CN108780937A - 电介质波导 - Google Patents

Abstract

一种用于传播电磁信号的电介质波导包括包层和导电屏蔽件。包层具有由第一电介质材料构成的本体。本体限定穿过其的芯区域，该芯区域填充有不同于第一电介质材料的第二电介质材料。包层还包括至少两个肋，所述至少两个肋从本体的外表面延伸到远端。屏蔽件接合肋的远端且周边地围绕包层，使得在本体的外表面和屏蔽件的内表面之间径向地限定气隙。

Description

电介质波导

相关申请的交叉引用

本申请要求于2015年12月14日提交的中国专利申请No.201510922442.6以及于2016年1月21日提交的美国专利申请No.15/002565的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本文的主题总体上涉及电介质波导。

背景技术

电介质波导用于通信应用中，以沿着路径传递电磁波形式的信号。电介质波导提供用于连接通信装置的通信传输线，例如将天线连接到射频发射器和/或接收器。虽然开放空间中的波在所有的方向上传播，但电介质波导通常会限制波并沿着限定的路径引导波，这允许波导在相对较长的距离上传输高频信号。

电介质波导包括至少一种电介质材料，并且通常具有两种或更多种电介质材料。电介质是可以通过施加的电场来极化的电绝缘材料。电介质材料的极化率由称为介电常数或相对电容率(permittivity)的值表示。给定材料的介电常数是其介电电容率，其表示为相对于真空的电容率(其根据定义为1)的比率。相比于第二电介质材料具有更大的介电常数的第一电介质材料与第二电介质材料相比能够通过极化存储更多的电荷。

一些已知的电介质波导包括芯电介质材料和围绕芯电介质材料的包层电介质材料。除了尺寸和其他参数以外，芯电介质材料和包层电介质材料中的每一个的介电常数影响通过波导的电磁场在波导内分布的方式。在已知的电介质波导中，电磁场通常具有径向延伸通过芯电介质材料、包层电介质材料、以及甚至部分地位于包层电介质材料的外部(例如，在波导外部的空气内)的分布。

存在与在电介质波导的包层之外延伸到周围环境中的电磁场的部分相关的若干问题。首先，当多个电介质波导在电缆中被束在一起时，波导外部的电磁场的部分可能产生高串扰水平，并且串扰水平随着传播通过波导的更高的调制频率而增加。其次，空气中的一些电磁场可能比在波导内传播的场行进得更快，这导致称为分散(dispersion)的不希望的电效应。当信号的某些频率分量以不同于信号的其他频率分量的速度传播时，会发生分散，从而导致信号间干扰。第三，由于与电磁场相互作用的外部物理影响，例如人手触及电介质波导，电介质波导可能经历干扰和信号劣化。最后，波导外部的电磁场的部分可能沿着波导中的弯曲而丢失，因为飞内含的场趋向于沿直线辐射离开而不是跟随波导的轮廓。

这些问题中的至少一些的一个可行的解决方案是增加电介质波导的整体直径，例如通过增加包层的直径或围绕包层的电介质外部护套层的直径。增加电介质材料的量提供了更好的场抑制，并且减少了在波导的外部传播的电磁场的量或程度。但是，增加电介质波导的尺寸引入了其他缺点，包括波导的柔性降低、材料成本增加、以及可以装配在给定区域或空间内的波导数量的减少(例如，减小波导的密度)。

另一个可能的解决方案是提供导电屏蔽层，其接合波导的外部电介质层并围绕波导的整个周边。但是，由于电磁场的部分在导电材料中感应出表面电流，所以用导电材料完全包封电介质波导会在波导中导致不希望的高能量损耗水平(例如，插入损耗和/或回波损耗)。高损耗水平缩短了电磁波将通过波导传播的有效长度。另外，与传播的电磁波相互作用的外部金属屏蔽层可能允许具有急截止频率的不希望的传播模式。例如，在某些特定的频率时，屏蔽层可以完全停止或“截止”希望的场传播。

仍需要用于传播高频电磁信号的电介质波导，其具有相对紧凑的尺寸并且对外部影响(例如，串扰和其他干扰)的敏感性降低，同时提供可接受的低水平的损耗并避免不希望的模式传播。

发明内容

在实施例中，提供一种用于传播电磁信号的电介质波导。该电介质波导包括包层和导电屏蔽件。该包层具有由第一电介质材料构成的本体。该本体限定穿过其的芯区域，该芯区域填充有不同于第一电介质材料的第二电介质材料。该包层还包括至少两个肋，所述至少两个肋从本体的外表面延伸到远端。该屏蔽件接合肋的远端且在周边围绕包层，使得在本体的外表面和屏蔽件的内表面之间径向地限定气隙。

