 결합부에 평행한 공진모드에서 유도되기 때문에, 공진시 벽 전류가 결합부를 통해 흐르지 않게 되어 이 부분에서 마이크로파가 누설되지 않는다. 또한, 본 분야에서 실시할 수 있는 방법을 통해 조립체(A, B)가 모두 형성되기 때문에, 필요한 경우 상기 전구나 마그네트론을 용이하게 교체할 수 있다.

도시한 실시예에서, 마그네트론 수용부(enclosure) 또한 서로 결합된 두 개의 반부품을 포함하지만, 그 수는 바뀔 수 있다. 상기 수용부의 두 개의 반 부품은 그 내부의 마그네트론과 결합되고, 조립시 상기 반부품을 용이하게 정렬하기 위해 각 반부품의 절적한 구조가 나머지 반부품의 상응하는 구조와 일치될 수 있다. 상기 두 개의 반부품은 단순한 클램핑 또는 볼팅 기구를 통해 좀 더 느슨하게 조립할 수 있다. 전류가 이와 같이 형성된 결합부에 평행한 공진모드에서 유도되기 때문에, 공진시 벽 전류가 결합부를 통해 흐르지 않게 되어 이 부분에서 마이크로파가 누설되지 않는다.

도 11A, 11B, 및 11C에 도시한 실시예에서, 조립체(B)는 마그네트론에 의해 발생되는 열을 발산하기 위해 냉각요소를 포함하고 음극 차단 커버와 일체로 형성될 수 있다. 양극의 외측에 열전도 냉각핀(fin)이 견고하게 부착될 수 있고 이는 또한 큰 중복 영역을 갖는 열적 결합을 형성하도록 다른 냉각요소의 인터레이싱(interlacing) 핀과 슬라이딩 결합될 수 있다. 실시예에서, 상기 조립체(B)의 반부품은 예를 들어, 주조, 사출성형, 또는 밀링에 의해 알루미늄으로 만들 수 있고, 용접 또는 브레이징에 의해 서로 견고하게 부착될 수 있으며, 또는 밴드나 볼트를 이용하여 이들을 분리가능하게 부착할 수 있다.

일 실시예에서, 전등 케이지는 그 내부에서 공진모드로서 TM010 모드가 발생되는 원통일 수 있다. 따라서, 도 2A에 도시한 바와 같이, 모든 측벽 전류가 원통의 축에 평행하고, 상면 및 하면 벽 전류는 방사상으로 형성된다. 따라서, 상기 케이지는 루버형 구조를 갖도록 형성될 수 있고, 이때 모드 루버는 TM010 모드에서 유도되는 벽 전류에 평행하다. 이러한 루버형 케이지는 마이크로파 차단이 뛰어나고 가시광선의 투과가 양호하다. 상기 케이지는 원통의 축의 길이를 통과하는 임의의 수직 평면을 따라 둘 이상의 부재로 분할되어 조립시에는 여전히 양호하게 마이크로파를 차단할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 케이지는 두 개의 부재로 분할되고, 이 부품들은 각각 실질적으로 조립된 케이지의 반부품을 형성한다.

실시예에서, 마이크로파 에너지를 마그네트론에서 전등 조립체로 수송하기 위해 적어도 두 형태의 커플러, 즉 안테나 커플러 및 도파관 커플러를 이용할 수 있다. 어떠한 경우든, 안테나가 관통되는 홀 주변에 형성되는 어떠한 결합부에서의 마이크로파 누설을 피하기 위해, 이러한 결합부는 특히, 예를 들어 구성요소를 결합부의 임의의 측면에 용접하여 결합부를 통한 연속적인 전기전도를 제공하는 낮은 저항율을 갖는 무정전(uninterrupted) 전기 통로를 제공하도록 유의해서 형성해야 한다. 예를 들어, 도 11A에 도시한 실시예에서, 안테나 커플러 실시예에 있어, 마그네트론 안테나는 전등 공동부에 직접 삽입된다. 이와 같이, 상기 케이지의 하부 반부품을 각각 자기회로의 상부 반부품에 결합하여 형성되는 결합부는 예를 들어 용접을 통해 상기한 바와 같이 유의해서 형성해야 한다.

도 11C에 도시한 바와 같이, 도파관 커플러 실시예에서, 마이크로파 조립체와 전등 조립체 사이에 직육면체형 도파관을 삽입할 수 있다. 일 실시예에서, 직각 도파관은 상기 마그네트론 수용부와 마찬가지로, 마그네트론에 의해 발생되는 마이크로파 주파수에서 TE101 공진모드가 발생되도록 구성될 수 있다. 따라서, 이는 그 중심축을 관통하는 평면에 의해 형성되는, 반부품과 같은 부품들로 형성될 수 있고, 상기 두 개의 반부품을 결합함으로써 형성되는 결합부를 통과하는 벽 전류가 실질적으로 없게 된다. 그러나, 도파관의 하부 반부품과 자기회로의 상부 반부품을 결합하여 형성되는, 즉 안테나가 관통되는 홀 주변에 형성되는 결합부는 예를 들어 용접을 통해 상기한 바와 같이 유의해서 형성해야 한다.

도 11A 및 11C에 도시한 실시예에서, 조립체(A)는 자기회로를 이용하여 조립체(B)에 결합된다. 자기회로는 두 쌍의 자석과 두 쌍의 극성부재를 포함하고, 각 쌍은 전등과 마이크로파 조립체가 결합되었을 때 자기회로를 형성하는 플럭스 리턴(return)과 견고하게 결합된다. 따라서 자기회로는 도시한 바와 같이 반부품으로 분할될 수 있다. 실시예에서, 자기회로에 이용되는 자석은 마그네트론의 자기장을 형성하거나 지지하는 데에 이용될 수도 있다.

도시한 실시예에서, 마이크로파도 음극 리드를 통해 마그네트로에서 누설되는 것이 방지되며 상기 음극 리드는 안테나로부터 마그네트론의 대향측면에 외치된다. 마그네트론의 동작에 필요한 동력, 예를 들어 고전압 히터동력은 필터회로를 통해 마그네트론으로 공급된다. 음극 단부와 필터회로는 음극 차단 박스 내에 배치된다. 도시한 실시예에서, 차단 박스는 전도 냉각 시스템의 냉각판에 일부분으로서 일체로 형성되고 그 외측면은 냉각 표면적을 증가시키도록 오목하게 형성된다. 또는, 상기 차단 박스는 견고하게 또는 분리가능하게 냉각판에 결합되는데, 이때 양호한 열적 결합을 제공하도록 결합되는 것이 바람직하다. 냉각판은 알루미늄으로 형성될 수 있고 양극으로부터의 열을 방산하기 위해 마그네트론의 외측면에 부착되는 구리 냉각핀에 슬라이딩 결합되는 핀을 포함한다. 차단 박스가 분리가능하게 형성되어 냉각 블록에 결합되는 경우, 차단 박스는 유사하게 알루미늄으로 형성될 수 있고 오목한 표면을 가질 수 있다.

