Сверхвысокочастотный возбудитель безэлектродной газоразрядной лампы

 

Изобретение относится к области светотехники и техники сверхвысоких частот и может быть использовано для создания осветительных и облучательных устройств, формирующих потоки оптического излучения в видимой или ультрафиолетовой частях спектра. В конкретном случае заявляемый объект относится к сверхвысокочастотным (СВЧ) возбудителям безэлектродных газоразрядных ламп и к осветительным устройствам на их основе, работающим автономно и в сочетании с системой полых световодов. Техническим результатом является создание СВЧ-возбудителя безэлектродной газоразрядной лампы, конструкция которого позволит, не нарушая оптимальный режим работы магнетрона (с высоким кпд и устойчивостью), перераспределить его выходную мощность для формирования в едином СВЧ-ламповом модуле разнонаправленных световых потоков. Изобретение также обеспечивает равнопригодность конструкции для построения протяженных и локальных осветительных устройств двухстороннего действия (двунаправленного излучения) с нормативной или требуемой освещенностью, уменьшенный перепад освещенности протяженных объектов в варианте осуществления двунаправленной "засветки" световодных линеек, в том числе, при расположении их осей под углом, от единого СВЧ-лампового модуля, возможность независимо формировать различные виды кривых силы света в разных направлениях, возможность оптимального пространственного размещения СВЧ-лампового модуля и "точек" его подключения к питающей сети с соответствующим экономическим эффектом. СВЧ-возбудитель безэлектродной газоразрядной лампы, содержащий прямоугольный волновод, сформированный парами противолежащих узких и широких стенок, снабжен двумя цилиндрическими СВЧ-резонаторами с безэлектродной лампой на оси каждого из них, при этом СВЧ-резонаторы электродинамически связаны с волноводом посредством излучателей, которые выполнены в противолежащих стенках волновода. Две пространственно разделенные безэлектродные лампы запитаны СВЧ-накачкой от единого магнетрона, работающего в оптимальном режиме. Обеспечена стыковка такого модуля с разнонаправленными, причем не обязательно вдоль одной прямой, формирователями светового потока, каждый из которых оптически сопряжен с соответствующей лампой. Указанные особенности предложенного устройства позволяют оптимальным образом выстраивать архитектуру систем освещения в локальных и особенно в протяженных объектах (тоннели, подземные и надземные переходы, станционные платформы, причалы и др.) с минимизацией числа обслуживаемых СВЧ-ламповых модулей, с возможностью их размещения в доступном для подключения месте и с возможностью уменьшения перепада освещенности. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области светотехники и техники сверхвысоких частот. В более узком приложении заявляемый объект относится к осветительным и облучательным устройствам, используемым для создания потоков оптического излучения в видимой или в ультрафиолетовой (УФ) частях спектра. В конкретном идеологическом и конструктивном построении заявляемый объект относится к сверхвысокочастотным (СВЧ) возбудителям безэлектродных газоразрядных ламп и к осветительным устройствам на их основе, работающим автономно и в сочетании с системой полых световодов.

Известна и уже реализована для освещения надземного перехода через Московскую кольцевую автомобильную дорогу (МКАД) система с источниками света в виде обычных металлогалогенных ламп (МГЛ), которые используются в сочетании с полыми зеркальными щелевыми световодами (см. Ю.Б.Айзенберг и др. "Архитектурно-функциональная система освещения пешеходного мостового перехода через МКАД щелевыми световодами", Светотехника, 1, 1997, с.4-6 - [1]). В числе исполнений этой системы выделим устройство, использующее одну МГЛ, 400 Вт и глубокий зеркальный параболический отражатель двухстороннего действия, служащий для распределения светового потока на две противоположно направленные линии световодов. Недостатки МГЛ - относительно невысокая долговечность и неточечная (несферическая) форма светящего тела, что снижает эффективность фокусировки потока, направляемого параболическим отражателем в световод.

Построение, описанное в [1] , является идеологическим, но отнюдь не конструктивным аналогом заявляемого объекта, поэтому далее детально не рассматривается, хотя и служит свидетельством актуальности задачи двунаправленного светораспределения при освещении протяженных пространств и одним из примеров ее решения.

