本發(fā)明涉及同軸無極紫外燈，更具體的是涉及新型等離子體同軸無極紫外燈系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、微波無極紫外燈的原理是利用微波技術(shù)實(shí)現(xiàn)燈具的無級調(diào)光和遠(yuǎn)程控制功能，并結(jié)合紫外線技術(shù)用于殺菌消毒。具體原理是通過控制微波功率控制燈具的亮度和開關(guān)狀態(tài)，同時紫外線部分通過強(qiáng)電磁場激發(fā)氬-汞燈管，輻射出254nm的紫外光線殺滅細(xì)菌和病毒。這種燈具可以廣泛應(yīng)用于醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域，如醫(yī)院手術(shù)室、潔凈室、藥房等，用于消毒滅菌；在食品加工行業(yè)中用于食品消毒保鮮；在家居環(huán)境中用于空氣凈化殺菌等；在水處理行業(yè)中用于水源的消殺滅菌。其節(jié)能環(huán)保、滅菌效果好的特點(diǎn)，使其在多個領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用前景。微波無極紫外燈采用以下三個技術(shù)：基于同軸的微波技術(shù)、電場中氣體電離與激發(fā)技術(shù)及紫外滅菌技術(shù)。

2、基于同軸的微波技術(shù):同軸線是一種屏蔽且非色散的結(jié)構(gòu)，是由同軸的兩根內(nèi)、外導(dǎo)體及中間的電介質(zhì)構(gòu)成的雙導(dǎo)體傳輸線。一般同軸線外導(dǎo)體接地，電磁場被限定在內(nèi)外導(dǎo)體之間，所以同軸線基本沒有輻射損耗，幾乎不受外界信號干擾。電磁波在同軸線內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體之間傳播，主模是tem模，因此可以使得電場分布均勻。

3、電場中氣體電離與激發(fā)技術(shù)：燈管附件的強(qiáng)電場會給氣體中的部分原子或分子帶來足夠的能量，使它們失去一個或多個電子，形成正離子和自由電子。這個過程稱為電離，產(chǎn)生的正離子和自由電子組成了等離子體。在電離過程中，一部分原子或正離子會吸收能量，電場會影響它們的能級分布，使得原子或正離子處于高能級。當(dāng)這些高能級的原子或正離子回到低能級時，會釋放出能量，產(chǎn)生特定的光譜線，這就是被激發(fā)的現(xiàn)象。

4、紫外滅菌技術(shù)：紫外殺菌技術(shù)是一種通過利用紫外線輻射來破壞細(xì)菌、病毒和其他微生物的方法。由于氣體分子或正離子激發(fā)會輻射出254nm的紫外光，處于uvc波段，能夠更有效地破壞微生物的dna和rna，從而達(dá)到殺菌消毒的效果。

5、但是在2.45ghz的工作頻率下，傳統(tǒng)的矩形波導(dǎo)(bj26:長寬為86*36mm)與圓波導(dǎo)(by22:d＝98mm)尺寸較大，且由于傳統(tǒng)波導(dǎo)的金屬結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致重量較重，不利于在小型場景的手持便攜使用。同時傳統(tǒng)波導(dǎo)裝置還存在電場分布不均勻?qū)е碌淖贤鉄袅炼炔痪鶆颉鹘y(tǒng)的同軸縫隙波導(dǎo)可以用在小尺寸場景但需要金屬的同軸結(jié)構(gòu)，仍較重。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種新型等離子體同軸無極紫外燈系統(tǒng)。

2、本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)上述目的具體采用以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明提供一種新型等離子體同軸無極紫外燈系統(tǒng)，包括內(nèi)導(dǎo)體管、插接在內(nèi)導(dǎo)體管一端的紫外燈管、以及套設(shè)內(nèi)導(dǎo)體管和紫外燈管外側(cè)的外導(dǎo)體管，內(nèi)導(dǎo)體管遠(yuǎn)離紫外燈管一側(cè)設(shè)有饋電端口；

4、內(nèi)導(dǎo)體管與紫外燈管插接處在強(qiáng)電場的作用下形成能夠激發(fā)紫外燈管產(chǎn)生等離子的等離子體激發(fā)結(jié)構(gòu)；

5、內(nèi)導(dǎo)體管的管壁上設(shè)置有用于尖端放電效的起輝結(jié)構(gòu)，內(nèi)導(dǎo)體管內(nèi)部設(shè)置有增加穩(wěn)定性的可調(diào)支撐組件。

6、在一個實(shí)施方式中，起輝結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在位于內(nèi)導(dǎo)體管靠近紫外燈管一端的金屬柱組件。

7、具體來說，離子體起輝結(jié)構(gòu)是在中空的內(nèi)導(dǎo)體上額外伸出一組金屬柱，由于金屬柱的尖端放電效應(yīng)，在金屬柱附近會產(chǎn)生強(qiáng)電場，有利于紫外燈管中等離子體的激發(fā)，增加起輝結(jié)構(gòu)后可以在更低的輸入功率下就產(chǎn)生足以激發(fā)等離子體的強(qiáng)電場，進(jìn)而使得紫外燈管起輝并發(fā)光。

8、在一個實(shí)施方式中，金屬柱組件包括按周向均布在內(nèi)導(dǎo)體管端部的多根放電柱，各放電柱的軸線與內(nèi)導(dǎo)體管的軸線相互平行。

9、在一個實(shí)施方式中，可調(diào)支撐組件為可調(diào)支撐柱，可調(diào)支撐柱從內(nèi)導(dǎo)體管內(nèi)遠(yuǎn)離紫外燈管一側(cè)插入到內(nèi)導(dǎo)體管內(nèi)，可調(diào)支撐柱與紫外燈管端部接觸。