따라서, 개시된 분항 구조 황전등 장치는 마그네트론을 수용하는 수용부를 갖는 마이크로파 조립체와 황전구를 수용하는 전등 케이지를 갖는 전등 조립체를 포함한다. 상기 수용제는 합성 수용부로서 음극 쉴드와 일체로 형성될 수 있다. 전등 케이지 및 함숭 수용부는 각각 케이지의 길이 또는 수용부의 중심축을 지나는 평면으로 케이지 또는 수용부를 분할하여 형성되는 두 개의 반부품으로 형성될 수 있다. 조립되 케이지 및 수용부는 조립시 반부품을 결합할 때 형성되는 결합부에 평행하게마 형성되는 벽 전류를 유도하는 선택적 공진모드로, 마그네트론에 의해 발생되는 마이크로파의 주파수에서 공진하는 형상으로 갖도록 구성될 수 있다. 상기 반부품은 밴드 또는 볼트를 이용하여 분리가능하게 부착할 수 있다. 또한, 두 개의 반부품으로 자기회로를 형성할 수 있는데, 각각의 반부품은 조립체의 각 반부품에 예를 들어 용접 또는 브레이징에 의해 견고하게 부착될 수 있고, 조립시 안테나가 관통되는 홀을 형성한다. 안테나는 케이지에 직접 삽입되고 이 조립체가 케이지를 포함한다. 안테나가 도파관에 삽입되면 이 조립체는 도파관을 포함한다.

또한, 실시예에서, 상기 조립체의 반부품은 마이크로파 조립체에 전등 조립체를 분리가능하게 결합하도록 하는 방식으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 조립된 자기회로는 두 개의 자석과 두 개의 극성부재를 포함하고, 각각의 자석 및 극성부재는 플러스 리턴에 견고하게 결합된다. 자기회로의 자석은 마그네트론의 자기장을 생성하는 자석이 되거나 혹은 이를 지지할 수 있다. 일 실시예에서, 마그네트로 양극에 열적으로 결합되는 냉각 블록의 부분이 상기 장치가 조립되었을 때 자기회로의 반부품에 수용되도록 상기 장치를 구성함으로써 상기 전등 조립체를 마이크로파 조립체에 분리가능하게 결합할 수 있다.

개시된 황전등 장치는 마그네트론에 의해 형성되는 마이크로파의 주파수에서 공진모드가 각각 발생되는 형상을 형성하도록 서로 분리가능하게 결합되는 전등 및 마이크로파 조립체를 포함하고, 이와 같이 형성된 결합부에 실질적으로 평행한 전류를 유도한다. 상기 장치는 마이크로파 방출 안테나가 관통되는 홀 주위에 밀접(tight) 결합부를 포함하고, 많은 양의 마이크로파 누설을 발생시키지 않는 황전등 장치를 제공하며, 이 장(field)에서 전구 또는 마그네트론의 교체를 용이하게 한다.

황전등을 설계할 때 여러 가지 사항을 고려해야 한다. 예를 들어, 장치가 설치되는 기구 내의 공간의 크기 및 형상은, 할당된 공간에 맞을 것으로 보장되는 장치의 임의의 구성요소를 선택하는 데에 영향을 미칠 수 있다. 복수의 대한에서 설계, 구성, 및/또는 선택되는 구성요소는, 예를 들어, 전등과 마그네트론 사이에 이용할 커플링 및 마이크로파는 차단하면서 황전구에서 방출된 빛은 투과시키는 전등 케이지에 이용할 구조 등을 포함할 수 있다. 일반적으로, 마이크로파 누설을 최소화하면서 원하는 광 분산패턴으로 광을 효과적으로 생성하는 것이 그 목표이다.

도 12는 많은 마이크로파 누설 요인을 갖는 종래의 황전등 장치를 도시하고 있다. 예를 들어, 전구를 둘러싸는 얇은 허니콤 망은 상기 전구가 가시광선을 방출하도록하는 망에 의해 형성되는 공간으로 주입되는 마이크로파의 상당 부분을 차단하지 못한다. 결합부를 통해 도파관의 벽에 유도되는 전류에, 결합부 내에서 높은 전기 저항을 나타내는 방식으로 결합되는 부재들로 이루어진다. 또한, 도파관 자체는 밴드를 조여 전등 망과 결합되고 개스킷을 통해 마그네트론 수용부에 결합되며, 이 둘은 모두 유사하게 마이크로파 전류를 누설시키는데, 그 이유는 결합부에서 저항이 높기 때문이다. 종래의 황전등의 또 다른 바람직하지 못한 특성은, 작동시 냉각수단으로서 전구를 회전시켜야 한다는 것이다. 전구는 유지보수 비용을 발생시키도록 마모되거나 기계적 고장을 일으키는 이동부를 필수적으로 구비하는 특정 타입의 전구 회전부에 의해 회전된다. 종래 기술에 있어서의 또 다른 바람직하지 못한 특징은, 유사하게 마모 또는 기계적 고장을 일으키며, 작동에 대한 악영향과 함께 곤충, 먼지, 및 기타 분진을 마그네트론 내로 유입시킬 수 있는 팩스을 이용하여, 작동시 상당량의 열을 발생시키는 마그네트론을 냉각시킨다는 것이다. 장치를 적절히 설계함으로써 이러한 바람직하지 못한 특성들을 모두 개선할 수 있다.

마그네트론 동력은 전등 케이지의 내부에 연동되게 연결되는 안테나를 통해 마그네트론으로부터 출력된다. 안테나는 임의의 편리한 길이 및/또는 편리한 케이싱을 갖도록 구성된다. 예를 들어, 가로등에 적합한 황전등 장치의 일 실시예에서, 안테나는 돔 형상으로 끝이 형성되는 세라믹 튜브 내에 배치되는, 다소 길고 얇은 형상을 갖는다.

실험 및 설계를 목적으로 커플러를 구동시키는 경우, 마그네트론은 동일한 임피던스 특성을 갖는 동축선으로 대체할 수 있다.

도 13A는 마그네트론 안테나(1300)가 소위 이-커플링(E-coupling)시 전등 케이지에 직접 삽입되는 실시예를 도시하고 있다. 양호한 주파수 매치 및 양호한 전계형상을 구현하기 위해서는, 안테나를 원통의 중심축을 따라 배치하고 매칭 포스트(1310)를 안테나 반대측 공동부의 벽에 위치시키는 것이 바람직하다. 안테나 및/또는 매칭 포스트의 형상, 치수, 및 챔퍼는 원하는 전계형상 및 TM010 공진주파수를 구현하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 도 13B에 도시한 매칭은 방전 전 및 후의 도 13C에 도시한 전계분포로 구현할 수 있다. 전등 조립체는 주입된 마이크로파 동력의 99% 이상이 완전 방선상태에서 전구에 의해 흡수되도록 구성된다.

