ES2554602T3 - Fuente de luz - Google Patents
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Abstract
Una fuente de luz que se alimenta mediante energía de microondas, presentando la fuente: * un crisol de plasma sólido (5) de material que es translúcido para que la luz salga del mismo, presentando el crisol de plasma un vacío central sellado (51) en el crisol de plasma; * una jaula de Faraday (6) que rodea al crisol de plasma, siendo la jaula al menos parcialmente transmisora de luz para la luz que sale del crisol de plasma, pudiendo retener al mismo tiempo las microondas; * un relleno en el vacío de material que puede excitarse mediante energía de microondas para formar en el mismo un plasma de emisión de luz; * una antena (47) dispuesta dentro del crisol de plasma para transmitir al relleno energía de microondas de inducción de plasma, presentando la antena: * una conexión de antena (41) que se extiende fuera del crisol de plasma para acoplarse a una fuente de energía de microondas; * una fuente de microondas (2) a una frecuencia que permite excitar una resonancia dentro del crisol translúcido y la jaula de Faraday para excitar un plasma de emisión de luz en el vacío sellado; y * una guía de ondas (31, 34) para transferir microondas desde el generador a la antena, siendo la guía de ondas: * sustancialmente de una longitud de dos o más semilongitudes de onda, y que presenta: * una entrada de guía de ondas (23) desde el generador situado cerca de un extremo de entrada de la guía de ondas y * una salida de guía de ondas hacia la conexión de antena que comprende un conductor de microondas (4) situado cerca de un extremo de salida de la guía de ondas, comprendiendo el conductor de microondas (4): * una parte de resonador (43) y 40 * una parte de salida (44), estando girada la parte de resonador un ángulo recto con respecto a la parte de salida (44), estando situada la parte de salida a la mitad de la altura de la guía de ondas, atravesando una pared de extremo (37) de la guía de ondas y extendiéndose como la conexión de antena (41).
Description
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Fuente de luz.
La presente invencion se refiere a una fuente de luz sin electrodos (vease, por ejemplo, el documento JPS62055858).
En la patente estadounidense n.° 6.737.809 se describe y se reivindica:
1. Una lampara, que comprende:
(a) una gula de ondas que presenta un cuerpo que comprende un material dielectrico de ceramica con una forma y dimensiones preseleccionadas, presentando el cuerpo un primer lado determinado por una primera superficie externa de gula de ondas;
(b) un primer alimentador de microondas colocado dentro y en estrecho contacto con el cuerpo de la gula de ondas, adaptado para transferir la energla de microondas al cuerpo desde una fuente de microondas que presenta una salida y una entrada y que funciona en un intervalo de frecuencias comprendido aproximadamente entre 0,5 y 30 GHz a un frecuencia e intensidad preseleccionadas, estando conectado el alimentador a la salida de la fuente, donde dichas frecuencia e intensidad y dichas dimensiones y forma del cuerpo se seleccionan para que el cuerpo resuene en al menos un modo resonante que presenta al menos un maximo de campo electrico;
(c) una primera cavidad encerrada que depende de dicha primera superficie dentro del cuerpo de la gula de ondas; y
(d) una primera bombilla situada en la cavidad en una ubicacion correspondiente a un maximo de campo electrico durante el funcionamiento, conteniendo la bombilla un relleno de gas que cuando recibe energla de microondas desde el cuerpo de gula de ondas resonante forma un plasma de emision de luz.
Los solicitantes de la presente invencion han denominado este dispositivo "lampara de gula de ondas de ceramica" y han desarrollado su tecnologla y, en particular, han desarrollado un circuito de adaptacion para adaptar la impedancia de salida de una fuente de microondas a la impedancia de entrada de la gula de ondas. Esto se describe en la solicitud de patente internacional PCT/GB2007/001935 (la solicitud 1935).