在另一实施例中，提供一种用于传播电磁信号的电介质波导。该电介质波导包括包层和导电屏蔽件。该包层具有由第一电介质材料构成的本体。该本体限定穿过其的芯区域，该芯区域填充有不同于第一电介质材料的第二电介质材料。该包层还包括至少三个肋，所述至少三个肋从本体的外表面延伸到远端。该屏蔽件接合肋的远端且在周边围绕包层，使得在包层的本体的外表面和屏蔽件的内表面之间径向地限定多个气隙。该屏蔽件具有多边形截面形状，其具有多个线性壁和在相邻的线性壁之间的相交处的角部。该肋的远端接合屏蔽件的角部。

在又一实施例中，提供一种用于传播电磁信号的电介质波导，该电介质波导包括包含第一电介质材料的包层，该包层布置在芯区域周围，且芯构件布置在芯区域内，芯构件包括不同于第一电介质材料的第二电介质材料，包层还包括至少两个肋，所述至少两个肋从芯构件的外表面延伸到远端。该包层包括外壳体，该外壳体接合肋的远端且周边地围绕芯构件，使得在芯构件的外表面和壳体的内表面之间径向地限定气隙。

附图说明

图1是根据实施例形成的电介质波导的俯视透视图。

图2是沿着图1所示的线2-2截取的图1所示的电介质波导的实施例的截面图。

图3是电介质波导的另一实施例的截面图。

图4是根据另一实施例的电介质波导的截面图。

图5是根据另一实施例的电介质波导的截面图。

图6是根据另一实施例的电介质波导的截面图。

图7是根据另一实施例形成的电介质波导的透视图。

图8是根据另一实施例形成的电介质波导的透视图。

图9是图8所示的电介质波导的截面图。

图10是绘示了作为针对两个不同波导外直径的频率的函数的衰减的图示。

具体实施方式

本文所述的一个或多个实施例涉及用于传播电磁信号的电介质波导。该电介质波导的实施例具有放置在波导的外部的导电屏蔽件，以减少串扰和其他外部干扰，同时不会在波导中引入不希望的模式传播或不希望的高水平的损耗。低损耗水平允许波导沿着限定的路径更远地传递信号。在一个或多个实施例中，电介质延伸结构延伸超出包层并支撑导电屏蔽件，例如金属箔。可选地，延伸结构可以作为电介质波导的包层的一部分被挤出模制。延伸结构在与包层的外表面或边界间隔开或与其远离的位置处接合并支撑屏蔽件，使得在包层与屏蔽件之间限定充气间隙或凹部。延伸结构可以配置为保持包层和屏蔽件之间的空间填充有尽可能多的空气或具有低介电常数的另一电介质材料。例如，沿着电介质波导的长度，包层和屏蔽件之间的大部分体积或空间可以被空气占据。该策略使电介质波导的插入损耗保持在可接受的低水平，避免或至少减少不希望的传播模式的出现(这些传播模式可能导致频率截止)，保持电介质波导的合理外直径，并且提供对串扰和其他外部干扰的屏蔽。

图1是根据实施例形成的电介质波导100的俯视透视图。电介质波导100配置为沿着电介质波导100的长度以电磁波或场的形式传递信号，以在两个通信装置(未示出)之间传输信号。通信装置可以包括天线、射频发射器和/或接收器、计算装置(例如台式或膝上型计算机、平板电脑、智能电话等)、媒体存储设装置(例如硬盘驱动器，服务器等)、网络接口装置(例如，调制解调器、路由器等)等。电介质波导100可以用于传输亚太赫兹射频范围内的高速信号，例如120-160千兆赫兹(GHz)。该频率范围内的高速信号具有小于5毫米的波长。电介质波导100可以用于传输调制射频(RF)信号。调制RF信号可以在正交数学域中被调制以增加数据吞吐量。电介质波导100在本文也可以被称为“波导”100。

波导100相对于竖直或俯仰轴线191、横向轴线192和纵向轴线193取向。轴线191-193互相垂直。尽管俯仰轴线191看似在大致平行于重力的垂直方向上延伸，但应理解的是，轴线191-193不需要相对于重力具有任何特定的取向。波导100是长形的，以在第一端102和第二端104之间延伸一长度。在所示的实施例中，波导沿着长度平行于纵向轴线193延伸，但波导100可以配置成从所示的线性取向弯曲。电介质波导100的长度可以在1米至50米的范围内，这取决于各种因素，包括要连接的两个通信装置之间的距离，波导100的物理尺寸、结构和材料，传播通过波导100的信号的频率，信号质量或完整性要求，以及可能导致干扰的外部影响的存在。本文公开的波导100的一个或多个实施例具有10-25米的范围内的长度，且可以传递频率在120至160GHz范围内且具有根据限定标准可接受的信号质量的高速电磁信号。为了连接以比单个波导100的长度更长的距离间隔开的通信装置，波导100可以与一个或多个其他波导100结合(例如，端对端或侧对侧)。