전구의 중심에서의 피크 전계값은 전구의 전도성(σ)의 함수로 계산할 수 있다. 전구의 전도성은 전등이 처음 켜졌을 때, 0으로부터 완전 방전상태에서의 피크까지 증가한다. 도 13D는 전구의 전도성이 그 중심에서 전계 강도와 함께 증가하는 것을 도시하고 있다. 도면에서, 표에서 저항값의 차수는 대응하는 곡선의 차수와 반대이다. 즉, 가장 높은 곡선은 전도성(σ) 0.14 siemans/meter의 전구의 최저값에 대응된다. 도 13D는 작동시 전구에서의 전계 강도는 시작 조건보다 피크에서 항상 상당히 높다는 것을 보이고 있다. 전구는 방전을 시작하고 완전 황 방전을 유도하기 위해 압력이 약 10mTorr인 아르곤을 포함하고 있다. 도 13D는 아르곤에서 황으로의 방전과정 전반에 걸친 전구에서의 전계 강도를 도시하고 있다.

이 커플러는 전등 케이지 원통의 축에 대해 대칭을 이루고 있어 전계 분포 또한 TM010 모드에서 대칭적으로 형성된다. 이와 같은 대팅에 의해 원통의 중심축에 평행한 케이지의 측벽 상에 유도전류의 흐름이 형성된다. 이러한 특성으로 인해, 케이지에서 누설되는 마이크로파를 실질적으로 모두 차단하는 구조로, 루버를 이용하여 케이지의 측벽을 형성할 수 있다. 루버형 구조의 이점은, 광투과율인 90%이상이면서도, 마이크로파 EMI 누설이 대부분의 설비에서 효과적으로 제거되는 120dB 이하로 유지된다는 점이다.

상기한 바와 같이, 이러한 특성으로 인해, 케이지와, 원통의 중심축에 평행하게 이를 가로지르는 평면의 교차로 인해 형성되는 반부품으로 형성될 수 있다. 상기 반부품은 마이크로파 누설로 인한 실질적은 EMI 없이 단순한 클램핑이나 볼팅에 의해 결합될 수 있다. 이러한 형태의 구조는 바람직하게 전구의 교체를 용이하게 한다. 유사한 마그네트론 케이싱의 구조도 마그네트론의 교체를 용이하게 한다.

도 13B와, 도 14B 및 도 15B와의 비교를 통해 알 수 있는 바와 같이, 이러한 형태의 커플러는 황전등의 가장 작은 설계를 제공한다. 이와 같이 설계된 황전등은 가로등과 같은 조면 설비에 이용할 수 있는데, 이는 전등장치의 작은 크기로 인해 설치를 위한 변경 없이 기존의 조명기구에 맞출수 있기 때문이다.

도 14A는 소위 포스트 커플링에서 마그네트론 안테나(1410)가 짧은 직각 도파관(1400)에 삽입되는 배치상태를 도시한다. 도파관의 타단부 근처에는, 포스트의 일단이 도파관의 하면에 고정되고 타단이, 예를 들어, 도파관의 상면벽의 원형 홀을 통해 원통형 전등 케이지로 삽입되도록 긴 포스트(1420)가 부착된다. 일 실시예에서, 전등 조립체와 마그네트론의 양호한 임피던스 매칭을 위해 포스트의 캐패시턴스를 증가시키도록 원형 디스크(1430)가 포스트의 단부에 부착된다. 상기 디스크는 전계 형성을 위해 챔퍼링된다.

전등 케이지에 직접 삽입되는 안테나와 관련하여 위에 설명한 바와 같이, 양호한 임피던스 매칭 및 양호한 전계 형상을 얻기 위해서는 포스트(1420)의 단부를 전등 케이지의 중심축을 따라 배치하고 매칭 포스트(1440)를 케이지의 반대쪽 벽에 부착하는 것이 바람직하다. 매칭 포스의의 치수 및 챔퍼를 적절히 선택함으로써, 방전 전 후의, 도 14C에 도시한 전계분포와 함께 도 14B에 도시한 주파수 매칭 특성을 구현할 수 있다. 완전히 방전된 상태에서 전구에 의해 99% 이상의 주입 마이크로파 동력이 흡수되도록 공동부를 매치시킨다.

상기한 바와 같이, 전구의 전도성(σ)의 함수로서 전구 중심에서의 피크 전계값을 계산할 수 있다. 도 14D는 중심에서 전계강도와 함께 증가하는 전구의 전도성을 도시하고 있다. 도면에서, 표에서 저항값의 차구는 대응 곡선의 차수와 반대이다. 즉, 가장 높은 곡선은 전도성(σ) 0.14 siemans/meter의 전구의 최저값에 대응된다. 도 14D는 작동시 전구에서의 전계 강도는 시작 조건보다 피크에서 항상 상당히 높다는 것을 보이고 있다. 상기한 바와 같이, 전구는 방전을 시작하고 완전 황 방전을 유도하기 위해 압력이 약 10mTorr인 아르곤을 포함하고 있으며, 도 14D는 아르곤에서 황으로의 방전과정 전반에 걸친 전구에서의 전계 강도를 도시하고 있다.

이 커플러는 전등 케이지 원통의 축에 대해 거의 대칭에 가깝지만 완전히 대칭되지는 않는데, 왜냐하면 전등 조립체의 중심축이 마그네트론의 중심축에서 벗어나 있고 도파관을 통해 결합되기 때문이다. 그러나, 긴 포스트가 전등 케이지 내의 전계 분포를 형성하는 데 있어 중요한 역할을 하기 때문에, 케이지 내에서의 전계분포는 대칭에 매우 가깝다. 완벽하지는 않지만 이에 가까운 대칭으로 인해 원통의 중심축에 거의 평행한 전등의 측벽에 전류의 흐름이 유도된다. 이와 같이, 케이지의 측벽은 루버를 이용하여 형성할 수 있지만, 주의해야 한다. 루버형 공동부의 장점은 매우 양호한 광투과성을 구현하면서도 마이크로파의 누설을 매우 낮게 유지한다는 것이다.

루버형 케이지를 선택하는 경우, 위에 설명한 바와 같이, 케이지와 원통의 중심축을 관통하는 평명의 교차에 의해 형성되는 반부품으로 형성될 수 있고 마이크로파 누설로 이한 실질적인 EMI 없이 간단한 클램핑이나 볼팅에 의해 서로 결합될 수 있다. 상기한 바와 같이, 이러한 형태의 구조는 전구나 마그네트론의 교체를 용이하게 한다. 그러나 여기서는, EMC가 매우 중요하고 EMI를 가능한 낮게 해야하는 설비에서는, 단일체 루버 구조 또는 단일체 허니콤 구조와 같이, EMI가 적게 발생되는 다른 구조가 바람직할 것이다.