Известны и конструктивные аналоги заявляемого объекта, которые относятся к ряду энергоэкономичных светильников, использующих СВЧ-возбудители с безэлектродными лампами, обладающими такими достоинствами, как высокая долговечность и квазиточечное (сферическое) светящее тело. Наиболее распространенным построением таких светильников является устройство, включающее в себя следующие основные компоненты: - СВЧ-генератор (магнетрон) накачки; - СВЧ-адаптер, связывающий магнетрон с СВЧ-трактом; - СВЧ-тракт, электродинамически связанный посредством излучателя (например, в виде излучающей щели) с резонатором; - светопрозрачный СВЧ-резонатор с рабочим видом колебаний ТЕ₁₁₁; - безэлектродную сферическую лампу, расположенную на консольном держателе в зоне пучности СВЧ электрического поля в резонаторе; - устройство стыковки с внешним оптическим формирователем светового потока (рефлектором).

За отсутствием стандартизированной терминологии для дальнейшего описания определим, что совокупность всех названных компонентов составляет "СВЧ-ламповый модуль". Частная же совокупность таких компонентов, как участок СВЧ-тракта, электродинамически связанный посредством излучателя любого типа с СВЧ-резонатором, размещенная в резонаторе безэлектродная лампа с элементами ее крепления и, возможно, с иными функциональными элементами (контрзеркалами, дихроичными рефлекторами и т.п.) составляет "СВЧ-возбудитель безэлектродной лампы". Таким образом, СВЧ-возбудитель - это составная часть СВЧ-лампового модуля. Заметим, что иногда (при моноблочном построении устройств) встроенный источник вторичного питания также относят к составу СВЧ-лампового модуля.

В большинстве известных конструкций СВЧ-лампового модуля предусмотрено вращение безэлектродной лампы в обеспечение сферичности и равнояркости светящего тела - светоизлучающего СВЧ-разряда, возбуждаемого и поддерживаемого азимутально неоднородным СВЧ-полем ТЕ₁₁₁ вида колебаний.

Для охлаждения магнетрона обычно используется вентилятор или турбинка. При этом вращение турбинки и безэлектродной лампы осуществляется одним электродвигателем, что позволяет не только компактно сформировать СВЧ-ламповый модуль, но, при необходимости, одновременно регулировать интенсивность обдува магнетрона и скорость вращения лампы, когда преднамеренным (в т.ч. запрограммированным) изменением режима магнетрона и, соответственно, мощности СВЧ-накачки производится управление уровнем потока оптического излучения.

Однако современные СВЧ-возбудители, входящие в СВЧ-ламповые модули вышеописанного состава и в том числе СВЧ-возбудитель, использованный в зарубежном СВЧ-ламповом модуле, известном под названием Light-Drive 1000 (см. Э. Д. Шлифер "Безэлектродные СВЧ-газоразрядные лампы" в кн. Энергосбережение в освещении, "Знак", - М., 1999, с. 169-194 - [2]), имеют конструктивное исполнение, заведомо ограничивающее сферу применения этих новых и, следует заметить, весьма перспективных (даже в существующем исполнении) устройств. При этом имеющиеся ограничения сферы применения в определенной мере являются следствием особенностей, присущих конструкциям известных СВЧ-возбудителей и СВЧ-ламповых модулей в целом. Поясним это на примере упомянутого модуля Light-Drive 1000. В этом устройстве (как и в отечественных образцах) в качестве источника СВЧ-энергии накачки используется магнетрон, широко применяемый в бытовых микроволновых печах (так называемый печной магнетрон), что отнюдь не случайно. Выбор именно печного магнетрона продиктован следующим: 1. Печной магнетрон с СВЧ-мощностью 0,8-1 кВт как объект массового производства и потребления является практически идеально отработанным прибором, характеризующимся: - высоким КПД при оптимальном сочетании электрических параметров и режимов; - малыми массой и габаритами;
- высокой надежностью и долговечностью;
- отсутствием необходимости в жидкостном охлаждении.

2. Печные магнетроны выпускаются многими конкурирующими фирмами миллионными тиражами по отлаженной и стабильной технологии и поэтому характеризуются:
- высокой повторяемостью параметров от экземпляра к экземпляру, что исключает необходимость индивидуальной регулировки СВЧ-возбудителя при замене магнетрона;
- низкими ценой и дефицитностью.

Заметим, что магнетроны меньшей (500 Вт) и большей (1,5 кВт) мощности не являются столь же массовыми. Все это делает печной магнетрон с уровнем мощности 0,8-1 кВт наиболее подходящим прибором для осуществления СВЧ-накачки безэлектродной лампы, в частности, используемой в наиболее употребительных устройствах, подобных Light-Drive 1000.

