一种高效率微波激励无极紫外线灯阵系统的制作方法

本发明属于微波能和紫外线组合应用技术领域，尤其涉及一种高效率微波激励无极紫外线灯阵系统。

背景技术：

微波激励无极灯产生紫外线是近年来快速发展的环保技术，可用以于空气净化、污染水处理等各个领域。以对应的空气净化技术为例，其基本原理是：首先通过电源和磁控管产生微波能量，该能量被馈入排列有紫外灯管阵列的腔体内，激励无极紫外线灯管产生紫外线。受紫外线的激励，流过灯阵的空气会被激励产生一定浓度的臭氧，紫外线和臭氧对空气起到杀菌和净化作用。实践证明在无极灯功率和强度一定的条件下，微波无极紫外光的杀菌率高达99.92％。因此该类空气净化装具有非常好的空气净化效率。当配备有大功率微波电源时，因其产生的紫外线强度较大，可以对大量的废气起到空气净化作用，并达到排放标准。其潜在的工业应用非常广泛。但是，目前的微波激励无极紫外线灯阵设计方式其微波激励源通常通过单一波导或喇叭直接激励排列灯阵的腔体。该类设计方式存在多种缺陷。(1)由单一波导直接激励灯阵腔体时，由于腔体馈电口的输入阻抗和馈电系统的阻抗差异较大，造成微波功率传输匹配较差引起微波能量反射率过高。不仅馈电效率较低，形成能量浪费，而且造成微波源被反射功率烧毁的风险；(2)由于单一的馈电口在腔体内部引起的电磁波传播过程接近球面波扩散，电磁激励能量在灯阵腔体内部能量分布不均，存在局部激励盲区和过激励区域。因此位于盲区的灯管无法点亮，而位于过激励区的灯管存在激励过大发热烧毁的风险。从而导致系统微波能量向紫外能量转化效率较低；(3)大部分灯阵单元因空间均匀度限制无法排列于最佳的能量吸收区域造成系统微波能量向紫外线转化效率不高。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前的微波激励无极紫外线灯阵存在馈电系统匹配差，形成能量浪费，造成微波源被反射功率烧毁的风险；腔体内场分布与灯管排布不合理，导致系统微波能量向紫外能量转化效率较低。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种高效率微波激励无极紫外线灯阵系统。

本发明是这样实现的，一种高效率微波激励无极紫外线灯阵系统，所述高效率微波激励无极紫外线灯阵系统包括：

微波激励源输入口、能量空间分布均化系统、无极紫外线灯阵、灯阵腔体；

所述微波激励源输入口通过波导连接到能量空间分布均化系统，能量空间分布均化系统的一端与微波激励源输出端口相连，另一端与装有紫外灯管阵列的灯阵腔体相连；

无极紫外线灯阵依照灯阵腔体内的场强分布，排列在场强较强的周期性峰值节点上。

进一步，所述能量空间分布均化系统由功分器和一体化过渡喇叭组成。

进一步，所述能量空间分布均化系统也可由功分器单独组成。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述高效率微波激励无极紫外线灯阵系统的紫外杀菌消毒装置，所述紫外杀菌消毒装置包括：

微波激励源输入口、能量空间分布均化系统、无极紫外线灯阵、灯阵腔体；

所述微波激励源输入口通过波导连接到能量空间分布均化系统，能量空间分布均化系统的一端与微波激励源输出端口相连，另一端与装有紫外灯管阵列的灯阵腔体相连；

无极紫外线灯阵依照灯阵腔体内的场强分布，排列在场强较强的周期性峰值节点上。

进一步，所述能量空间分布均化系统由功分器和一体化过渡喇叭组成。

进一步，所述能量空间分布均化系统也可由功分器单独组成。

本发明的另一目的在于提供一种安装有所述高效率微波激励无极紫外线灯阵系统的紫外灯发生器，所述紫外灯发生器包括：

微波激励源输入口、能量空间分布均化系统、无极紫外线灯阵、灯阵腔体；

所述微波激励源输入口通过波导连接到能量空间分布均化系统，能量空间分布均化系统的一端与微波激励源输出端口相连，另一端与装有紫外灯管阵列的灯阵腔体相连；

无极紫外线灯阵依照灯阵腔体内的场强分布，排列在场强较强的周期性峰值节点上。

进一步，所述能量空间分布均化系统由功分器和一体化过渡喇叭组成。

进一步，所述能量空间分布均化系统也可由功分器单独组成。

本发明的优点及积极效果为：通过在高功率微波激励源和无极紫外线灯阵腔体之间引入由功分器和一体化过渡喇叭构成的能量空间分布均化系统，使电磁激励能量在灯阵腔体内部能量分布均匀，避免局部激励盲区和个别灯管过热的情况；通过采用必要的匹配措施形成了馈电波导和被激励腔体阻抗特性的良好匹配，例如波导拐角切角结构和喇叭张角，从而使微波能量以较高的馈电效率进入腔体。因此，能量空间分布均化系统同步完成微波能量的均化和激励源与腔体的匹配，使高功率微波源的输出功率以非常高的效率馈入灯管阵列腔体。一方面避免反射微波能量的浪费，另一方面大大减小了对馈源形成的散热和抗烧毁压力；利用由腔体尺寸和波长共同决定的谐振特性，即腔体内的场呈现具有周期性的场强高低分布，将灯管排列在场强较强的点位上。形成了较高的微波能量向紫外能量的转换效率。避免系统将微波能量向紫外线能量转化效率不高等问题。