이러한 커플러를 통해서는 안테나 커플러를 이용하는 것 만큼 소형의 황전등을 구현하지는 못하지만, 이는 가로등 기구를 포함한 기존의 일부 조명기구에 맞을 정도록 충분히 작다. 또한, 상기 커플러는 일부 설비에서는 바람직할 수 있는데, 이는 상기 커플러가 전등 조립체와 마그네트론의 임피던스 매칭에 탁월하고 전계분포를 형성하는 데 탁월한 능력을 제공하기 때문이다.

도 15A는 마그네트론 안테나(1510)가 직각 웨지형 도파관(1500)의 짧은 섹션에 삽입되는 소위 H-커플러를 도시하고 있다. 도파관의 타단은 전등의 공동부쪽으로 개방된다, 즉, 커플링 홀(1530)을 통해 전등 공동부에 결합된다. 이러한 형태의 커플링은 자기장이 문자 "H"의 형상으로 나타나기 때문에 이와 같이 불리며, 여기서 상기 커플링은 도파관과 공동부 내의 자기장 사이에 형성된다. 이러한 형태의 도파관은 특정 조명기구와 같이 특정 설비에 대한 필요에 따라 맞도록 구성될 수 있다.

전등 조립체의 임피던스 매칭을 위해 그리고 적절한 전계형상을 얻기 위해 이러한 커플링을 사용하기 위해서는, 두 개의 매칭 포스트를 공동부의 내측에 배치할 수 있다. 상면 포스트(1540)는 전구에서 전계를 집중시키는 데 효과적이다. 하면 포스트(미도시)는 커플링 홀에서 전계왜곡을 수정하는 데 이용할 수 있다. 하면 포스트가 없으면, 전구가 아닌 커플링 홀에서 가장 강한 전계가 형성될 수 있다.

H-커플러의 치수를 적절히 선택함으로써 방전 전 및 후의 도 15C에 도시한 전계분포와 함께 도 15B에 도시한 커플링 홀, 상면 및 하면 매칭 포스트, 및 매칭 특성을 구현할 수 있다. 조절해야할 파라미터가 더 많기 때문에 이러한 형태의 커플러의 설계를 최적화하는 것이 더욱 어려워질 수 있다. 도 15C에 도시한 전계분포를 보이는 구성은 현재 바람직한 구성이다. 이러한 전계분포는 대칭형상에 상당히 가깝지만 완전히 대칭되지는 않는다. 따라서, 이러한 형태의 커플러를 루버 형태의 케이지 구조체와 함께 사용할 때에는 주의를 기울여야 한다. 최소한의 EMI가 필요한 설비에서는 단일체 및/또는 허니콤 형태의 구조체가 바람직하다.

도 15D는 동작시 전구에서의 전계분포가 시작 조건보다 피크에서 항상 상당히 높다는 것을 보이고 있다. 상기한 바와 같이, 전구는 방전을 시작하고 완전 황 방전을 유도하기 위해 압력이 약 10mTorr인 아르곤을 포함하고 있으며, 도 14D는 아르곤에서 황으로의 방전과정 전반에 걸친 전구에서의 전계 강도를 도시하고 있다.

이 커플러는 전등 케이지 원통의 축에 대해 거의 대칭에 가깝지만 완전히 대칭되지는 않는데, 왜냐하면 도파관과 마그네트론이 전등의 동일한 축에 대해 대칭되지 않기 때문이다. 그러나, 안테나 포스트가 공동부 내의 전계 분포를 형성하는 데 있어 중요한 역할을 하기 때문에, 케이지 내에서의 전계분포는 대칭에 매우 가깝다. 완벽하지는 않지만 이에 가까운 대칭으로 인해 케이지 중심축에 거의 평행한 전등의 측벽에 전류의 흐름이 유도된다. 이와 같이, 케이지의 측벽은 루버를 이용하여 형성할 수 있지만, 주의해야 한다. 루버형 공동부의 장점은 매우 양호한 광투과성을 구현하면서도 마이크로파의 누설을 매우 낮게 유지한다는 것이다. 그러나, EMC가 매우 중요한 설비에서는, 단일체 및/또는 허니콤 구조와 같이 케이지의 다른 구조가 케이지의 측벽에 바람직할 수 있다.

도 16A는 전등 조립체(조립체(A))가, 마그네트론에 의해 형성되는 마이크로파의 주파수에서 TM010 모드에서 공진하는 공동부를 형성하도록 구성되는 케이지를 포함하는 실시예를 도시하고 있다. 도 16B는 도 16A의 장치의 분해도이다. 도시한 실시예에서, 마이크로파 전계를 형성하고 그 에너지를 전구로 집중시키는 데 도움이 되는 포스트(1600)가 케이지의 상면 중심에 배치된다. 상기 포스트는 전구 홀더 또는 루버용 허브, 또는 이 둘의 역할을 하거나 이들을 포함할 수 있다. 전구는 종래의 황전구보다 상당히 낮은 온도에서 작동할 수 있다. 따라서, 종래의 황전등과는 달리, 상기 전구를 회전시킬 필요가 없어 상기 포스트에 모터를 연결할 필요가 없다. 일 실시예에서, 상기 포스트는 예를 들어 특정 설비에서 종래의 전등에 의해 생성되는 광분포의 형상과 유사하도록 전구에 의해 생성되는 광으로부터 원하는 형상이 그림자를 형성하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 상기 포스트는 얇을 수 있고 전구의 단부에서 더 좁아지도록 구성할 수 있으며, 상기 포스트 단부는 예를 들어 챔퍼를 구비할 수 있다.

도 16B에 도시한 바와 같이, 마그네트론 안테나(1610)는 케이지 하면벽의 중심에서 홀을 통해 케이지로 직접 삽입될 수 있으며, 여기서 안테나가 케이지에 의해 형성되는 공동부에 직접 마이크로파를 조사하게 된다. 도 16D에 도시한 바와 같이, 안테나의 길이는 안테나와 마이크로파 조립체에 의해 그림자의 크기를 조절하도록 구성될 수 있다. 특히, 도시한 바와 같이, 안테나가 길어질수록 전구에 의해 생성되는 빛으로부터 마이크로파 조립체에 의해 형성되는 그림자가 작아진다. 또한, 전구에 의해 생성되는 빛을 차단하는 마이크로파 조립체의 크기는 전구의 바람직한 양의 빛을 차단하도록 설계될 수 있다. 예를 들어, 좁은 마이크로파 조립체가 큰 것보다 더 작은 그림자를 비출 것이고, 다른 사항은 동일하다. 도 16B에 도시한 바와 같이, 마이크로파 조립체는 특히 자기회로와 전도 냉각 블록을 포함할 수 있고, 이들 중 하나 또는 둘 모두는 전구의 빛으로부터 작은 그림자를 비추도록 구성될 수 있다. 바람직하게, 안테나의 길이 및 마이크로파 조립체의 형상과 치수는 동일한 조명설비에서 종래의 전등에 의해 생성되는 것과 유사한 광패턴을 생성하도록 공동으로 구성될 수 있다.

