低频无电极等离子灯制造技术

提供了一种无电极等离子灯和发光方法。该等离子灯可以包括提供射频（ＲＦ）功率的功率源以及含有填充物的灯泡，该填充物在ＲＦ功率耦合到填充物时形成等离子体。等离子灯还包括具有四分之一波共振模式的共振结构。该共振结构包括灯体，该灯体包括：具有大于２的相对电容率的介电材料；内部导体；以及外部导体。该功率源构造成大约以用于共振结构的共振频率提供ＲＦ功率给灯体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本领域涉及用于发光的系统和方法，更具体地，涉及无电极等离子灯。 附图说明图IA是根据示例性实施例的等离子灯的截面和示意性视图。图IB是根据示例性实施例的具有圆柱形外表面的灯体的透视截面视图。图2A是根据示例性实施例的灯泡的侧视截面视图。图2B是根据示例性实施例的具有尾部的灯泡的侧视截面视图。图2C示出了根据示例性实施例的由填充物产生的光谱的曲线图。图3A是根据示例性实施例的用于无电极等离子灯的驱动电路的框图。图;3B是根据示例性实施例的射频(RF)功率检测器的框图。图3C是根据替代性的示例性实施例的射频(RF)功率检测器的框图。图4A-E是根据示例性实施例的用于启动无电极等离子灯的方法的流程图。图5是根据示例性实施例的用于无电极等离子灯的运行模式操作的方法的流程图。图6A-D示出了使用灯体中的调谐孔来进行阻抗匹配和/或调频的示例性实施例。 具体实施例方式尽管本专利技术能够实现多种修改和替代性的构造，但是此处将详细描述图中所示的实施例。然而，应当理解，不存在将本专利技术限制于所公开的具体形式的目的。相反，意在使本专利技术涵盖所有落在如所附权利要求所明确阐述的本专利技术的精神和范围内的修改、等同设置以及替代性构造。图IA是根据示例性实施例的等离子灯100的截面和示意性视图。这仅仅是示例， 其他的等离子灯也可以与其他的实施例一起使用，包括微波或电感等离子灯。在图IA的示例中，等离子灯100可以具有由一种或多种固体介电材料形成的灯体102 ；以及邻近灯体 102定位的灯泡104。在一个示例性实施例中，灯体102由具有大约9. 2的相对电容率的固体氧化铝形成。灯泡104含有能够形成发光等离子体的填充物。灯驱动电路106将射频功率耦合到灯体102中，该功率继而被耦合到灯泡104中的填充物中，以形成发光等离子体。 在示例性实施例中，灯体102形成共振结构，该共振结构含有射频功率并将其提供给灯泡 104中的填充物。在示例性实施例中，灯体102相对较高，并且涂覆有导电材料。在灯体102内形成有凹部118。灯体102的外侧上的涂层108ο形成外部导体。凹部118内的涂层108i形成内部导体。外部导体和内部导体通过穿过灯体102的底部的导电涂层被一起接地。外部导体在灯体102上方延续，并且在灯泡104的顶部附近围绕灯泡104(尽管灯泡104的一部分延伸越过外部导体)。内部导体同样朝灯泡104延伸，并且在底部附近围绕灯泡104(尽管灯泡104的一部分延伸越过内部导体进入凹部118中)。灯体102的表面114并不涂覆导电材料(外部导体和内部导体形成靠近灯泡104的开路)。当内部导体H3的长度大约为该波导结构中的射频功率的波长(Ag)的四分之一时，该结构近似为四分之一波同轴共振器。该四分之一波共振器的短路端沿着灯体102的底部被发现，其中涂层108ο和108i在该处通过导电涂层被一起接地。该四分之一波共振器的开路端位于未涂覆的表面114处。 这与较宽且较短的构造形成了对比，该较宽且较短的构造近似为半波长共振腔而不是四分之一波同轴共振器。在图IA的示例性实施例中，开口 110延伸穿过灯体102的较薄区域112。开口 110 中的灯体102的表面114不被涂覆，并且灯泡104的至少一部分可以定位在开口 110中，以接收来自灯体102的功率。在示例性实施例中，较薄区域112的厚度H2可以处于从Imm到 15mm的范围，或者处于包含在该范围内的任何范围，并且可以小于灯泡104的外侧长度和/ 或内部长度。灯泡104的一端或全部两端可以从开口 110中伸出，并且延伸越过灯体102 的外表面上的导电涂层。这有助于避免形成在从灯体102耦合功率处的区域附近的高强度等离子体对灯泡104的端部的损害。