10、具體來說，可調(diào)支撐柱，其為金屬材質(zhì)，形狀類似活塞，主要作用為將石英管前后固定，防止其滑動損壞。

11、在一個實(shí)施方式中，還包括紫外燈固定支架，紫外燈固定支架包括等間距套設(shè)在紫外燈管外壁上的多個支撐件，各支撐件外側(cè)均與外導(dǎo)體管抵緊。

12、在一個實(shí)施方式中，各支撐件均包括固定環(huán)、按圓周均布在固定環(huán)外側(cè)的多個長度相同的支撐臂、以及設(shè)置在各支撐臂末端的固定件，各支撐臂均位于固定環(huán)的徑向上。

13、具體來說，支撐件由帶有三個支撐臂的中空圓環(huán)連接而成，中空部位可固定并放置紫外燈管，三個支撐臂兩兩夾角間為120°，支撐壁的外側(cè)帶有螺孔，固定螺釘可從外導(dǎo)體管外將支撐件固定在外導(dǎo)體管罩上。支撐件可視具體燈管長度決定裝數(shù)量。

14、在一個實(shí)施方式中，內(nèi)導(dǎo)體管為中空銅管。

15、具體來說，將傳統(tǒng)同軸結(jié)構(gòu)中內(nèi)導(dǎo)體管改為中空銅管，且為只保留饋電端口的中空銅管，中空銅管內(nèi)插上填充有氬汞氣體的紫外燈管(石英管)，外導(dǎo)體管不影響紫外光輻射，同時可以防止電磁波泄露。

16、同時，本方案利用等離子體激發(fā)后的類金屬特性，使其成為同軸波導(dǎo)的內(nèi)導(dǎo)體，大大減輕了燈具的重量。且進(jìn)行了多物理場仿真，結(jié)果顯示激發(fā)后燈具中的電磁場分布均勻，等離子體分布均勻。

17、在微波輸入的情況下(輸入功率為50w)：微波從左側(cè)的饋電端口饋入，通過tem模(tem模式，即橫電磁模式，是指電場和磁場方向都與傳播方向垂直的電磁波傳輸模式)傳輸?shù)接袃?nèi)導(dǎo)體管，在此處形成終端開路結(jié)構(gòu)，有較強(qiáng)的場強(qiáng)。

18、由于紫外燈管一端插在中空銅管中，該插接處有強(qiáng)電場可以激發(fā)等離子體，導(dǎo)致整個紫外燈管被點(diǎn)亮，激發(fā)后的等離子體與金屬外壁構(gòu)成同軸結(jié)構(gòu)，此時電磁場可以在中間空氣介質(zhì)中傳播。

19、對該模型進(jìn)行二維軸對稱簡化，并進(jìn)行氬等離子體仿真(壓強(qiáng)為4torr)其電子密度分布；激發(fā)后的等離子體仍具有一定的趨膚深度，并不能當(dāng)作完美電導(dǎo)體，這導(dǎo)致此時內(nèi)外導(dǎo)體之間的電磁場是近似tem模式分布，分布具有周期性且較為均勻。

20、仿真研究了填充氬汞氣體的紫外燈管在不同壓強(qiáng)和功率下的s11參數(shù)(s11為反射功率與入射功率比值進(jìn)行對數(shù)運(yùn)算，s11越小代表反射越少，-10db對應(yīng)10％的功率被反射，90％的功率被負(fù)載吸收)，仿真表面，在輸入功率為50w固定時，隨壓強(qiáng)增大，s11參數(shù)變好，4torr時s11達(dá)到-14.197，超過96％的功率被等離子體吸收。

21、在一個實(shí)施方式中，外導(dǎo)體為金屬網(wǎng)罩。

22、具體來說，使用金屬網(wǎng)罩作為外導(dǎo)體，不影響紫外光輻射，同時可以防止電磁波泄露。

23、在一個實(shí)施方式中，內(nèi)導(dǎo)體與外導(dǎo)體之間和內(nèi)導(dǎo)體與紫外燈管之間填充空氣。

24、在一個實(shí)施方式中，在紫外燈管中填充氬-汞混合氣體。

25、在一個實(shí)施方式中，中空銅柱的外徑為25mm-30mm。

26、具體來說，本方案設(shè)計(jì)合理，本方案的紫外燈的微波饋電結(jié)構(gòu)尺寸相比與傳統(tǒng)矩形波導(dǎo)或圓波導(dǎo)大大減少(傳統(tǒng)的矩形波導(dǎo)bj26的長寬為86*36(mm)；傳統(tǒng)圓波導(dǎo)by22的直徑d＝98(mm)；本方案的直徑d為25mm-30mm)。相比于傳統(tǒng)同軸縫隙波導(dǎo)激發(fā)紫外燈，本方案沒有復(fù)雜的同軸縫隙金屬結(jié)構(gòu)。本方案在均勻、高效的前提下大大優(yōu)化了裝置的結(jié)構(gòu)，使其質(zhì)量相比傳統(tǒng)無極紫外燈有顯著降低，傳統(tǒng)圓波導(dǎo)質(zhì)量為1000g，傳統(tǒng)矩形波導(dǎo)的質(zhì)量682g，本發(fā)明中空銅管的重量為176g。

27、該方案的工作為頻率為2.45ghz。

28、本發(fā)明的有益效果如下：

29、創(chuàng)新性地將激發(fā)后的無極紫外燈管直接作為內(nèi)導(dǎo)體，將金屬網(wǎng)罩作為外導(dǎo)體，構(gòu)成類同軸結(jié)構(gòu)，使得電磁波可以在內(nèi)外導(dǎo)體之間均勻傳播，進(jìn)而使得等離子體放電更加均勻，紫外燈的亮度均勻。