波导100包括包层110，包层110具有由第一电介质材料形成的本体106。在实施例中，包层110的本体106在第一端102和第二端104之间在波导100的整个长度上延伸。替代地，本体106的一个或两个端部可以凹陷，或者可以从波导100的对应的端部102、104凸出。包层110的本体106沿着本体106的长度限定穿过其的芯区域112。芯区域112填充有不同于第一电介质材料的第二电介质材料。如本文所使用的，电介质材料是可以通过施加的电磁场而极化的电绝缘体。本体106的第一电介质材料围绕芯区域112的第二电介质材料。包层110的本体106的第一电介质材料在本文中被称为包层材料，芯区域112中的第二电介质材料在本文中被称为芯材料。芯材料具有的介电常数值与包层材料的介电常数值不同。芯区域112中的芯材料可以是固相或气相的。例如，芯材料可以是固体聚合物，例如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)等。替代地，芯材料可以是一种或多种气体，例如空气。空气具有约1.0的低介电常数。

芯材料和包层材料的相应的介电常数影响在电介质波导100内传播的电磁场(或波)的分布。通常，至少对于介电常数在1-15范围内的材料，通过电介质波导的电磁场集中在具有较大介电常数的材料内。在实施例中，芯区域112中的芯材料的介电常数大于包层材料的介电常数，使得电磁场通常集中在芯区域112内，尽管电磁场的小部分可以分布在包层110的本体106内和/或本体106的外部。在另一实施例中，芯材料的介电常数小于包层材料的介电常数，因此电磁场通常集中在包层110的本体106内，并且可以径向地在本体106的内部和/或本体106的外部具有在芯区域112内的小部分。

在实施例中，包层110还包括从本体106的外表面116向外延伸的至少两个肋108。肋108各自具有从固定到外表面116的近端118延伸到远离外表面116的远端120的高度。肋108对于包层110的本体106的基本上整个长度在第一端102和第二端104之间纵向地延伸。在实施例中，肋108与本体106一体形成，使得包层110是包括本体106和从其延伸的肋108的整体单件式结构。替代地，肋108可以是单独且分立的部件，其例如通过粘合剂或另一种结合剂、机械紧固件等安装到本体106。

电介质波导100还包括周边地围绕包层110的导电屏蔽件114。屏蔽件114由为屏蔽件114提供导电性质的一种或多种金属组成。屏蔽件114为波导100提供电磁屏蔽，以防止劣化信号传输的串扰和其他形式的干扰。在示例性实施例中，屏蔽件114不直接接合包层110的本体106的整个外表面116，使得至少一些气隙127径向地限定在本体106的外表面116与屏蔽件114的内表面128之间。例如，屏蔽件114围绕包层110的周边接合肋108的远端120。由于远端120与本体106的外表面116间隔开，所以肋108将屏蔽件114的至少部分保持在与外表面116间隔开的距离处，从而在其之间限定气隙127。在一个或多个实施例中，屏蔽件114的内表面128接合肋108的远端120并且不接合本体106的外表面116。因此，单个的气隙127在相邻的肋108之间周向地形成，并且气隙127在本体106的外表面116和屏蔽件114的内表面128之间径向地延伸。在替代实施例中，屏蔽件114的内表面128接合本体106的外表面116的一些部分，但不是全部部分。尽管被描述为“气隙”，但是除了空气以外或作为空气的替代，间隙127可以被空气之外的一种或多种气体占据。

屏蔽件114完全围绕包层110。例如，屏蔽件114是在包层110和/或波导100的基本上整个长度上延伸的空心圆柱体或棱柱。屏蔽件114沿着其长度限定穿过屏蔽件114的腔130。腔130在波导100的第一端102处和第二端104处敞开。包层110设置在腔130内。在实施例中，屏蔽件114的外部表面132限定波导100的外边界。如下面更详细描述的，屏蔽件114可以顺应于包层110的形状。例如，屏蔽件114可以包裹在包层110周围，或者屏蔽件114可以是响应于热量和/或高压的施加而收缩或变窄的热缩管。替代地，屏蔽件114可以是不顺应于包层110的预成型容器，例如具有刚性或半刚性壁的金属棱柱。