Однако полный световой поток, получаемый от "типичной" безэлектродной лампы при накачке от указанных "типичных" же магнетронов (мощностью 0,8-1 кВт), составляет 130-135 клм [2]. Это - весьма большая величина. Световые потоки такого высокого уровня далеко не всегда могут быть востребованы при организации систем освещения тех или иных объектов. Более того, излишне высокая освещенность может оказаться не только нецелесообразной, но и неприемлемой (сверхнормативной, слепящей, дискомфортной, отвлекающей, антихудожественной и т.п.).

В такой ситуации производят преднамеренное уменьшение светового потока, излучаемого безэлектродной лампой, что может быть осуществлено уменьшением мощности СВЧ-накачки, например, путем снижения анодного тока печного магнетрона, что означает "отход" от его оптимального режима. При этом могут быть частично, а то и полностью утрачены такие достоинства, как высокий КПД и стабильность работы магнетрона, что само по себе уже является "ограничителем" в сфере применения СВЧ-светового прибора.

Сказанное об ограниченности сферы применения известных конструкций СВЧ-возбудителей и СВЧ-ламповых модулей в полной мере относится и к случаю их использования для автономных светильников, и к случаю использования в сочетании с оптической системой полых протяженных световодов.

В последнем случае традиционное построение осветительной системы сводится к двум вариантам:
I. Один СВЧ-ламповый модуль, "запитывающий" полый протяженный прямолинейный световод, оканчивающийся зеркалом.

II. Два одинаковых СВЧ-ламповых модуля, "запитывающих" полый протяженный световод с противоположных концов (т.е. навстречу друг другу).

В обоих вариантах световод собирается из ряда секций, стыкуемых строго вдоль оси. Тем самым формируется "светоизлучающая линейка" требуемой длины. При этом, чем длиннее должна быть "линейка", тем более трудно обеспечить равномерный выход светового потока по длине линейки и соответственно добиться малого перепада освещенности объекта. Ради выполнения этой задачи приходится либо "набирать" относительно длинную световодную линейку из последовательности секций с различной (специально спрограммированной) излучательной способностью, либо вместо одной длинной линейки выстраивать несколько коротких с соответствующим увеличением числа СВЧ-ламповых модулей. Аналогичная ситуация возникает, когда необходимо освещать непрямолинейные или расположенные под углом участки объектов, например, туннелей или переходов.

Все это также может неблагоприятным образом сказаться на архитектурно-художественном облике освещаемого объекта, на "разводке" коммуникаций электропитания и на общеэкономических показателях.

Так в патенте США 5786667, НКИ 315/39 (МКИ H 01 J 65/04), авторы J.E. Simpson и др., опубл. 28.07.98 - [3], представлен в составе единого СВЧ-лампового модуля с магнетронным генератором СВЧ-накачки и электродвигателем вентилятора СВЧ-возбудитель безэлектродной лампы, содержащий отрезок прямоугольного волновода, светопрозрачный СВЧ-резонатор, безэлектродную сферическую лампу на диэлектрическом стержне-держателе, размещенную в резонаторе с возможностью вращения от указанного электродвигателя. Из особенностей конструкции устройства по [3], важных для анализа сходства и различий с заявляемым объектом, отметим следующие:
1. Магнетрон расположен на одной (условно - нижней) широкой стенке прямоугольного волновода и электродинамически связан с ним за счет погруженного в этот волновод антенного излучателя - вывода энергии магнетрона. Тем самым на входном участке волновода образован коаксиально-волноводный переход, обеспечивающий возбуждение ТЕ₁₀ волны в прямоугольном волноводе.

2. На выходном конце волновод выполнен короткозамкнутым.

3. На второй (верхней) широкой стенке волновода у короткозамкнутого выходного конца установлен светопрозрачный цилиндрический СВЧ-резонатор, нижней торцевой стенкой которого является часть указанной верхней широкой стенки прямоугольного волновода.

4. В этой широкой стенке волновода (соответственно в торцевой стенке СВЧ-резонатора) прорезана поперечная щель. Указанная поперечная щель в широкой стенке пересекает протекающие в ней продольные СВЧ-токи на волне типа ТЕ₁₀ и, следовательно, является излучающей. Тем самым обеспечивается электромагнитная связь волновода с СВЧ-резонатором, в котором упомянутая щель возбуждает радиальные СВЧ-токи в торцевой стенке, создавая топографию электромагнитного поля, присущую рабочему ТЕ₁₁₁ виду колебаний. При этом для создания достаточно сильной электромагнитной связи между прямоугольным волноводом и СВЧ-резонатором излучающая щель расположена непосредственно у короткозамкнутого выходного конца волновода, т.е. в пучности пересекающего щель СВЧ-тока.