内部导体和外部导体提供固体介电灯体102的较薄区域112中靠近灯泡104的高电场强度电容区域。这在灯泡104中产生电场，该电场基本上沿着灯泡104的中心轴线排列，基本平行于灯泡104的圆柱形壁。然而，由于灯泡104的端部延伸越过内部导体和外部导体，所以电场和等离子体主要限定在灯泡104的中间区域中而不是影响灯泡104的端部 (这可能潜在地损坏灯泡104)。由内部导体和外部导体限界的介电材料的该较薄区域112 确定施加于灯泡104的电场的形状并控制该电场。在一些实施例中，由于较薄区域112所提供的电容，高度Hl小于Xg/4。激发灯体102中的特定共振模式所需的频率通常还与灯体102的相对电容率(也称为介电常数) 的平方根成反比。结果，较高的相对电容率导致在给定的功率频率下特定的共振模式所需的灯体102较小(或者对于给定尺寸的灯体，频率较低)。另外，与共振腔灯相比，灯体102 可以具有小于波导中的RF功率的波长的一半的尺寸(小于Xg 2)。在示例性实施例中，灯体102的高度和直径(或宽度)都小于用于共振结构的Xg/2。在示例性实施例中，在对于用于灯体102的介电材料的相对电容率的自由空间中，灯体102的高度Hl和直径Dl (或者，对于矩形和其他形状，是宽度)都可以小于λ/2。在一些实施例中，内部导体和外部导体可以不平行，并且可以相对于另一个倾斜或者具有不规则的形状。在其他实施例中，外部导体和/或内部导体可以是矩形或其他形状。可以使用高频模拟软件来帮助选择灯体102和导电涂层的材料和形状，以实现期望的共振频率和灯体102中的电场强度分布。然后，可以根据经验对期望的属性进行细调。灯100具有插入在灯体102中的驱动探针120，用以向灯体102提供射频功率。包括诸如放大器IM的电源的灯驱动电路106可以耦合到驱动探针120，以提供射频功率。放大器IM可以通过匹配网络1 耦合到驱动探针120，以提供阻抗匹配。在示例性实施例中，灯驱动电路106匹配于用于灯100的稳定状态工作条件的负载(由灯体102、灯泡104和等离子体形成)。灯驱动电路106利用匹配网络(未示出)匹配于驱动探针120处的负载。在示例性实施例中，射频功率可以以在由灯体102以及内部导体和外部导体形成的共振结构内共振的频率或接近该频率的频率提供。在示例性实施例中，射频功率可以以大约50MHz至大约IOGHz之间的范围内或包含在该范围内的任何范围内的频率提供。射频功率可以以用于灯体102的共振频率或接近该共振频率的频率提供给驱动探针120。可以基于灯体102的尺寸、形状和相对电容率以及内部导体和外部导体的长度来选择频率，以提供共振。在示例性实施例中，针对用于共振结构的四分之一波共振模式来选择频率。在示例性实施例中，RF功率可以以共振频率或者在共振频率以上或以下0%至10%的范围内或者包含在该范围内的任何范围内施加。在一些实施例中，RF功率可以在共振频率以上或以下0%至5%的范围内施加。在一些实施例中，功率可以以共振频率以上或以下大约0至 50MHz的范围内或者包含在该范围内的任何范围内的一个或多个频率提供。在另一个示例中，功率可以以用于至少一个共振模式的共振带宽内的一个或多个频率提供。共振带宽是共振频率的任一侧上的功率最大值的一半下的全频率(在对于共振腔的频率与功率相比的曲线上)。在示例性实施例中，射频功率引起灯泡104中的发光等离子体放电。在示例性实施例中，功率通过射频波耦合来提供。在示例性实本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种无电极等离子灯，包括：提供射频功率的功率源；含有填充物的灯泡，当所述射频功率耦合到所述填充物时，所述填充物形成等离子体；以及具有四分之一波共振模式的共振结构，所述共振结构包括灯体，所述灯体包括：具有大于２的相对电容率的介电材料；内部导体；以及外部导体，所述功率源构造成大约以用于所述共振结构的共振频率提供所述射频功率给所述灯体。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·霍林斯沃思，
申请(专利权)人：勒克西姆公司，
类型：发明
国别省市：US