在替代实施例中，波导100还可以包括在屏蔽件114的径向内部至少部分地围绕包层110的外部护套(未示出)。肋108可从包层110延伸穿过外部护套或可从外部护套的外表面延伸。外部护套由电介质材料构成。气隙限定在护套的外表面和屏蔽件114的内表面128之间。

图2是沿着图1所示的线2-2截取的图1所示的波导100的实施例的截面图。在所示的实施例中，包层110的本体106具有圆形的截面形状。本体106的直径可以在1至10mm的范围内，或者更具体地在2至4mm的范围内。芯区域112具有矩形的截面形状。芯区域112的矩形形状可以支持在近似水平或竖直的方向上通过其传播的电磁波的场极化。芯区域112的截面面积可以在0.08至3mm²的范围内，或更具体地在0.1至1mm²的范围内。在所示的实施例中，芯区域112填充有固体芯构件122。芯构件122由至少一种电介质聚合物材料(限定芯材料)构成，例如聚丙烯、聚乙烯、PTFE、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺等，包括其组合。芯构件122填充芯区域112，使得在限定芯区域112的芯构件122的外表面124和本体106的内表面126之间不存在余隙或间隙。包层110沿着芯构件122的长度接合并围绕芯构件122。在替代实施例中，芯材料可以是空气或代替固体芯构件122的另一种气相电介质材料。

包层110的本体106由电介质聚合物材料组成，例如聚丙烯、聚乙烯、PTFE，聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺等，包括其组合。这些材料通常具有低损耗特性，这允许波导100更长距离地传输信号。包层材料不同于芯材料，使得波导100的介电常数在跨越芯构件122与包层110的本体106之间的界面时发生变化。在实施例中，肋108由与包层110的本体106相同的电介质聚合物材料构成。例如，肋108可以是从本体106的外表面116凸出的一体延伸部。因此，肋108可以与本体106一体地形成，使得包层110是整体的单件式结构。包层110可以通过挤出、模制、拉拔、熔合等来制造。在替代实施例中，肋108可以与本体106分开形成，并且在形成之后通过粘合剂、机械紧固件等固定到本体106。

在所示的实施例中，包层110包括四个肋108。肋108各自从本体106径向地延伸。例如，肋108的从近端118到远端120的高度沿着在本体106的圆形截面的中心处彼此相交的轴线或射线133取向。此外，在所示的实施例中，肋108围绕本体106的圆周彼此等距地间隔开。更具体地，肋108围绕本体106的圆周成角度地彼此间隔开大约90度。至少一些肋108从本体106的外表面116延伸相同的径向高度。例如，在所示的实施例中，所有四个肋108具有大致相同的高度以及彼此大致相同的宽度。忽略芯区域112的拉长椭圆形形状，包层110(包括肋108和本体106)的截面形状沿着延伸穿过本体106的中心的至少四条对称线(例如，沿着射线133的两条对称线，沿着俯仰轴线191的一条线，以及沿着横向轴线192的一条线)对称。图2所示的包层110居中地位于屏蔽件114的腔130中。

屏蔽件114可以由一种或多种金属或金属合金形成，包括铜、铝、银等。替代地，屏蔽件114可以是通过将金属颗粒分散在电介质聚合物内而形成的导电聚合物。屏蔽件114可以是金属箔、导电带、片状金属的薄板、导热收缩管等的形式。屏蔽件114可以通过将箔或带相对紧密地包裹或卷绕在包层110周围而施加到包层110。在热收缩管的情况下，可以将包层110插入腔130中，然后施加热量和/或施加高压以使屏蔽件114收缩并使其顺应包层110的轮廓。在具有刚性或半刚性壁的预成型屏蔽件114的情况下，包层110可以被装载到腔130中并且经由干涉配合、粘合剂或机械紧固件保持在位。

屏蔽件114具有多边形截面形状。在所示的实施例中，屏蔽件114为矩形(例如拉长椭圆形或正方形)，具有四个线性壁136和位于相邻的壁136之间的相交处的角部138。图2中所示的角部138的形状为斜面的或倒角的，并且在对应的相邻的壁136之间不形成90度的角度。角部138接合肋108的远端120并由其支撑。图2中的肋108的远端120是平坦的，并且屏蔽件114的角部138可以顺应于扁平端120，从而形成所示的斜面或倒角的形状。屏蔽件114的每个壁136在两个相邻的肋108的远端120之间线性地延伸。在实施例中，至少一些壁136不直接接合本体106的外表面116。因此，气隙127沿着与本体106间隔开的壁136径向地限定在外表面116和屏蔽件114的内表面128之间。