도 16B에 도시한 실시예에서, 전등 조립체(조립체(A))는 자기회로 요소를 이용하여 마이크로파 조립체(조립체(B))에 결합된다. 자기회로는 두 쌍의 자석과 두 쌍의 극성부재를 포함하고, 이 쌍들 각각은 플러스 리턴에 견고하게 부착된다. 상기 플럭스 리턴은 전등과 마이크로파 조립체를 결합하도록, 예를 들어 스트래핑(strapping)에 의해 분리가능하게 서로 결합된다. 도시한 바와 같이, 자기회로는 반부품으로 분할되는데, 상기 반부품은 각각 케이지의 반쪽에 부착된다. 실시예에서, 자기회로에 이용되는 자석 또한 마그네트론의 자기장을 형성 또는 지지한다.

도 16C는 도 16A 및 도 16B에 도시한 황전등 장치의 단면도로서, 조립체의 주요 구성요소의 내측면을 보다 명확히 도시하고 있다.

적어도 세 가지 형상의 루버 케이지가 전등의 실시예에 적합할 수 있다. 모두 연동적으로 결합된 마그네트론에 의해 발생되는 마이크로파의 주파수에서 TM010 모드에서 공동부 공진을 형성하는 공통의 특성을 공유하도록 구성될 수 있다. 도 17은 원통형 루버 케이지를 도시하고 있고, 도 18은 상부 및 하부 섹션이 챔퍼링된 원통형 케이지를 도시하고 있으면, 도 19는 구형이 될 수 있는 타원형상의 루버 케이지를 도시하고 있다. 케이지의 형상은 그 외형과 같은 기준을 이용하여 선택할 수 있다. 예를 들어, 도 18에 도시한 케이지는 도 17에 도시한 것보다 더 시각적으로 돋보일 수 있다. 선택한 형상과 관계없이 상기 상면벽의 중심에 배치된 전구 홀더와 하면벽의 중심에 배치된 안테나 홀더는 루버를 형성하는 스트립의 단부용 허브로 기능할 수 있다. 실시예에서, 도면에 도시한 바와 같이 루버를 지지 및 정렬시키기 위해 루버에는 하나 이상의 환형 리브를 결합시킬 수 있다.

세 개의 특정 형상을 도시하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않고, 대신 완전한 장치가 원하는 전등설비에 이용하기에 적합한 성질을 갖는다면, 동일한 방향으로 배치되는 전도성 스트립을 포함하여 하나의 예측 가능한 방향으로 전류의 흐름을 유도하는 어떠한 케이지 형상으로 구현할 수 있다.

도 16B에 도시한 전등장치 구조체는 케이지의 중심축에 평행한 유도전류를 생성하는 임의의 전등 케이지와 함께 사용할 수 있다. 즉, 전등 조립체는 조립체와 그 중심부를 관통하는 평면과의 교차로 인해 형성되는 두 개의 부품으로 구성되는 케이지를 포함할 수 있다. 도시한 실시예에서, 전등 조립체의 각각의 반부품은, 조립되었을 때 마그네트론의 자기회로를 제공 및 지지하는 자기회로를 형성하는 자기회로부의 반쪽을 포함하거나 이에 견고하게 결합된다.

다시 도 16B에 도시한 실시예를 참고하면, 마이크로파 조립체(조립체(B))는 전도 냉각 블록부와 음극 쉴드를 포함하는 마그네트론 수용부를 포함할 수 있다. 상기 수용부는 수용부의 축에 평행한 수용부 벽 내에 전류를 유도하는 모드에서 공진하는 공동부를 형성하도록 구성될 수 있고, 이와 같이 그 중심축을 관통하는 평면과의 교차점에 의해 형성되는 두 개의 반부품으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 도시한 바와 같이 실질적으로 직육면체형으로 형성되는 수용부의 경우, 이러한 수용부는 마그네트론에 의해 생성되는 마이크로파의 주파수에서 TE101 모드에서 공진하도록 설계될 수 있다 또한, 상기 전등 조립체와 마이크로파 조립체는 각각의 반부품들이 도 16A 및 도 16B에 도시한 바와 같이, 두 개의 조립체를 결합하는 방식으로 조립될 수 있다.

실시예에서, 상기 전등 조립체, 마이크로파 조립체, 및 마그네트론은 특정 조명설비를 위해 필요한 특정 성능 및/또는 규정 요건 또는 가이드라인을 공동으로 만족하도록 구성될 수 있다.

도 20A에 도시한 마그네트론의 실시예에서, 마그네트론 안테나는 돔 형상으로 끝이 형성되는 얇은 세라믹 튜브 내에 수용되어 전구에 의해 생성되는 빛에 작은 그림자를 생성할 수 있다.

또한, 자기회로 및, 전도 냉각 블록을 포함하는 마이크로파 수용부는 황전등에 의해 생성되는 빛으로부터 작은 그림자를 생성하도록 구성될 수 있다. 실시예에서, 도 20B에 도시한 바와 같이, 자기회로는 전구에 의해 방출되는 파면에 정사각형이 아닌 형상을 나타내도록 정렬될 수 있다. 예를 들어, 상기 도면은 다른 형상도 이용할 수 있으나 팔각형상을 나타내는 자기회로를 도시하고 있다. 도 20C는 도 20B의 자기회로의 분해도이다.

도 20D는 황전구에 의해 생성되는 빛으로부터 작은 그림자를 생성하도록 구성되는 냉각 블록을 포함하는 수용부를 도시하고 있다. 상기 수용부는 다른 가능한 구성에 비해 더 길고 좁게 형성되며 적절한 냉각 및 차단 성질을 여전히 제공한다. 도 20E는 도 20D의 냉각 블록의 분해도이다. 또 다른 구성에 있어(미도시), 상기 수용부는 도시한 것보다 넓게 및/또는 깊게 형성될 수 있으며, 이때 원하는 전도 냉각 성질을 제공하도록 그 크기 및/또는 형상을 변화시켜 구성되는 홈 또는 핀이 일체로 형성되거나 부착된다.