En el desarrollo de bombillas sin electrodos en una gula de ondas, los solicitantes de la presente invencion han combinado la lampara y la gula de ondas, permitiendo que la luz se propague a traves de la gula de ondas. Este desarrollo es el contenido de la solicitud de patente Internacional PCT/GB2008/003829, la cual describe y reivindica:
1. Una fuente de luz que se alimenta mediante energla de microondas, presentando la fuente:
• un crisol de plasma solido de material que es translucido para que la luz salga del mismo, presentando el crisol de plasma un vaclo sellado en el crisol de plasma;
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• una jaula de Faraday que rodea al crisol de plasma, siendo la jaula al menos parcialmente transmisora de luz para la luz que sale del crisol de plasma, pudiendo retener al mismo tiempo las microondas;
• un relleno en el vado de material que puede excitarse mediante energia de microondas para formar en el mismo un plasma de emision de luz; y
• una antena dispuesta dentro del crisol de plasma para transmitir al relleno energia de microondas de induccion de plasma, presentando la antena:
• una conexion que se extiende fuera del crisol de plasma para acoplarse a una fuente de energia de microondas;
siendo la disposicion tal que la luz de un plasma en el vado puede pasar a traves del crisol de plasma y propagarse desde el mismo a traves de la jaula.
Para entender esta fuente de luz, se usan las siguientes definiciones:
"translucido" significa que el material, a partir del cual el elemento se describe como translucido, es transparente o translucido;
"crisol de plasma" significa un cuerpo cerrado que contiene un plasma, estando este ultimo en el vado cuando el relleno del vado se excita mediante energia de microondas procedente de la antena.
Los solicitantes de la presente invencion llaman LER a esta fuente de luz.
Se ha observado una diferencia importante entre una lampara de gda de ondas de ceramica que usa una bombilla sin electrodos insertada en la gda de ondas y una LER. En la primera hay un cambio en la impedancia de entrada de la gda de ondas entre el encendido y un funcionamiento continuo. Esto provoca un desajuste de impedancia con la impedancia de salida de la fuente de microondas que enciende la lampara. Este desajuste se trata en el circuito de adaptacion de paso banda de la solicitud 1935, lo que permite que pase energia de microondas tanto en el encendido como durante el funcionamiento normal. En el caso de la LER, no se produce tal cambio en la impedancia de entrada. De hecho, se ha observado que la impedancia de entrada de la LER permanece sustancialmente constante entre el encendido y el funcionamiento normal.
En este caso puede usarse un circuito de adaptacion mas sencillo.
El objeto de la presente invencion es proporcionar una fuente de luz mejorada de tipo LER.
Segun la invencion se proporciona una fuente de luz que se alimenta mediante energia de microondas, presentando la fuente:
• un crisol de plasma solido de material que es translucido para que la luz salga del mismo, presentando el crisol de plasma un vado central sellado en el crisol de plasma;
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una jaula de Faraday que rodea el crisol de plasma, siendo la jaula al menos parcialmente transmisora de luz para la luz que sale del crisol de plasma, pudiendo retener al mismo tiempo las microondas;
• un relleno en el vado de material que puede excitarse mediante energia de microondas para formar en el mismo un plasma de emision de luz;
• una antena dispuesta dentro del crisol de plasma para transmitir al relleno energia de microondas de Induccion de plasma, presentando la antena:
• una conexion que se extiende fuera del crisol de plasma para acoplarse a una fuente de energia de microondas; y
• una fuente de microondas a una frecuencia que permite excitar una resonancia dentro del crisol translucido y la jaula de Faraday para excitar un plasma de emision de luz en el vado sellado; y
• una gda de ondas (31, 34) para transferir microondas desde el generador a la antena, siendo la gda de ondas:
• sustancialmente de una longitud de dos o mas semilongitudes de onda, y que presenta:
• una entrada de gda de ondas (23) desde el generador situado cerca de un extremo de entrada de la gda de ondas y
• una salida de gda de ondas hacia la conexion de antena que comprende un conductor de microondas (4) situado cerca de un extremo de salida de la gda de ondas, comprendiendo el conductor de microondas (4):
• una parte de resonador (43) y
• una parte de salida (44), estando girada la parte de resonador un angulo recto con respecto a la parte de salida (44), estando situada la parte de
salida a la mitad de la altura de la gda de ondas, atravesando una pared de extremo (37) de la gda de ondas y extendiendose como la conexion de antena (41).
En la realizacion preferida, la entrada de la gda de ondas y la salida de la gda de ondas estan situadas de manera simetrica, es decir, son equidistantes desde los respectivos extremos de la gda de ondas. Sin embargo, puede concebirse que puedan no ser simetricas, a expensas de una menor eficiencia.
