CN1209904A - 用于微波激励放电灯的电感性调谐器 - Google Patents

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Abstract

一种RF供电的无电极灯(9),在将RF功率(2)耦合到灯腔(10,12)的波导(6)中,它使用电感性调谐器(14),以减小反射的RF功率,并使灯(9)有效地工作。

Description

用于微波激励放电灯的电感性调谐器
发明背景
发明领域
本发明涉及射频激励弧光灯领域，所述弧光灯的结构中包括闭合波导，本发明尤其涉及将磁控管用作功率源的灯。
现有技术的描述
这些灯使用一种封在一个透明的密封管壳中的、并在由强微波场激励时产生可见光或紫外光的可电离的媒质。这种灯的管壳或灯泡被装在金属容器或腔中，所述金属容器或腔通常用金属网限制微波，而允许光透出。通过连接到相邻的波导的孔把微波纳入腔中，其另一端连接到磁控管。
来自磁控管的Rf功率经波导到达腔，并激励放电灯。未被灯吸收的任何功率反射回磁控管。限定腔的一端的孔可以用于限定腔中的谐振，腔加强了灯泡处的场强，以增加的功率吸收，由此降低反射的功率。
磁控管是在其谐振器和输出负载之间具有直接连接的自激振荡器。来自负载的任何反射对性能具有显著影响，它改变工作频率、功率输出和工作稳定性。在特定的相处的强反射(称为“陷落”(sink))减少了磁控管的谐振器中存储的能量，引起不稳定性和频率跳变。
灯本身对其功率源有若干不同要求。在电离之前，灯泡中的气体不吸收微波功率。灯泡中的电场强度必须增大至一个较高的值以达到击穿。一旦发生电离，灯泡必须加热以蒸发任何凝结的填充材料。灯泡的阻抗比未电离的情况低得多，并且随灯泡加热而变化，使凝结物放电。最后，达到长期工作的条件，其中光输出效率是最受关注的。
这些阻抗的变化导致在磁控管处多种反射值。设计者可以调节腔的孔、波导的长度，并且可以在波导中加上各种调谐元件。其目的是电离之前使高反射离开“陷落”，以避免在升温的过程中的频率跳变及在长期工作期间提供与稳定特性的良好匹配。
本设计还考虑了其它要求。产品要经济、尺寸小、耐用及可重复制造。低成本阻止了使用隔离器。小尺寸将波导限于最小长度。
虽然在微波设计中已知许多类型的膜片和杆，但在微波弧光灯中常常使用的调谐元件是电容性螺钉或相同尺寸的固定高度的凸起(knob)。这具有只附于一个壁的优点，并且比必须接触两个相对的壁的杆更容易安装。当波导长度(磁控管天线和耦合槽之间的长度)比波导波长的一半大时，该电容性调谐器可以用于匹配中等失配或任何相位。调谐器具有两个效果。将反射系数加至除调谐器之外的负载的反射系数。其次，波导的有效长度增加一个小量。
发明概述
在进行一种新型的灯的设计过程中，确定腔和耦合膜片。还确定波导长度和磁控管位置。但是，阻抗匹配不是最佳的，而且波导长度(参看前面的段落)小于波长的一半。试图加一个电容性调谐器，但显示这样做是不适合的，最佳位置直接超出磁控管的天线。
将电感调谐器置于磁控管和腔孔之间的波导的侧壁上。波导侧面的金属突出物的作用就像电感性膜片一样，在其所在位置升高波导的截止频率。这样，调谐器提供了具有电感性相位的反射系数，并将波导的有效长度缩短一个小量。有这个调谐器，灯的设计可以有效率地工作。电感性调谐器可以是附于一侧壁的单块、半柱体、或半球、或是它们的组合，或者是在相对壁上相互面对的两个这样的物体。当在建立起波导后在要用诸如螺丝钉、焊接(soldering)或焊接(welding)将调谐器安装在波导中之处，这些形状是适当的。
调谐器还可以模制成波导壁。依赖于构造的方法，形成厚膜片形成调谐器以加入到波导的上和/或下宽壁，可以是有利的。
附图概述
图1是微波灯的示意图。
图2描述单块形式的电感性调谐器。
图3描述两块形式的电感性调谐器，所述块在相对的波导壁上相互面对。
图4描述半柱体形式的电感性调谐器，它接触波导的宽壁。
图5描述半柱体形式的电感性调谐器，它不接触波导的宽壁。
较佳实施例的描述
参照图1，示出一种微波灯。磁控管2具有突入封闭波导6的天线4。耦合槽8位于波导的另一端，它将微波功率耦合到谐振腔，该谐振腔由底部10和其中放置灯泡9的网12限定。根据本发明，将电感性调谐器14附于波导的侧壁。
注意，波导具有宽壁和窄壁(侧壁)。由于在侧壁处磁场较强，故放置在那里的金属突出物将起电感性调谐器的作用。
在任何给定的灯中，调谐器的位置及其尺寸和形状藉助于网络分析器的通过实验决定。如熟悉本领域的人所知道的，网络分析器首先藉助于滑动短路进行校准。然后不用调谐器，在灯启动和工作观察其阻抗。如果当灯在工作温度下有显著的反射时，使用尝试尺寸和形状的调谐器，并改变其位置以决定一最佳工作的位置。如果仍然有显著的反射，则改变调谐器的尺寸和/或形状，再尝试各种位置。
在图1的实施例中，矩形波导6的内侧是高1.7”，宽2.84”，和长4.8”。从调谐器的中间到波导的槽端的距离约为17/8”，而调谐器大约宽5/8”宽，长11/4”，而厚度约为.35”。耦合槽8为长23/8”和宽.53”。微波腔直径为2.93”，高为6.2”。灯泡9的内直径是35mm，并且包含硫磺和诸如氩气之类的稀有气体的填充物。
一个电动机既旋转灯泡9所附于的轴20又旋转提供用于冷却磁控管2的空气的吹风机叶轮22。
图2是图1的波导6的切去一部分的细部图，示出金属块14形式的电感性调谐器。
图3示出另一个实施例，其中两个这样的金属块14’a和14’b在相对的波导壁上相互面对。
图4示出又一个实施例，其中使用半柱全形式的突出物14”，它接触波导的顶部和底部宽壁30和32。
图5示出再一个实施例，其中使用半柱体14，它不接触波导的宽壁。
虽然已经用说明性的实施例描述了本发明，但要知道，对熟悉本领域的人而言，可以作出各种变化。例如，调谐器可以具有不同于所描述的形状，或者可以使用柱状的杆。本发明的范围由下面的权利要求限定。