综上所述，与现有技术相比，本发明的微波能量馈送效率、灯管点亮效率、微波功率向紫外线功率的转换效率都有很大的提升；同时避免了高功率微波源被反射功率烧毁、局部灯管被烧的风险；大大提升了系统的整体性能。

附图说明

图1是本发明实施例提供的高效率微波激励无极紫外线灯阵系统结构示意图；

图2是本发明实施例提供的引入能量空间分布均化系统后腔体内的场分布示意图。

图3是本发明实施例提供的高效率微波激励无极紫外线灯阵空气净化器三维结构示意图。

图中：1、微波激励源输入口；2、能量空间分布均化系统；3、功分器；4、一体化过渡喇叭；5、无极紫外线灯阵；6、灯阵腔体；7、腔体内待净化空气。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。

下面结合附图对本发明的结构作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的高效率微波激励无极紫外线灯阵系统包括：微波激励源输入口1、能量空间分布均化系统2、功分器3、一体化过渡喇叭4、无极紫外线灯阵5、灯阵腔体6、腔体内待净化空气7。

微波激励源输入口1通过波导连接到能量空间分布均化系统2，能量空间分布均化系统2的一端与微波激励源输出端口相连，另一端与装有紫外灯管阵列的灯阵腔体6相连，无极紫外线灯阵5依照灯阵腔体6内的场强分布，排列在场强较强的周期性峰值节点上，

能量空间分布均化系统2由功分器3结合一体化过渡喇叭4构成；能量空间分布均化系统2也可由功分器3独立构成，也可与一体化过渡喇叭4组合构成，功分器3可设计为1极或多级功分器，各级功分可以根据功率分配需求设计成等分或不等分。

本发明的工作原理：

微波激励源通过波导将微波能量馈入能量空间分布均化系统的波导功分器输入端口；功分器将能量分配到多个输出端口，端口通过一体化过渡喇叭在输出端面构成均匀的能量输出，并馈送到灯阵腔体；

能量空间分布均化系统的功分器和一体化过渡喇叭实现微波传输分配系统的特性阻抗从微波激励输入端口到与灯阵腔体连接口的阻抗匹配。经过该能量空间分布均化系统的过渡后，以图1所示的系统为例，微波能量在核心频率2.458ghz的馈送效率可由82％左右提高到约97％左右。此时假设微波源提供的功率为1000瓦。则反射功率由180瓦下降到30瓦，大大降低了磁控管和高功率电源构成的馈电系统的烧毁风险和散热要求。

下面结合对比对本发明的应用效果作详细的描述。

通过图2可以发现，引入能量空间分布均化系统以后，腔体内的场呈现非常良好的均匀分布特性。为了对通过灯阵的空气产生均匀高效的净化作用，作为臭氧以及紫外线激励源的灯管必须均匀排列在腔体的内部，以使流过其中的空气产生高效率和均匀的净化。但若采用常规的单一喇叭或者波导直接馈电，则一方面中心区域场过大，导致该区域灯管存在过热和烧毁的风险，另一方面边角区域的灯管因微波激励不足而无法照亮，流过该区域的空气无法达到净化效果。大大降低了系统性能。尽管采用多组激励和加长净化区域会带来一定的提升，但是这会带来系统成本和体积的提升，而对空气净化的不均匀性和不确定性仍然存在。

如图2所示，从整体上来看，采用本的能量空间分布均化系统后，一方面，场在腔体内整体上具有非常良好的均匀性；另一方面，从局部上来说，场存在着一定的局部峰值周期性排列。这一现象是由该频率下腔体结构本身的谐振特性决定的。因此，在灯管的排列中，将灯管基于场的周期性排列在腔体内部，使灯管处于激励场的峰值节点，从而达到了非常高的微波能量向紫外能量转换效率。所形成的紫外线和臭氧在腔体内均匀分布，进而对流过其中的空气产生均匀而高效的净化作用。

本发明的高效率微波激励无极紫外线灯阵馈电系统可以单级使用，也可以多极连接使用，如图3所示。

本发明以空气净化为例，可以用于任何其他适用的领域，如对液体污水以及污泥的紫外杀菌消毒，或病虫害防护的紫外灯发生器等等。

以上所述仅是对本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。