Asimismo, en la realizacion preferida, la entrada y la salida estan situadas a un cuarto de longitud de onda desde los respectivos extremos de la gda de onda. De nuevo, puede concebirse que puedan estar situadas a diferentes fracciones/porcentajes de una longitud de onda desde los extremos.
Preferiblemente, la gda de ondas es una gda de ondas mediante aire. La gda de ondas puede tener una seccion transversal cilmdrica circular, pero es preferible usar una seccion transversal rectangular.
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De nuevo, aunque el generador de microondas puede ser un oscilador electronico y un dispositivo amplificador, se prefiere un magnetron.
En la realizacion preferida:
• la gula de ondas es un canal metalico cuya longitud es de sustancialmente una longitud de onda y que presenta un cierre metalico y donde, preferiblemente
• el generador de microondas esta montado en una cara del canal o en el cierre metalico y donde, preferiblemente
• la entrada de la gula de ondas es una salida del generador de microondas, que atraviesa la cara o el cierre y donde, preferiblemente
• la salida de la gula de ondas esta fijada a una cara del canal o al cierre y se extiende con respecto al eje longitudinal central del canal, extendiendose a lo largo del mismo hasta salir del canal hacia la conexion de antena, con la que es solidaria.
Preferiblemente, la conexion de antena es una conexion coaxial con respecto a la antena, que esta dotada preferiblemente de un elemento externo coaxial que rodea a la conexion de antena.
Preferiblemente, el elemento externo coaxial es un manguito metalico rlgido unido a la gula de ondas, y un aislante ceramico esta previsto entre la conexion de antena y el manguito; y, preferiblemente, el manguito metalico porta el crisol de plasma en su extremo alejado de la gula de ondas, estando la jaula de Faraday conectada al manguito metalico.
De manera conveniente, la jaula de Faraday presenta una banda que se extiende hacia el manguito metalico, estando fijada la banda al manguito metalico para que este sostenga el crisol de plasma.
En otra realizacion preferida, la fuente de microondas es:
• una fuente de microondas controlable acoplada a la conexion de antena; incluyendo ademas la fuente de luz:
• un encendedor para encender un plasma en el relleno del vaclo sellado,
• un detector para detectar el encendido del plasma, y
• un circuito de control para alimentar la fuente inicialmente a baja potencia, y junto con el encendedor, y para desconectar el encendedor y aumentar la potencia de la fuente de microondas tras la deteccion del encendido del plasma.
Para ayudar a entender la invencion, a continuacion se describira una realizacion especlfica de la misma, a modo de ejemplo, y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
la Figura 1 es una vista en despiece ordenado de una fuente de luz segun la invencion;
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la Figura 2 es una vista lateral en seccion transversal de la fuente de luz a lo largo de su eje longitudinal;
la Figura 3 es un grafico de respuesta de perdida de retomo (RL) con respecto a la frecuencia de entrada con una frecuencia variable del circuito de adaptation de gula de ondas de la lampara.