따라서, 다양한 조명설비용으로 구성되어 분할형 구조를 갖는 개시된 황전등 장치는 마그네트론을 포함하는 수용부를 구비하는 마이크로파 조립체 및 황전등을 포함하는 전등 케이지를 구비한 전등 조립체를 포함한다. 상기 수용부는 합성 수용부로서 음극 쉴드와 일체로 형성될 수 있다. 상기 전등 조립체와 합성 수용부는 각각 케이지 또는 수용부와 그 중심의 길이를 관통하는 평면의 교차로 형성되는 두 개의 반부품으로 형성될 수 있다. 조립된 케이지와 수용부는 조립시 상기 반부품을 서로 결합함으로써 형성되는 결합부에만 평행한 벽 전류를 유도하는 선택된 공진모드에서 마그네트론에 의해 형성되는 마이크로파의 주파수에서 공진하는 형상을 형성하도록 설계된다. 상기 반부품은 예를 들어 밴드나 볼트에 의해 서로에 분리가능하게 부착될 수 있다. 또한, 케이지의 각 반쪽에 견고하게 부착되는 반부품에는 자기회로가 형성될 수 있다. 상기 조립체의 반부품과 상기 자기회로는 상기 전등 조립체를 상기 마이크로파 조립체의 분리가능하게 결합하는 방식으로 서로 결합될 수 있다. 상기 자기회로는 두 쌍의 자기 반부품 및 두 쌍의 극성 반부품을 포함하고, 이때 가각의 자기 반부품 및 극성 반부품은 플럭스 리턴 요소에 견고하게 부착된다. 일 실시예에서, 자기회로의 자석은 마그네트론의 자기장을 생성하는 자석이되거나 이를 지지할 수 있다.

상기 전등 케이지, 마그네트론 안테나, 자기회로, 및 마그네트론 수용부는, 기존의 조명기구를 실질적으로 변경하지 않고 유사한 분포 패턴을 갖는 빛을 생성하고 기존의 조명기구에 설치될 정도로 충분히 작은 특정 조명용에 적합한 황전등 장치를 형성하도록 서로 구성될 수 있다. 상기 황전등은 일반적으로 유지보수가 적게 또는 전혀 필요 없는 상당히 긴 공칭수명, 및 종래의 전등보다 태양광에 더욱 근접한 연색성 및 색온도와 함께, 적어도 종래 전등과 유사한 수준의 발광효율을 갖는다. 또한, 이러한 특성은 모두 어떠한 상당량의 마이크로파 누설 또는 다른 원치않는 새로운 효과를 유발하지 않고 얻을 수 있다.

약간의 특수성을 갖는 실시예에 본 발명을 기술 및 도시하였지만, 이러한 기술 및 도면은 단지 예에 불과할 뿐이다. 부품 및 단계의 조합 및/또는 배열, 및 구성의 상세한 부분에 있어서 많은 변경이 가능할 것이다. 따라서, 이러한 변경은 본 발명에 포함되고 본 발명의 기술적 사상은 아래 청구범위에 의해 결정된다.