5. В зоне пучности СВЧ электрического поля ТЕ₁₁₁ вида колебаний в СВЧ-резонаторе размещена сферическая безэлектродная лампа на диэлектрическом стержне-держателе, выступающем своим свободным концом сквозь центральное отверстие в нижней торцевой стенке резонатора вдоль его оси к двигателю, обеспечивающему вращение лампы.

6. Продольная ось цилиндрического СВЧ-резонатора расположена перпендикулярно широкой стенке прямоугольного волновода и вынесена за пределы короткозамкнутого конца волновода. Тем самым и расположенный вдоль этой оси диэлектрический стержень-держатель безэлектродной лампы также вынесен за пределы волновода.

7. Вал электродвигателя вращения лампы на одном конце жестко состыкован с диэлектрическим стержнем-держателем, а на другом - снабжен вентилятором обдува магнетрона. Соответственно, электродвигатель с вентилятором, как и магнетрон, располагается со стороны нижней широкой стенки волновода.

Сопровождающий описание [3] чертеж выполнен схематично, но достаточно четко иллюстрирует невозможность устранения указанных выше ограничений и, в частности, невозможность построения на базе представленного в [3] устройства светильников и световодных линеек с двунаправленным светораспределением (например, подобных [1] ). Все это является существенным недостатком устройства [3].

Более детально и практически одинаково по общему построению проработаны (и отражены на соответствующих фигурах) конструкции аналогов заявляемого объекта в патентах США: 5688064 (МКИ: F 21 V 19/00; F 16 B 7/18; НКИ 403/24 и др., автор B.Shanks, опубл. 18.11.1997 - [4]); 5847517 (МКИ: Н 05 В 41/16; НКИ: 315/248 и др., авторы M.Ury и др., опубл. 08.12.1998 - [5]); 5866990 (МКИ: Н 05 В 37/00, НКИ: 315/248 и др., авторы M.Ury и др., опубл. 02.02.1999 - [6] ), 5977712 (МКИ: H 01 J 65/04, автор J.Simpson, опубл. 02.11.1999 - [7]).

Аналоги [4, 5, 6, 7] по конструктивному исполнению СВЧ-возбудителя в СВЧ-ламповом модуле в целом выполнены по той же идеологической схеме, что и аналог [3] . В силу весьма близкого сходства между собой по существенным признакам аналогов [4-7] любой из них можно было бы признать прототипом заявляемого объекта. Для определенности в качестве прототипа рассмотрим наиболее поздний по времени опубликования аналог [7].

Как и аналог [3], прототип [7] содержит магнетрон и электродвигатель, расположенные со стороны одной и той же широкой стенки прямоугольного волновода СВЧ-возбудителя, в котором СВЧ-резонатор с безэлектродной лампой размещен на другой широкой стенке этого волновода. Электромагнитная связь прямоугольного волновода (тракта накачки) с СВЧ-резонатором осуществлена посредством излучающей щели (позиция 8 на фигуре к описанию [7]), пересекающей, как и в аналоге [3], продольные СВЧ-токи в волноводе, работающем на волне типа ТЕ₁₀, и радиальные СВЧ-токи в торцевой стенке резонатора с рабочим ТЕ₁₁₁ видом колебаний. Электродвигатель несет на одном конце вала турбинку для охлаждения магнетрона, а на другом конце вала - вращаемую безэлектродную лампу, диэлектрический стержень-держатель которой через переходную втулку жестко скреплен с указанным валом двигателя. Таким образом, обе широкие стенки волновода заняты: одна - магнетроном и двигателем с турбинкой, а другая (противолежащая) - светопрозрачным СВЧ-резонатором с безэлектродной лампой. Именно с этой стороны и предусмотрена пристыковка внешнего рефлектора.

Достоинством прототипа является его компактность и технологичность изготовления.

Недостатком прототипа, как и у аналога [3], является невозможность в пределах описанной конструкции СВЧ-возбудителя безэлектродной газоразрядной лампы устранить неблагоприятные эффекты и ограничения. А это существенно сужает возможности разработчиков систем освещения в принятии оптимальных технических и экономических решений по выбору "точек" установки и обслуживания светильников и схем разводки сети электропитания, а также ограничивает свободу реализации творческих замыслов в архитектуре и дизайне самих помещений и сооружений, подлежащих освещению.

В конечном итоге, как показывают маркетинговые исследования, этот недостаток является ощутимым тормозом в деле внедрения такого (в целом - передового и энергоэкономичного) источника света в практику построения новых локальных и протяженных систем освещения для многообразных народнохозяйственных объектов.