Haciendo referencia a los dibujos, una lampara de microondas sin electrodos 1 presenta:
• un magnetron 2, que es un magnetron convencional como los usados en un horno de microondas, dotado de un ventilador de refrigeration 21 y un conducto 22, y que funciona a 2,45 GHz;
• un circuito de adaptacion de gula de ondas 3, en forma de un canal de aluminio rectangular 31 que encierra una cavidad llena de aire 32, que tiene una seccion transversal rectangular con respecto a su longitud. Para introducir microondas en la cavidad, la antena de salida 23 del magnetron se extiende a traves de una abertura 33 en una tapa 34 que cierra el receptaculo. Un borde 35 de la abertura 33 esta en estrecho contacto de tierra con la malla de tierra 24 del magnetron que rodea a la antena. Las dimensiones internas de la gula de ondas son:
Longitud 121,7 mm
Anchura 72,9 mm
Altura 42,8 mm
La longitud de la gula de ondas es una longitud de onda, A, de una radiation de microondas de 2,45 GHz en aire, ajustada a la forma de los componentes. La antena de salida 23 del magnetron esta dispuesta a un cuarto de longitud de onda desde un extremo 36 de la gula de ondas;
• un conductor de microondas 4 que forma una salida de la gula de ondas por aire para introducir microondas en una conexion de antena 41 esta acoplado mediante un tornillo 42 a la tapa 43 a un cuarto de longitud de onda desde el otro extremo 37 de la gula de ondas. Esta position proporciona una tension maxima con la que transmitir. El conductor tiene una parte de resonador 43, la parte sujetada por el tornillo, y esta girada un angulo recto con respecto a una parte de salida 44 a la mitad de la altura de la gula de ondas y atraviesa una pared de extremo 37 del canal 31. Por lo tanto, se extiende como la propia conexion de antena a traves de un soporte de crisol de aluminio 45. Este aloja un aislante ceramico 46, dando a la conexion con el soporte de crisol una propiedad coaxial;
• un crisol translucido 5 en forma de disco de cuarzo, que tiene:
Diametro 49 mm
Longitud 21 mm
Tiene un vaclo central 51 relleno con material excitable y un diametro interior descentrado 52 para recibir el extremo de antena 47 del conductor 4. Para ello, aunque es solidario
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con su parte de conexion de antena 41 y su parte de salida 44 dentro del canal, comprende una antena para introducir energla de microondas en el crisol;
• una jaula de Faraday perforada 6 cubre el extremo expuesto 53 y el lado 54 del crisol. La jaula comprende un metal laminado perforado 61 y tiene una banda no perforada 62 a traves de la cual el crisol esta fijado al soporte de crisol 45 mediante tornillos 63;
• un inserto ceramico 7 para un encendedor se extiende de manera oblicua hacia el interior del soporte de crisol y sostiene un electrodo 71 que se extiende cerca del extremo 47 del conductor. Esta conectado a un circuito de encendedor 72 adaptado para aplicar una alta tension pulsada, que provoca la descarga de plasma cuando el magnetron se activa a baja potencia. Un fotodiodo 73 esta montado en el soporte en una posicion para detectar luz del crisol, a traves de una fibra optica 74;
• un circuito de control 8 esta conectado al magnetron, para suministrarle corriente de activacion, al circuito de encendedor para controlarlo y al fotodiodo. Cuando va a encenderse la lampara, se aplica baja corriente de activacion al magnetron y el encendedor se activa. Una vez que el fotodiodo detecta luz, el encendedor se desactiva y la potencia para el magnetron aumenta. La fuente de luz esta entonces en funcionamiento.
A partir de las caracterlsticas de frecuencia mostradas en la Figura 3, debe observarse particularmente que la gula de ondas actua como una llnea de transmision entre el magnetron y la conexion coaxial para la antena y el crisol translucido.
No debe considerarse que la invention esta limitada a los detalles de la realization antes descrita. En particular, no esta limitada a funcionar a 2,45 GHz. Puede funcionar entre un orden de magnitud inferior y un orden de magnitud superior a esta frecuencia, teniendo en cuenta que la longitud de la cavidad, expresada en longitud de onda de microondas u ondas electromagneticas para una longitud de onda, es inversamente proporcional a la frecuencia. En particular, puede funcionar a 434 MHz, y menos, y a 5,2 GHz, y mas, y a frecuencias entre las mismas. A frecuencias mas altas, la longitud total puede aumentar en multiplos de semi-lambda. De hecho, esto es posible a frecuencia mas bajas, pero da como resultado que un componente que ya tiene una cierta longitud sea mas largo.