Claims

마이크로파는 차단하고 가시광선은 투과시키는 벽 장치에 있어서,
복수의 전기 전도성 스트립으로 구성되는 구조체를 포함하고,
상기 스트립 각각은 제 1 표면과 제 2 표면, 그리고 내측 가장자리와 외측 가장자리를 갖되, 상기 제 1 표면 및 제 2 표면 사이의 거리는 상기 스트립의 두께를 정의하고, 상기 내측 가장자리와 외측 가장자리 사이의 거리는 상기 스트립의 두께보다 큰 상기 스트립의 깊이를 정의하고,
상기 스트립에 의해 형성되는 상기 구조체는 상기 벽을 정의하고,
상기 벽은 일 측에서 가시광선 발생기 및 마이크로파 발생기 모두에 노출되며,
상기 스트립의 적어도 일부는 상기 제 1 및 제 2 표면인 상기 광발생기에서 방출되는 가시광선에 실질적으로 평행하도록 배열되며,
상기 스트립의 일부는, 선택된 양만큼 상기 스트립 사이를 통과하도록 마이크로파 발생기에서 방출되는 마이크로파를 감쇄하기에 충분한 인접한 스트립 사이의 두께, 깊이, 및 갭 폭을 갖도록 구성 및 배열되는 것을 특징으로 하는 벽 장치.
제1항에 있어서,
상기 벽은 창과 케이지 중 하나를 형성하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 벽 장치.
제2항에 있어서,
상기 창은 전자레인지의 창인 것을 특징으로 하는 벽 장치.
제2항에 있어서,
상기 케이지는 전등의 전구를 포함하는 황전등의 공동부를 형성하는 것을 특징으로 하는 벽 장치.
제4항에 있어서,
상기 케이지는 상면 및 하면을 구비하고, 원통 및 직육면체 형상 중 하나의 형상으로 형성되며, 이 형상들은 각각 그 내부에 배치된 마이크로파 발생기에서 방출되는 마이크로파로부터 TM010 모드 및 TE101 모드에서 공동부 공진을 형성하는 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 벽 장치.
제5항에 있어서,
상기 케이지의 상면 및 하면 중 적어도 하나는 연속적인 평면을 포함하는 것을 특징으로 하는 벽 장치.
제5항에 있어서,
상기 케이지의 상면 및 하면 중 적어도 하나는 그 중심에서 외연(periphery)까지 방사상으로 배열되는 복수의 스트립을 포함하는 것을 특징으로 하는 벽 장치.
제4항에 있어서,
상기 케이지는 중심축에 대해 대칭을 이루고, 상기 케이지와 상기 축을 관통하며 평행한 적어도 하나의 평면의 교차로 인해 형성되는 적어도 두 개의 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 벽 장치.
제8항에 있어서,
상기 부재를 따로 체결하기 위한 적어도 하나의 체결요소를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벽 장치.
제1항에 있어서,
상기 스트립은 평평한 것을 특징으로 하는 벽 장치.
제1항에 있어서,
상기 스트립은 서로에 대해 120도의 각도로 배치되어 상기 스트립이 서로에 대해 인접하게 배열되었을 때 육각 허니콤 망을 형성하도록 배열되는 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 벽 장치.
내용 없음
제11항에 있어서,
상기 스트립은 상기 망을 형성하는 상기 스트립 사이에서 양호한 전기 전도성을 보장하기 위해 상기 허니콤 망을 형성하도록 서로 고정 결합되는 것을 특징으로 하는 벽 장치.
제12항에 있어서,
상기 스트립은 납땜, 브레이징, 및 용접 중 적어도 하나에 의해 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 벽 장치.
제1항에 있어서,
상기 스트립은 0.05mm 와 0.3mm 사이의 두께, 1.0mm 와 3.0mm 사이의 스트립 사이의 갭, 및 1.0mm 와 10.0mm 사이의 스트립의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 벽 장치.
제1항에 있어서, 상기 스트립은 약 0.1mm의 두께, 약 2.0mm의 스트립 사이의 갭, 및 약 8.0mm의 스트립의 깊이를 갖는 것을 특징으로 하는 벽 장치.
제1항에 있어서,
상기 구조체를 강화하고 상기 스트립 사이의 공간을 유지하도록 상기 스트립의 적어도 일부에 기울어지게 결합되는 적어도 하나의 제 2 스트립을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벽 장치.
마그네트론에 연동되게 결합되는 황전구를 포함하고 마이크로파 누설이 적은 황전등 장치에 있어서,
상기 황전등을 포함하는 전등 조립체 및 상기 마그네트론을 포함하는 마이크로파 조립체를 포함하고,
상기 조립체 각각은 서로 분리가능하게 결합되고, 반부품의 상호 결합에 의해서 형성되는 결합부에 평행한 벽 전류를 유도하는 모드에서 마그네트론에 의해 발생되는 마이크로파 주파수에서 공진하도록 구성되는 반부품으로 형성되는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제18항에 있어서,
상기 전등 조립체는 상기 마그네트론에 의해 발생되는 상기 마이크로파 주파수에서 상기 TM010 모드에서 공진하도록 구성되는 완전한 원형 원통의 형상으로 형성되는 전등 케이지를 포함하고,
상기 마이크로파 조립체는 상기 마그네트론에 의해 발생되는 상기 마이크로파 주파수에서 TE101 모드에서 공진하도록 구성되는 직육면체형으로 형성되는 마그네트론 수용부를 포함하는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제19항에 있어서,
상기 전등 케이지는, 완전한 원형 원통을 형성하는 구조체를 형성하도록 배열되며 상기 황전구에 의해 생성되는 가시광선은 투과시키면서 상기 마그네트론에 의해 발생되는 마이크로파 에너지는 차단하도록 구성되는 복수의 도전성 스트립을 포함하고, 이때 상기 스트립은 그 표면이 상기 황전구에 의해 방출되는 가시광선에 실질적으로 평행하도록 배치되며,
상기 마그네트로 수용부는 직육면체를 형성하는 구조체를 형성하도록 배열되는 고체 전도성 표면을 구비하는 벽을 포함하는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제20항에 있어서,
상기 전등 케이지 및 상기 마그네트론 수용부는 각각의 형상을 갖고 두 개의 부재를 포함하며, 이때 상기 부재는 각각 상기 각 형상의 중심축을 관통하며 이에 평행한 평면에 의해 형성되는 각 형상의 약 반쪽을 형성하는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제18항에 있어서,
상기 제 1 조립체는 상기 제 2 조립체에 분리가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제22항에 있어서,
상기 전등 조립체는 적어도 두 개의 자석을 포함하는 자기회로에 의해 상기 마이크로파 조립체에 분리가능하게 결합되고, 상기 자석은 각각 극성부재에 견고하게 부착되며, 상기 극성부재 각각은 상기 전등 조립체 및 상기 마이크로파 조립체 중 하나의 한 부재에 정확하게 견고하게 부착되는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제18항에 있어서,
상기 전등 조립체는 마그네트론 안테나가 전등 케이지에 삽입되어 상기 전등 케이지 내로 직접 마이크로파 에너지를 방사하는 커플링에 의해 상기 마이크로파 조립체에 결합되는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제18항에 있어서,
상기 전등 조립체는 마이크로파 에너지를 상기 마그네트론에서 상기 전등 케이지의 내측으로 수송하는 도파관을 포함하는 커플링에 의해 상기 마이크로파 조립체에 결합되는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제25항에 있어서,
상기 도파관은, 서로 분리가능하게 결합되며 상기 반부품을 서로 결합함으로써 형성되는 결합부에 평행한 벽 전류를 유도하는 모드에서 마그네트론에 의해 발생되는 마이크로파 주파수에서 공진하도록 구성되는 부재들로 형성되는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제26항에 있어서,
상기 도파관의 상기 부재 각각은 상기 전등 조립체의 반부품에 각각 견고하게 결합되는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제18항에 있어서,
상기 황전구는 상기 전등 케이지에 의해 형성되는 상기 공동부가 다른 주파수에서 공진하도록 하는 복수의 가용 황전구 중에서 선택되고, 상기 황전구는 상기 전등 조립체의 공진주파수가 상기 마그네트론에 의해 형성되는 주파수에 상당히 근접하게 매치되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
케이스의 내부에 배치되는 마그네트론 및 상기 마그네트론의 양극에 결합되어 상기 케이스 내의 홀을 통해 연장되는 마이크로파 안테나를 포함하는 마이크로파 조립체; 및 내부에 공동부가 형성된 전등 케이지 내에 배치되는 황전구와, 상기 마이크로파 조립체를 상기 전등 조립체에 결합하도록 배열되어 상기 마그네트론으로부터 상기 황전구로 마이크로파 전력을 전달함으로써 상기 마그네트론과 상기 황전구를 연동적으로 결합하는 커플링을 포함하는 전등 조립체를 구비하는 황전등 장치를 설계하는 방법에 있어서,
조명설비를 위한 조건을 결정하는 단계; 및
상기 조건을 만족하도록 상기 전등 장치를 설계하는 단계를 포함하고,
상기 조건을 결정하는 단계는, 상기 황전등 장치가 설치되는 공간의 크기 및 형상을 결정하는 단계; 및 상기 전등 장치와 그 주위환경 사이의 전자기 적합성(EMC)으로 상기 조명설비의 감도를 결정하는 단계를 구비하며,