Сказанное не означает отрицания достоинств известных устройств СВЧ-возбудителя и СВЧ-лампового модуля, ибо такие устройства (в светильниках, прожекторах, в "запитывающих" модулях прямых световодных линеек) находят и еще будут находить свои области применения. Однако с расширением арсенала полезных средств освещения и облучения связан прогресс в технике, да и в социальной сфере. Это диктует необходимость создания новых построений СВЧ-ламповых модулей и соответствующих конкретных конструкций СВЧ-возбудителей безэлектродных ламп.

Задачей изобретения является создание СВЧ-возбудителя безэлектродной газоразрядной лампы, конструкция которого позволит, не нарушая оптимальный режим работы магнетрона (с высоким КПД и устойчивостью), перераспределить его выходную мощность для формирования в едином СВЧ-ламповом модуле разнонаправленных световых потоков. Это при реализации заявляемого объекта в СВЧ-ламповых модулях позволит существенно расширить их сферу применения и получить технический результат, состоящий в следующем:
1. Обеспечивается равнопригодность конструкции для построения протяженных и локальных осветительных устройств двухстороннего действия (двунаправленного излучения) с нормативной или требуемой освещенностью.

2. Обеспечивается уменьшенный перепад освещенности протяженных объектов в варианте осуществления двунаправленной "засветки" световодных линеек (в том числе при расположении их осей под углом) от единого СВЧ-лампового модуля.

3. Обеспечивается возможность независимо формировать различные виды кривых силы света (КСС) в разных направлениях.

4. Открывается возможность оптимального пространственного размещения СВЧ-лампового модуля и "точек" его подключения к питающей сети с соответствующим экономическим эффектом.

Указанные технические результаты и решение поставленной задачи достигаются тем, что сверхвысокочастотный возбудитель безэлектродной газоразрядной лампы, содержащий прямоугольный волновод, сформированный парами противолежащих узких и широких стенок, и электродинамически связанный с волноводом посредством выполненного в его стенке излучателя цилиндрический СВЧ-резонатор, на оси которого размещена безэлектродная лампа, снабжен дополнительным цилиндрическим резонатором с безэлектродной лампой на его оси, который идентично первому резонатору электродинамически связан с волноводом посредством излучателя, при этом излучатели для обоих резонаторов выполнены в противолежащих стенках волновода.

Из вышеизложенного вытекает, что возможности применения перспективных энергоэкономичных (и долговечных) световых приборов, использующих безэлектродные СВЧ-газоразрядные лампы, существенно расширены за счет снабжения СВЧ-возбудителя единого СВЧ-лампового модуля двумя пространственно разделенными (разнесенными) безэлектродными лампами с СВЧ-накачкой от единого магнетрона, работающего в оптимальном режиме (т.е. с высокими КПД и стабильностью), и обеспечения стыковки такого модуля с разнонаправленными, причем не обязательно вдоль одной прямой, формирователями светового потока, каждый из которых оптически сопряжен с соответствующей лампой. Это позволяет оптимальным образом выстраивать архитектуру систем освещения в локальных и особенно в протяженных объектах (тоннели, подземные и надземные переходы, станционные платформы, причалы и др.) с минимизацией числа обслуживаемых СВЧ-ламповых модулей, с возможностью их размещения в доступном для подключения месте и с возможностью уменьшения перепада освещенности, в частности, при использовании длинных световодных линий, "запитываемых" от СВЧ-лампового модуля.

Сопоставительный анализ предлагаемой конструкции СВЧ-возбудителя с уровнем техники и отсутствие описания аналогичных технических решений в известных источниках информации позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого устройства критерию "новизна".

Заявленное устройство характеризуется совокупностью признаков, проявляющих новые качества, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "изобретательский уровень".

На фиг.1 показано схематично устройство СВЧ-возбудителя в составе СВЧ-лампового модуля.

На фиг.2 показан вид устройства в плане.

На фиг.3 показаны фрагмент устройства с излучателем в виде щели и эпюра (распределение) СВЧ-тока вдоль щели.

На фиг.4 показан фрагмент устройства с вариантом исполнения излучателя.