Claims (12)

1．一种RF供电的无电极灯，其特征在于包括：
用于产生RF功率的装置；
设置在腔中的包含放电形成媒质的灯泡；
用于将所述RF功率耦合到所述腔的波导，在所述波导具有耦合槽，及
设置在所述波导中的电感性调谐器。
2．如权利要求1所述的灯，其特征在于所述电感性调谐器包括至少一个金属突出物，所述金属突出物设置在波导壁上。
3．如权利要求2所述的灯，其特征在于所述波导具有窄壁和宽壁，其中所述金属突出物设置在所述窄壁上。
4．如权利要求3所述的灯，其特征在于所述至少一个金属突出物包括金属块。
5．如权利要求4所述的灯，其特征在于所述金属块是矩形的。
6．如权利要求5所述的灯，其特征在于所述至少一个金属块包括设置在相对的波导壁上的两个矩形金属块。
7．如权利要求4所述的灯，其特征在于所述至少一个金属块包括半柱体金属块。
8．如权利要求7所述的灯，其特征在于所述金属块在其两个极端接触所述宽壁。
9．如权利要求7所述的灯，其特征在于所述金属块在其两个极端不接触所述宽壁。
10．如权利要求2所述的灯，其特征在于所述用于产生RF功率的装置是一个具有天线的磁控管，并且从所述天线到所述耦合槽的波导长度小于半波长。
11．一种RF供电的无电极灯，其特征在于包括：
用于产生RF功率的装置；设置在腔中、包含放电形成的媒质的灯泡；用于将所述RF功率耦合到所述腔的波导；及设置在所述波导中、用于使反射回所述用于产生RF功率的装置的功率减至最小的电感性调谐装置。
12．如权利要求11所述的灯，其特征在于所述波导具有耦合槽。
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