在所示的实施例中，在屏蔽件114和包层110之间限定四个单独的气隙127。每个肋108包括第一侧140和相反的第二侧142。气隙127沿着肋108的第一侧140和第二侧142限定。例如，第一气隙127A是封闭区域或空间，其部分地在第一肋108A和与第一肋108A相邻的第二肋108B之间由本体106的外表面116的区段144限定。封闭区域也由第一肋108A的第二侧142和第二肋108B的第一侧140限定。封闭区域进一步沿着与本体106的区段144相反的第一壁136A由屏蔽件114的内表面128限定。第一壁136A在两个相邻的角部138A、138B之间延伸。相邻的角部138A、138B分别接合第一肋108A和第二肋108B的远端120。在所示的实施例中，另一气隙127可以具有与气隙127A相同或至少相似的尺寸和形状。

尽管肋108是从包层110的本体106延伸到屏蔽件114的固体电介质材料，但在实施例中，本体106和屏蔽件114之间的截面面积的大部分被空气占据。因此，肋108可以具有相对较薄的宽度以在肋108之间提供相对较大的气隙127。然而，肋108被设计为足够宽，以提供用于支撑屏蔽件114的结构稳健的基部，而不会由于施加在肋108上的张力和其他力而弯曲或变形。沿着相邻的肋108之间的外表面116的每个区段144的至少大部分暴露于空气而不被屏蔽件114接合。在所示的实施例中，因为屏蔽件114的壁136不接合区段44中的任何一个，所以肋108之间的每个区段144的整体暴露于空气。例如，肋108从本体106径向地延伸，使得肋108的远端120凸出超过其中内接有圆形本体106的假想正方形的周边。如果远端120中的至少一个没有凸出超出假想正方形的周边，则线性壁136中的一个或多个将接合本体106的外表面116的区段144中的一个或多个。

空气具有大约1.0的低介电常数，其低于用于芯构件122和/或包层110的固体聚合物(例如，聚乙烯、聚丙烯和PTFE)的介电常数。由于较低的介电常数，与在包层110周围提供固体聚合物护套相比，在包层110围绕提供空气导致波导100的芯区域112和包层110内的改进的电磁场抑制。通过减少在电磁场的部分与导电屏蔽件114相互作用时可能发生的损耗和不希望的传播模式，更好地抑制芯区域112和包层110内的电磁场改善了信号传输。

由空气提供的改进的抑制还允许波导100的总体直径小于具有固体聚合物护套层的参考波导。例如，图2所示的屏蔽件114可以具有沿着俯仰轴线191的4mm的高度和沿横向轴线192的4mm的宽度，总截面面积为16mm²。由于空气的低介电常数和电场抑制性质，具有类似于本体106的包层和类似于屏蔽件114的屏蔽件之间的固体电介质聚合物外护套的参考电介质波导将需要大于16mm²的总截面面积，以实现与具有气隙127的所示实施例相同的场抑制。例如，取决于使用的护套的固体电介质材料，参考波导的总截面面积可以是20mm²或更大。由于降低的灵活性、增加的材料成本、给定尺寸的波导束中的较低的波导密度等，参考波导的尺寸增大是不期望的。

图3是电介质波导100的另一实施例的截面图。与图1和图2中所示的实施例的部件类似的图3中所示的实施例的部件用相同的附图标记标识。与图1和图2所示的波导100的实施例类似，所示的实施例中的波导100具有包层110的大致圆形的本体106，四个肋108从本体106的外表面116径向地延伸到矩形屏蔽件114的角部138。然而，包层110的本体106没有居中在屏蔽件114的腔130内。例如，相比于本体106相对于其他三个角部138A、138B和138C的位置，本体106更靠近一个角部138D设置。尽管包层110的芯区域112相对于圆形本体106居中，但芯区域112相对于屏蔽件114偏移。在另一个实施例中，芯区域112可以相对于圆形本体106偏移，例如在相对于屏蔽件114更加中心的位置。

与角部138D接合的肋108D的径向高度比其他肋108A、108B、108C小。此外，不同于图1和图2中所示的实施例，本体106的外表面116沿着两个壁136C、136D接合屏蔽件114的内表面128。然而，屏蔽件114不接合本体106的整个周边。在本体106和屏蔽件114之间限定多个气隙127，包括两个大气隙127A、127B，这两个大气隙127A、127B设置为靠近与角部138D相反的角部138B并且最远离本体106。

被称为“居中波导”的图1和图2所示的电介质波导100的实施例与图3所示的波导100的实施例(称为“角部波导”)和缺少导电屏蔽件的参考波导一起进行实验测试。这三个波导在120至160GHz的范围内进行测试。参考波导在140GHZ时的插入损耗测得为0.882dB/m(分贝每米)，而居中波导和角部波导的插入损耗分别为0.950dB/m和1.267dB/m。居中波导和角部波导的插入损耗仅略高于没有任何屏蔽的参考波导。因此，居中波导和角部波导都可以具有可接受的低损耗水平，同时提供参考波导中缺少的对串扰和其他干扰的屏蔽。在两者之间，在回波损耗方面，0.950dB/m时的居中波导测试为稍好于1.267dB/m时的角部波导。