На фиг.1, 2 представлен вариант конструкции устройства СВЧ-возбудителя в составе СВЧ-лампового модуля, отвечающего сформулированной выше идеологии построения в обеспечение двухстороннего действия. В показанном исполнении СВЧ-ламповый модуль содержит генератор СВЧ-накачки - печной магнетрон 1, СВЧ-тракт накачки, представляющий собой прямоугольный волновод 2 с поперечным сечением ab, где а и b - поперечные размеры пары широких 3, 4 и пары узких 5, 6 стенок соответственно, в совокупности формирующих этот волновод 2. Волновод 2 в общем случае может быть выполнен непрямолинейным (т.е. с изгибом или с изломом) по длине, а также имеющим изменяющееся по длине поперечное сечение (abconst). В частности, могут быть реализованы сочетания: a=const при bconst; b=const при aconst и aconst при bconst. Иными словами, поперечные размеры пары широких стенок 3, 4 и пары узких стенок 5, 6 волновода 2 могут быть порознь или одновременно изменяющимися по длине волновода 2. Заметим, что в прототипе [7] эти возможности не предусмотрены. В конструкции заявляемого объекта, показанной на фиг.1 и 2, для конкретности представлена лишь часть перечисленных выше возможных исполнений, а о некоторых не показанных исполнениях будет сказано ниже.

Итак, на фиг. 1, 2 проиллюстрировано исполнение, в котором непрямолинейность волновода 2 выражена в форме изгиба, а поперечное сечение ab выполнено переменным только на некотором участке длины волновода 2 в варианте a= const при bconst. Как показано на этих же фиг.1, 2, к каждой из противолежащих узких стенок 5 и 6 с внешней стороны прямоугольного волновода 2 контактно присоединено по одному светопрозрачному цилиндрическому СВЧ-резонатору 7, 8. При этом оси цилиндрических резонаторов 7, 8 расположены перпендикулярно плоскостям узких стенок соответственно 5, 6 прямоугольного волновода 2. Тем самым внешние поверхности узких стенок 5, 6 волновода 2 образуют торцевые непрозрачные стенки соответственно 9, 10 СВЧ-резонаторов 7, 8. Указанные торцевые стенки 9, 10 СВЧ-резонаторов 7, 8 могут быть не плоскими, а, скажем, сферическими для выполнения функций контр-зеркал, что и показано на фиг.1.

Заметим, что в конкретном исполнении, представленном на фиг.1, оси цилиндрических резонаторов 7, 8 не только перпендикулярны плоскостям стенок 5, 6, но и совпадают (находятся на одной прямой). Это совмещение осей не является обязательным. Например, если размер "а" широких стенок 3, 4, как упомянуто выше, сделан переменным по длине волновода 2 (скажем, возрастающим вдоль оси Z), то узкие стенки 5, 6 волновода 2 окажутся в непараллельных плоскостях (т.е. образуется расширяющийся - рупорный участок). Если при этом сохранить перпендикулярность осей резонаторов 7, 8 узким стенкам 5, 6 волновода 2, то оси резонаторов 7, 8 расположатся под углом. Соответственно, можно получить двухстороннюю направленность светового потока, но не по одной прямой, а также под некоторым углом, что в ряде применений может быть полезным. Чтобы не загромождать описание вариантами исполнения, но находясь в русле заявленного технического решения, ограничимся более наглядным и простым устройством, показанным на фиг.1, 2.

В узких стенках 5, 6 волновода 2 и, соответственно, в торцевых стенках 9, 10 СВЧ-резонаторов 7, 8 выполнены излучатели в виде щелей 11, 12 для обеспечения электромагнитной связи между волноводом 2 и СВЧ-резонаторами 7, 8 соответственно.

В резонаторах 7, 8 размещены сферические безэлектродные СВЧ-газоразрядные лампы 13, 14 на расположенных вдоль общей продольной оси диэлектрических стержнях-держателях 15, 16, обеспечивающих как осевое и радиальное позиционирование ламп 13, 14 в зоне пучности СВЧ-электрического поля ТЕ₁₁₁-вида колебаний резонаторов 7, 8, так и возможность вращения ламп для получения равнояркого сферического светящего тела. Указанное положение ламп 13, 14 в резонаторах 7, 8, положение и функции стержней-держателей 15, 16 не отличаются от известных согласно [7], тогда как положение щелей 11, 12 в волноводе 2 выбрано иным. Как отмечалось выше, щели 11, 12 выполнены в узких стенках 5, 6 волновода 2. При этом, учитывая, что в узких стенках 5, 6 СВЧ-токи при распространении вдоль волновода 2 СВЧ-энергии на низшем типе волны ТЕ₁₀ имеют только поперечное направление, щели 11, 12 расположены вдоль волновода. Тем самым щели 11, 12 пересекают поперечные СВЧ-токи и соответственно являются излучающими. Волновод 2 снабжен короткозамыкателем 17 на конце. На фиг. 3 показано расположение излучающей щели 11 (так же располагается и щель 12) относительно короткозамыкателя 17 и эпюра распределения поперечных СВЧ-токов i_y=i(z).