Claims (13)
- 51015202530354045501. Una fuente de luz que se alimenta mediante energla de microondas, presentando la fuente:• un crisol de plasma solido (5) de material que es translucido para que la luz salga del mismo, presentando el crisol de plasma un vaclo central sellado (51) en el crisol de plasma;• una jaula de Faraday (6) que rodea al crisol de plasma, siendo la jaula al menos parcialmente transmisora de luz para la luz que sale del crisol de plasma, pudiendo retener al mismo tiempo las microondas;• un relleno en el vaclo de material que puede excitarse mediante energla de microondas para formar en el mismo un plasma de emision de luz;• una antena (47) dispuesta dentro del crisol de plasma para transmitir al relleno energla de microondas de induccion de plasma, presentando la antena:• una conexion de antena (41) que se extiende fuera del crisol de plasma para acoplarse a una fuente de energla de microondas;• una fuente de microondas (2) a una frecuencia que permite excitar una resonancia dentro del crisol translucido y la jaula de Faraday para excitar un plasma de emision de luz en el vaclo sellado; y• una gula de ondas (31, 34) para transferir microondas desde el generador a la antena, siendo la gula de ondas:• sustancialmente de una longitud de dos o mas semilongitudes de onda, y que presenta:• una entrada de gula de ondas (23) desde el generador situado cerca de un extremo de entrada de la gula de ondas y• una salida de gula de ondas hacia la conexion de antena que comprende un conductor de microondas (4) situado cerca de un extremo de salida de la gula de ondas, comprendiendo el conductor de microondas (4):• una parte de resonador (43) y• una parte de salida (44), estando girada la parte de resonador un angulo recto con respecto a la parte de salida (44), estando situada la parte de salida a la mitad de la altura de la gula de ondas, atravesando una pared de extremo (37) de la gula de ondas y extendiendose como la conexion de antena (41).
- 2. Una fuente de luz segun la reivindicacion 1, en la que la fuente de microondas puede controlarse en lo que respecta a la potencia de su salida y que incluye:• un encendedor (71, 72) para encender un plasma en el relleno del vaclo sellado,5101520253035404550un detector (73, 74) para detectar el encendido del plasma, y• un circuito de control (8) para alimentar la fuente inicialmente a baja potencia, y junto con el encendedor, y para desconectar el encendedor y aumentar la potencia de la fuente de microondas tras la detection del encendido del plasma.
- 3. Una fuente de luz segun la reivindicacion 1 o la reivindicacion 2, en la que la entrada de la gula de ondas y la salida de la gula de ondas estan situadas de manera simetrica, es decir, son equidistantes desde los respectivos extremos de la gula de ondas.
- 4. Una fuente de luz segun la reivindicacion 1, la reivindicacion 2 o la reivindicacion 3, en la que la entrada de la gula de ondas y la salida de la gula de ondas estan situadas a un cuarto de longitud de onda desde los respectivos extremos de la gula de ondas.
- 5. Una fuente de luz segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en la que la gula de ondas es una gula de ondas mediante aire.
- 6. Una fuente de luz segun cualquier reivindicacion anterior, en la que la gula de ondas tiene una section transversal cillndrica circular o la gula de ondas tiene una section transversal rectangular.
- 7. Una fuente de luz segun la reivindicacion 6, en la que:• la gula de ondas es un canal metalico cuya longitud es de sustancialmente una longitud de onda y que presenta un cierre metalico,• el generador de microondas esta montado en una cara del canal o en el cierre metalico y,• la entrada de la gula de ondas es una salida del generador de microondas, que atraviesa la cara o el cierre.
- 8. Una fuente de luz segun la reivindicacion 7, en la que:• la salida de la gula de ondas esta fijada a una cara del canal o al cierre y se extiende con respecto al eje longitudinal central del canal, extendiendose a lo largo del mismo hasta salir del canal hacia la conexion de antena, con la que es solidaria.
- 9. Una fuente de luz segun cualquier reivindicacion anterior, en la que la conexion de antena esta dotada de un elemento externo coaxial que rodea a la conexion de antena.
- 10. Una fuente de luz segun la reivindicacion 9, en la que el elemento externo coaxial es un manguito metalico rlgido (45) unido a la gula de ondas, y un aislante ceramico (46) esta previsto entre la conexion de antena y el manguito.
- 11. Una fuente de luz segun la reivindicacion 10, en la que el manguito metalico porta el crisol de plasma en su extremo alejado de la gula de ondas, estando la jaula de Faraday conectada al manguito metalico y, preferiblemente, la jaula de Faraday tiene una banda (62) que se extiende hacia el manguito metalico, estando fijada la banda al manguito metalico para que este sostenga el crisol de plasma.
- 12. Una fuente de luz segun la reivindicacion 11, en la que el manguito metalico aloja:• un segundo aislante ceramico (7) y5 • un conductor de encendido dentro del segundo aislante ceramico y que sobresalehacia el crisol de plasma.
- 13. Una fuente de luz segun cualquier reivindicacion anterior, en la que la fuente de microondas es un oscilador electronico y un dispositivo amplificador o un magnetron (2).10
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