图4是根据另一实施例的电介质波导100的截面图。在所示的实施例中，包层110的本体106具有圆形的截面形状和从本体106径向地延伸的三个肋108。与图1和图2中所示的实施例类似，肋108在本体106周围彼此周向等距地间隔开。更具体地，肋108成角度地彼此间隔开大约120度。肋108的从本体106到远端120的径向高度可以相对较高(或较长)，以将屏蔽件114支撑并保持在距本体106足够的距离处，使得屏蔽件114的壁136不接合本体106的外表面116。在所示的实施例中，波导100限定三个气隙127。

屏蔽件114可以是包裹在肋108周围的金属箔或导电带，从而形成三角形截面形状。替代地，屏蔽件114可以是顺应于肋108的导电热缩管。如图4所示，肋108的远端120可以是圆形的，使得屏蔽件114具有曲面的角部138，与图1和图2中所示的倒角的角部138不同。包层110的本体106大致居中在屏蔽件114的腔130内。

图5是根据另一实施例的电介质波导100的截面图。在图5中，包层110的本体106具有带有四个角部150的矩形截面形状。限定在本体106中的芯区域112具有圆形的截面形状。包层110还包括从本体106的角部150大致径向地延伸的四个肋108。四个肋108中的每一个从一个不同的角部150延伸。肋108将屏蔽件114支撑并保持在与本体106间隔开的位置处，使得屏蔽件114的壁136均不直接接合本体106的外表面116。在图5中，波导100限定四个气隙127。

尽管上面示出和描述的电介质波导100的实施例全部具有三个或四个肋108，但是其他实施例可以包括多于四个肋108或少于四个肋108。例如，图6是根据另一实施例的电介质波导100的截面图，其包括从包层110的本体106向外延伸的两个肋108。两个肋108中的第一肋108A接合屏蔽件114的第一壁136A，并且第二肋108B接合屏蔽件114的第二壁136B。本体106的外表面116接合屏蔽件114的第三壁136C和第四壁136D。屏蔽件114的壁136A-D可以至少是半刚性的以支撑屏蔽件114的矩形截面形状。壁136A-D可以由薄金属面板或片材形成。例如，屏蔽件114可以是自支撑的预成型容器。如图所示，包层110的任何部分都不与屏蔽件114的角部138接合以支撑屏蔽件114。在图6所示的实施例中，不是支撑屏蔽件114以保持壁136A-D远离本体106，而是肋108A、108B用于将包层110定位并保持在屏蔽件114的腔130内。例如，包层110可以楔入腔130内，使得包层110接合所有四个壁136A-D，并且被禁止相对于屏蔽件114旋转或者竖直地或横向地移动。图6中示出的波导100限定本体106和屏蔽件114之间的四个气隙127。

现在将参照图7至图10来描述本发明的另一方面。电介质波导(也称为光纤)可用于以低损耗传输毫米波信号。这对于使用高数据速率(>10Gbit/s)的通信链路可以是有用的。这些光纤的理念是激发沿着波导传播的波。如果波导由纯电介质组成并且不包含金属，则行进波的电磁场分布被细分为在电介质内和在光纤周围的介质(通常是空气)内传播的部分。

由于电介质的tanD，光纤内的所有场部分都被衰减。折衷出现：通过使用具有高介电常数的材料，场主要集中在光纤内。这意味着这些场部分会因材料损耗而衰减。为了降低损耗因数，可以使用具有低tanD的材料，其可能难以找到，或者可以降低介电常数以增加光纤周围的场部分。这意味着场可能受到环境影响的影响，环境影响即靠近光纤、触及它或将其放置在金属物体附近。

首先转到图7，示出了波导100，其具有由固体材料制成的芯构件122。例如，如上所述，芯材料可以是固体聚合物，例如聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚苯乙烯、聚酰亚胺、聚酰胺等，包括其组合。根据该实施例，具有的介电常数值与芯构件122的介电常数值不同的包层基本上由包含在气隙127中的空气形成。这些气隙127径向地限定在芯构件122的外表面和壳体113的与芯构件122间隔开的内表面128之间。壳体113可以例如具有圆形的截面形状。当然，如之前考虑的用于导电屏蔽件114的任何其他截面形状也可以用于壳体113。