Максимум эпюры отстоит от плоскости короткого замыкания на расстояние L (фиг.3), равное четверти волноводной длины волны: _в/4, где
_раб - рабочая длина волны, _кр - критическая длина волны (_кр = 2a), а протяженность щелей 11, 12 выбрана l_щв/2. Соответственно, в торцевых стенках 9, 10 СВЧ-резонаторов 7, 8 каждая щель 11, 12 имеет направление хорды, длину l_щ, не выходящую за пределы окружности диаметром D_p. Ширина щели 11, 12 (t_щ) в предельном случае может быть равной ширине узкой стенки 5, 6, т.е. t_щb. На фиг.4 показан фрагмент устройства с вариантом исполнения излучателей в виде группы из нескольких щелей 11, 12 в каждой стенке 5, 6 волновода 2 (и естественно, в торцевых стенках 9, 10 СВЧ-резонаторов 7, 8) вместо одиночных.

При этом длины и ширины разных щелей в группе могут быть неодинаковыми.

В общем случае использование непрямолинейного прямоугольного волновода 2 и с различающимися размерами поперечного сечения (в частности, как на фиг.1 с bconst) по длине позволяет решить как принципиальные проблемы оптимизации электромагнитной связи волновода 2 с СВЧ-резонаторами 7, 8 (путем выбора соотношений между требуемыми размерами и формой излучающих щелей 11, 12 (t_щ, l_щ) и размерами а и b самого волновода 2), так и проблемы компоновки и "собираемости" заявляемого объекта в целом.

Возвращаясь к фиг. 1, 2, отметим еще не упоминавшиеся элементы конструкции, показанные лишь схематично, как не являющиеся предметом изобретения, но иллюстрирующие возможность его практической реализации и работоспособность.

Это - электродвигатель 18 с вентилятором 19 охлаждения магнетрона 1. Вентилятор 19 расположен на одном конце вала 20 электродвигателя 18, а на другом конце вала 20 жестко закреплена косозубая шестерня 21, сопряженная с другой косозубой шестерней 22, жестко закрепленной на приводном валу 23, общем для обеих безэлектродных ламп 13, 14.

На указанном общем приводном валу 23 эти лампы 13, 14 закреплены посредством стержней-держателей 15, 16. На фиг.1, 2 вообще не показаны детали крепления магнетрона 1, двигателя 18 и заделки стержней 15, 16 в приводном валу 23 и косозубых шестерен 21, 22, также не являющиеся предметом изобретения.

По этой же причине и чтобы не загромождать чертеж, не показаны крепежно-стыковочные элементы для постановки и фиксации СВЧ-резонаторов 7, 8 и схематично изображенных внешних формирователей светового потока - рефлекторов 24, 25. В представленном виде рефлекторы 24, 25 показаны в форме глубоких параболоидов для иллюстрации оптического сопряжения заявляемого объекта с полыми световодами 26, 27, направленными во взаимно противоположные стороны.

Последнее замечание следует сделать относительно не показанной на фиг. 1-4, но возможной конструкции заявляемого устройства, в которой излучающие щели 11, 12 прорезаны в обеих противолежащих широких стенках прямоугольного волновода у его короткозамкнутого конца. В этом исполнении для удобства компоновки элементов СВЧ-возбудителя волновод также может быть выполнен непрямолинейным (в частности, с изгибом). Такое построение целиком отвечает идее обеспечения двухстороннего действия СВЧ-возбудителя, а следовательно, и СВЧ-лампового модуля, не противореча сущности изобретения, отраженной в описании и формуле.

Предложенное устройство СВЧ-возбудителя в составе СВЧ-лампового модуля (на примере фиг.1, 2) работает следующим образом.

При включении модуля в питающую сеть одновременно включаются двигатель 18 и накал магнетрона 1. При этом находящиеся на валу 20 двигателя 18 вентилятор 19 и косозубая шестерня 21 начинают вращаться. Соответственно вентилятор 19 осуществляет охлаждение магнетрона 1, а шестерня 21, сопряженная с другой косозубой шестерней 22, приводит во вращение приводной вал 23 и, следовательно, обе безэлектродные лампы 13, 14, стержни-держатели 15, 16 которых закреплены на указанном едином приводном валу 23.