상기 전등 장치를 설계하는 단계는, 상기 조건을 만족하도록 상기 전등 장치를 설계하는 단계는 복수의 가용 전등 케이지 구조의 형태 중 하나를 선택하는 단계; 및 복수의 가용 형태의 커플링 중 하나를 선택하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 황전등 장치 설계 방법.
제29항에 있어서,
상기 복수의 가용 전등 케이지 구조 형태는 루버형 구조 및 허니콤형 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 황전등 장치 설계 방법.
제29항에 있어서,
상기 복수의 가용 전등 케이지 구조 형태는 단일체형 구조 및, 축과 평행한 상기 케이지의 중심축을 관통하는 적어도 하나의 평면과 상기 케이지의 교차로 형성되는 부재를 포함하는 분할형 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 황전등 장치 설계 방법.
제29항에 있어서,
상기 복수의 가용 형태의 커플링은 어느 하나의 구성으로부터 연장되는 마그네트론의 양극에 부착되는 안테나:를 포함하고,
상기 마그네트론의 양극은
상기 마이크로파 조립체의 표면이 상기 전등 조립체와 결합되는, 상기 전등 케이지로 직접 연장되고,
상기 안테나는 상기 마이크로파 조립체에 결합되는 도파관 표면의 홀을 통해 상기 도파관 내부로 연장되어 상기 도파관의 제 1 단부 근처에 배치되며, 포스트가 상기 도파관의 제 2 단부 근처에 부착되고 전등 조립체에 부착되는 도파관 표면의 홀을 통해 상기 전등 조립체 내부로 연장되는 상태에서, 직육면체 형태로 도파관 내부로 직접 연장되며,
상기 전등 조립체의 내측을 향해 개방되는 홀이 베이스의 반대측에서 상기 전등 조립체에 부착되는 웨지의 표면에 배치되는 형태로, 상기 마이크로파 조립체에 부착되는 상기 베이스 표면의 홀을 통해 직사각형 베이스의 웨지 형태로 도파관 내부로 직접 연장되는 구성 중 하나로 구성되는 것을 특징으로 하는 황전등 설계 방법.
제29항에 있어서,
상기 조명설비를 위한 조건을 결정하는 단계에서,
상기 전등 공동부의 TM010 모드와 상기 마그네트론에 의해 발생되는 마이크로파의 주파수 사이에서 매칭되는 주파수의 허용 정도를 결정하는 단계;
상기 전등 조립체와 상기 마그네트론 사이에서 매칭되는 임피던스의 허용 정도를 결정하는 단계; 및
상기 전등 케이지 내에 바람직한 형상의 전계분포를 결정하는 단계를 더 포함하고,
상기 조건을 만족하도록 상기 황전등을 설계하는 단계에서,
상기 전등 케이지에 삽입되는 마이크로파 조사 요소를 구성하는 단계;
상기 마이크로파 조사 요소의 반대편에 있는 상기 전등 케이지의 측면에 부착되는 제 1 포스트를 구성하는 단계; 및
H-커플링이 선택된 경우 상기 제 1 포스트에 반대되는 상기 전등 케이지의 측면에 부착되는 제 2 포스트를 구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 황전등 장치 설계 방법.
제33항에 있어서,
상기 조사 요소, 상기 제 1 포스트, 및 상기 제 2 포스트 중 하나를 각 구성요소로서 구성하는 단계는
상기 각 구성요소의 길이, 단면 형상, 두께, 및 챔퍼를 선택하는 단계;
상기 각 구성요소의 단부의 형상을 선택하는 단계;
상기 각 구성요소의 단부에 추가적인 요소를 부착할지를 결정하는 단계; 및
추가적인 요소가 상기 각 구성요소의 단부에 부착되는 경우, 상기 요소의 형상, 치수, 및 챔퍼(chamfer)를 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 황전등 장치 설계 방법.
제34항에 있어서,
상기 각 구성요소의 단부에 추가되는 상기 추가 요소는 원형 디스크 표면의 중심에서 상기 각 구성요소의 단부에 부착되는 챔퍼링된 원형 디스크의 형태인 것을 특징으로 하는 황전등 장치 설계 방법.
가로등용 황전등 장치에 있어서,
마그네트론, 상기 마그네트론을 감싸는 마그네트론 수용부, 및 상기 마그네트론의 양극에 결합되어 상기 수용부의 홀을 통해 연장되는 마이크로파 안테나를 구비하는, 마이크로파 조립체;
황전구, 내측으로 상기 황전구가 배치되는 공동부를 형성하는 내부를 구비하는 전등 케이지를 구비하는, 전등 조립체; 및
상기 마이크로파 조립체를 상기 전등 조립체에 결합하고, 상기 마그네트론에서 상기 황전구로 마이크로파 전력을 전달함으로써 상기 마그네트론과 상기 황전구를 연동적으로 결합하도록 배열되는, 커플링을 포함하는 황전등 장치.
제36항에 있어서,
상기 전등 케이지는 상기 케이지의 중심축에 적어도 대부분 평행하는 상기 케이지 내의 전류의 흐름을 유도하는 모드에서 상기 공동부가 공진하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제37항에 있어서,
상기 전등 케이지의 적어도 일부는 완전한 원형 원통형상을 갖고, 상기 공동부는 상기 마그네트론에 의해 발생되는 마이크로파의 주파수에서 상기 TM010 모드에서 공진하는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제38항에 있어서,
상기 전등 케이지는 챔퍼링된 원통 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제37항에 있어서,
상기 전등 케이지는 전기 전도성 스트립을 이용하여 구성되는 루버로 형성되는 측벽을 포함하고, 상기 스트립은 각각 상기 케이스의 상면의 중심으로부터 인접한 스트립과 평행하게 상기 케이지의 측면 중 일부로, 그리고 상기 케이지의 하면의 중심에 방사상으로, 단일 평면 부재의 형태로 연장되는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제40항에 있어서,
상기 전구와 상기 상면의 중심에 부착되는 전구 홀더를 더 포함하고,
상기 안테나는 상기 하면 벽의 중심에 형성된 홀을 통해 배치되고, 상기 전구 홀더 및 상기 안테나는 상기 루버 스트립의 단부에 부착되는 허브로서 기능하는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제40항에 있어서,
상기 루버 스트립을 지지하며 이를 정렬하는 적어도 하나의 환형 리브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제37항에 있어서,
상기 전등 케이지는 허니콤 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제37항에 있어서,
상기 전등 케이지는 단일체 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제37항에 있어서,
상기 전등 케이지는 축에 평행한 케이지의 중심축을 관통하는 적어도 하나의 평면과 상기 완료된 케이지의 교차로 형성되는 부재들로 구성되는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제37항에 있어서,
상기 전등 케이지의 적어도 일부는 타워형을 갖는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제36항에 있어서,
상기 안테나는 얇은 세라믹 쉘 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제47항에 있어서,
상기 쉘의 단부는 돔을 형성하는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제48항에 있어서,
상기 안테나 및 상기 세라믹 쉘은 상기 전등 장치를 높이를 증가시키도록 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제36항에 있어서,
상기 마그네트론 수용부는 자기회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제20항에 있어서,
상기 자기회로는 상기 마그네트론 수용부의 부분을 서로 결합하도록 배열되는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제36항에 있어서,
상기 마그네트론 수용부는
전도 냉각 블록을 형성하도록 서로 분리가능하게 결합되는 두 개의 부재; 및
상기 전도 냉각 블록을 포함하는 냉각 통로를 포함하는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제52항에 있어서,
상기 냉각 통로는 상기 음극의 근처에 배치되는 마그네트론 양극의 내측의 가장자리에서 시작되어, 상기 양극의 외측벽의 중앙 열전도 부분까지 상기 핀의 몸체를 통해, 상기 양극의 열 전도성 부부에 견고하게 부착된 복수의 두꺼운 열 전도성 판을 통해, 상기 판과 교착되어 슬라이딩 결합되는 전도 냉각 블록의 적어도 하나의 핀을 통해, 상기 냉각 블록의 몸체를 통해 공기에 노출된 상기 냉각 블록의 표면에 배치된 복수의 홈까지, 그리고 상기 공기까지 연장되어, 상기 핀에 의해 가열되는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제36항에 있어서,
상기 마그네트론 수용부는 마이크로파를 차단하는 음극 쉴드를 포함하거나 이에 견고하게 결합되는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제50항에 있어서,
상기 자기회로의 플럭스 리턴은 상기 마그네트론 수용부의 일부에 견고하게 부착되는 적어도 하나의 아이언 바를 포함하는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.
제36항에 있어서,
상기 마그네트론 수용부 및 상기 안테나는 작동시 상기 전구에 의해 방출되는 빛에 좁은 윤곽을 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 황전등 장치.