支撑肋108设置为保持芯构件122和壳体113之间的距离。在所示的实施例中，四个肋108围绕芯构件122的圆周等距地间隔开布置。肋108被设计成尽可能薄，从而仅覆盖波导100的少量截面面积，以便不显著影响波导100的信号引导特性。例如，约0.2mm的壁厚与截面面积为2mm²的芯构件122一起导致令人满意的结果。在合适的情况下，当然也可以选择其他值。

此外，与先前描述的实施例相反，壳体113不必是导电的。例如，完整的波导100可以使用与芯构件122、肋108和壳体113相同的材料制成一体地挤出的部件。然而，外壳113可以在其外表面上涂覆有导电屏蔽层。

图8示出了这种波导概念的修改，其中芯构件122具有基本矩形的截面。根据该实施例，设置了四个肋108，其从芯构件122的矩形截面的角部延伸到壳体113的内表面。本领域技术人员清楚的是，还可以选择芯构件122的任何其他形式的截面，例如椭圆形或大致多边形。

在图9中以示意性截面图绘示了图8中所示的波导100的特定实施例。由壳体113限定的波导100的外直径被指定为OD。芯构件122具有第一侧长度a和第二侧长度b。将肋108的壁厚示出为t。可以表明，例如，尺寸为a＝2mm和b＝1mm的波导100可以有利地与壁厚t＝0.2mm且壳体113的外直径OD＝5.0mm组合。

此外，可以表明，这种波导100的衰减不受外直径OD的变化的显著影响。这在图10中示出。图10描述了作为信号频率(以GHz为单位)的函数的衰减(以dB/m为单位)的图示。曲线1001和1002分别属于5.0mm和5.5mm的外直径OD。如可以从图中得出的，测量到几乎相同的衰减。对于140GHz的传输频率，针对OD＝5.0mm的曲线1001达到3.6783484dB/m，而OD＝5.5mm的曲线1002达到3.672962dB/m的衰减值。这是有利的，因为较大的外直径导致电磁场较低地泄漏到周围环境中，并因此减少相邻的波导中的串扰和干扰。例如，对于OD＝5.0mm，2.22％的电磁场处于壳体113的外部的环境空气中，而对于OD＝5.5mm，只有1.29％的场处于壳体113的外部的环境空气中。

总之，参照图7至图10描述的实施例提供了在没有触摸敏感性的情况下实现低损耗波导的可能性。波导包括固体低损耗聚合物芯(例如，圆形或矩形)以及具有大的气室(异形结构)的包层。通过选择正确的芯尺寸(这取决于载波频率和材料的介电常数)，大的场部分在气室包层中传播。空气的tanD为零，因此只有肋的小圆角(宽度t<<λ)增加了波传播的损耗。通过选择足够的外直径(>λ)，接近波导边界的场强足够低，使得不再可检测到触摸敏感性。

应该理解的是，以上描述旨在是说明性的而不是限制性的。例如，上述实施例(和/或其方面)可以彼此组合使用。另外，在不脱离其范围的情况下，可以作出许多修改以使特定情况或材料适应本发明的教导。本文描述的尺寸、材料类型、各种部件的取向、以及各种部件的数量和位置旨在限定某些实施例的参数，并且绝不是限制性的，并且仅仅是示例性实施例。在阅读以上描述后，在权利要求的理念和范围内的许多其他实施例和修改对于本领域的普通技术人员将是显而易见的。因此，本发明的范围应该参照所附的权利要求以及这些权利要求的等同物的全部范围来确定。在所附权利要求中，术语“包括”和“其中”用作相应术语“包含”和“在其中”的纯英语等同物。此外，在随附的权利要求中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅被用作标签，并且不旨在对其对象施加数字要求。此外，所附权利要求的限制不是以手段加功能(means-plus-function)格式撰写的，并且不旨在基于35U.S.C.§112(f)，除非并且直到这样的权利要求限制明确地使用短语“用于......的装置”，然后是功能陈述，而没有进一步的结构。

Claims (26)

1.一种用于传播电磁信号的电介质波导，所述电介质波导包括：

包层，其具有由第一电介质材料构成的本体，所述本体限定穿过该本体的芯区域，所述芯区域填充有不同于所述第一电介质材料的第二电介质材料，所述包层还包括至少两个肋，所述至少两个肋从所述本体的外表面延伸到远端；以及