При включении магнетрона в рабочий режим (обычно это производится через несколько секунд после включения накала) СВЧ-энергия поступает в СВЧ-тракт - прямоугольный волновод 2, по которому и канализируется в направлении короткозамыкателя 17 на волне типа ТЕ₁₀ (и на этом же типе волны отражается от короткозамыкателя к магнетрону 1). При этом в узких стенках 5, 6 прямоугольного волновода 2 протекают только поперечные СВЧ-токи, пересекающие щели 11, 12. Указанные щели, пересекаемые поперечными СВЧ-потоками, являются излучающими и обуславливают электродинамическую связь волновода 2 с СВЧ-резонаторами 7, 8. В оба резонатора 7, 8 через излучающие щели 11, 12 поступает СВЧ-энергия накачки, причем СВЧ-токи, пересекающие щели 11, 12, навязывают цилиндрическим резонаторам 7, 8 распределение электромагнитного поля, соответствующее рабочему ТЕ₁₁₁-виду колебаний, поскольку, как видно из фиг.3, выбранное положение короткозамыкателя 17 обусловливает максимум эпюры СВЧ-токов в середине каждой щели. Все сказанное, естественно, подразумевает, что сами резонаторы 7, 8 имеют размеры, соответствующие существованию именно ТЕ₁₁₁ резонанса на рабочей частоте СВЧ-накачки.

В лампах 13, 14 СВЧ-поле резонаторов 7, 8 инициирует и поддерживает безэлектродный СВЧ-разряд, являющийся источником оптического излучения, спектральный состав которого зависит от выбранного в качестве наполнителя ламп рабочего вещества.

В рассматриваемом СВЧ-возбудителе в принципиальном плане эти рабочие вещества могут быть не одинаковыми в лампах 13, 14. Тогда заявленный объект при сохранении всех отличительных признаков явится устройством не только двухстороннего действия, но и источником двухцветного разнонаправленного излучения.

Такая задача выходит за рамки настоящего рассмотрения.

Если лампы 13 и 14 имеют одинаковый состав наполнителей и выполнены геометрически и технологически идентично, то "цветность" оптического излучения каждой из них остается практически не зависящей от некоторого различия в мощностях СВЧ-накачки, поступающих через одинаковые (в пределах допусков на изготовление) излучающие щели 11, 12 в СВЧ-резонаторы 7, 8.

Если щели 11, 12 сделаны преднамеренно различными, то одна лампа (условно 13) в связанную с ней световодную линию 26 будет излучать поток, не равный потоку другой (условно 14) лампы.

Эта задача, особенности самого устройства и его работы в построении, обеспечивающем не только двухстороннее действие, но и различные уровни интегральных световых потоков, излучаемых лампами 13 и 14, также выходят за рамки настоящего рассмотрения. Что же касается получения разных форм кривой силы света (при одинаковых интегральных потоках оптического излучения от ламп 13, 14), то для работы устройств не требуется внесение корректив в конструкцию собственно СВЧ-возбудителя, достаточно использовать разные внешние рефлекторы 24 и 25.

Формула изобретения

1. Сверхвысокочастотный возбудитель безэлектродной газоразрядной лампы, содержащий сформированный парами противолежащих широких и узких стенок прямоугольный волновод, снабженный щелевым СВЧ-излучателем и оконечным короткозамыкателем, контактирующий своей торцевой стенкой с волноводом и электродинамически связанный с ним посредством СВЧ-излучателя осесимметричный СВЧ-резонатор с размещенной в зоне пучности СВЧ-электрического поля газоразрядной лампой на стержне-держателе, двигатель с приводным валом, отличающийся тем, что введен дополнительный осесимметричный СВЧ-резонатор с дополнительной безэлектродной газоразрядной лампой на стержне-держателе в зоне пучности СВЧ-электрического поля указанного резонатора, при этом щелевой СВЧ-излучатель волновода выполнен в виде по меньшей мере одной продольной щели в каждой из противолежащих узких стенок, с которыми контактируют соответствующие СВЧ-резонаторы, причем стержни-держатели обеих ламп соединены с возможностью вращения с приводным валом двигателя.

2. СВЧ-возбудитель по п.1, отличающийся тем, что продольные щели СВЧ-излучателя, которые расположены в противолежащих узких стенках, выполнены неодинаковыми по размерам и/или местоположению относительно короткозамыкателя.

3. СВЧ-возбудитель по п.1 или 2, отличающийся тем, что прямоугольный волновод выполнен непрямолинейным и/или с непостоянными по его длине размерами поперечного сечения.

4. СВЧ-возбудитель по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что оси симметрии СВЧ-резонаторов расположены наклонно или перпендикулярно по отношению к плоскостям узких стенок волновода.

5. СВЧ-возбудитель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что в СВЧ-резонаторах размещены безэлектродные лампы разной цветности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4