导电屏蔽件，其接合所述肋的远端且周边地围绕所述包层，使得在所述本体的外表面和所述屏蔽件的内表面之间径向地限定气隙。

2.如权利要求1所述的电介质波导，其中所述屏蔽件不直接接合所述本体的外表面。

3.如权利要求1所述的电介质波导，其中在所述本体和所述屏蔽件之间限定的截面面积的大部分被空气占据。

4.如权利要求1所述的电介质波导，其中填充所述芯区域的第二电介质材料是空气或固体电介质聚合物中的至少一者。

5.如权利要求1所述的电介质波导，其中所述屏蔽件是包裹物、热缩管或预成型容器中的至少一个。

6.如权利要求1所述的电介质波导，其中所述肋从所述本体径向地延伸。

7.如权利要求1所述的电介质波导，其中所述包层的本体具有圆形的截面形状，且所述肋彼此周向地等距地间隔开。

8.如权利要求1所述的电介质波导，其中所述肋与所述本体一体，成为整体单件式包层，使得所述肋由所述第一电介质材料构成。

9.如权利要求1所述的电介质波导，其中所述屏蔽件的内表面限定腔，所述包层的本体居中地位于所述腔中。

10.如权利要求1所述的电介质波导，其中所述包层的本体具有带有四个角部的矩形截面形状，所述电介质波导具有四个肋，每个肋从一个不同的角部延伸。

11.如权利要求1所述的电介质波导，其中所述电介质波导包括至少三个肋，所述屏蔽件具有在相邻的肋的远端之间线性地延伸的壁。

12.如权利要求1所述的电介质波导，其中所述包层的本体在第一端和相反的第二端之间延伸一长度，所述肋中的每一个在所述第一端和所述第二端之间在所述本体的基本上整个长度上延伸。

13.如权利要求1所述的电介质波导，其中所述肋具有限定在相应的远端和位于所述本体处的相应的近端之间的径向高度，所述肋中的至少一些具有相同的径向高度。

14.一种用于传播电磁信号的电介质波导，所述电介质波导包括：

包层，其具有由第一电介质材料构成的本体，所述本体限定穿过该本体的芯区域，所述芯区域填充有不同于所述第一电介质材料的第二电介质材料，所述包层还包括至少三个肋，所述至少三个肋从所述本体的外表面延伸到远端；以及

导电屏蔽件，其接合所述肋的远端且周边地围绕所述包层，使得在所述包层的本体的外表面和所述屏蔽件的内表面之间径向地限定多个气隙，所述屏蔽件具有多边形截面形状，该多边形截面形状具有多个线性壁和相邻的线性壁之间的相交处的角部，所述肋的远端接合所述屏蔽件的角部。

15.如权利要求14所述的电介质波导，其中所述肋中的每一个具有第一侧和相反的第二侧，所述气隙沿着所述肋的第一侧和第二侧两者限定。

16.如权利要求14所述的电介质波导，其中所述屏蔽件不直接接合所述本体的外表面。

17.如权利要求14所述的电介质波导，其中所述气隙中的至少一个是由两个相邻的肋之间的本体的外表面的区段、所述两个相邻的肋、以及沿着在两个相邻的角部之间延伸的壁中的一个的屏蔽件的内表面限定的封闭区域，所述两个相邻的角部中的每一个接合所述两个相邻的肋中的对应的一个。

18.如权利要求14所述的电介质波导，其中所述屏蔽件的内表面限定腔，所述包层的本体居中地位于所述腔中。

19.如权利要求14所述的电介质波导，其中所述包层的本体具有圆形的截面形状，且所述肋彼此周向地等距地间隔开。

20.如权利要求14所述的电介质波导，其中，所述肋从所述本体径向地延伸，所述肋与所述本体一体，成为整体单件式包层，使得所述肋由所述第一电介质材料构成。

21.一种用于传播电磁信号的电介质波导，所述电介质波导包括：

包括第一电介质材料的包层，所述包层围绕芯区域布置；

布置在所述芯区域内的芯构件，所述芯构件包括不同于所述第一电介质材料的第二电介质材料，所述包层还包括至少两个肋，所述至少两个肋从所述芯构件的外表面延伸到远端；

其中所述包层包括外壳体，所述外壳体接合所述肋的远端且周边地围绕所述芯构件，使得在所述芯构件的外表面和所述壳体的内表面之间径向地限定气隙。

22.如权利要求21所述的电介质波导，其中所述芯构件、所述至少两个肋和所述壳体由相同的材料一体地制造。

23.如权利要求21所述的电介质波导，其中所述壳体具有基本上圆形的截面形状。

24.如权利要求21所述的电介质波导，其中所述芯构件具有矩形、圆形或椭圆形截面形状。

25.如权利要求21所述的电介质波导，其中所述芯构件具有圆形的截面形状，且所述肋彼此周向地等距地间隔开。

26.如权利要求21所述的电介质波导，其中所述芯构件具有多边形截面形状，且所述肋从多边形的角部中的每一个延伸到所述壳体。