CN1647309A - 波导通信系统 - Google Patents

Abstract

一种波导包含纵向第一导体(110)，该第一导体位于箱形纵向屏蔽导体的内部，所述屏蔽导体具有一个槽(122)，该槽确定了大体上呈平板型的耦合器(300)的滑动支架。屏蔽导体(120)具有凸缘(125、126)，该凸缘在槽(122)的相对侧上大体彼此平行的延伸。耦合导体部件(322)与第一导体(110)相对。

Description

波导通信系统

本发明涉及一种用于将信号从发送器传送到接收器的系统，该发送器或接收器或者这二者均是可移动的。尤其是，本发明涉及一种在用于制造产品的工业设备中所使用的通信系统，在这类通信系统中，可移动的传动器在一定位置范围上执行诸如拾取位于一个位置上的部件并将该部件放置在不同位置上这样的工作。该传动器需要发出命令或者对来自位于固定地点上的信源的信号进行控制。

在下文中，本发明将更具体地阐述这样一种情况，即在这种情况中发送器是固定的而接收器是活动的。然而，应当理解的是本发明并不局限于这种情况。相反，本发明同样适用于发送器活动而接收器固定的情形，以及发送器和接收器这二者都活动的情形。此外，在多个移动工作站的情况下也可应用本发明，其每个工作站用作多点通信系统中的发送器/接收器。

传统上，信号通过电缆而作为电信号被传送。然而，电缆的使用存在一些缺点。

首先，电缆必须能够随着接收器的移动，因此所述电缆以松散电缆(loose cable)的方式而被固定。

其次，由于接收器反复运动并且由此而导致电缆反复运动，因此很容易损坏电缆，并且事实上其可能最终断裂。这种情况发生时，为了维修电缆，必须关闭相关的仪器。此外，如果由于坏电缆而使信号不能到达制动器，那么制动器可引起进一步的损坏仪器。

第三，除了有出现故障的可能性外，为了与制动器一起拖动电缆，使制动器移动这必须向电缆施加机械力，而这种力可能影响位置的准确性。

因为这些及其它原因，因此为大家所熟知的是从控制单元至制动器之间采用无线通信路径。“户外”使用无线通信是可能的，但是这会造成其它信源可能会受到电磁场干扰的风险，和/或其它信源产生可能干扰其他电子部件的电磁场。为了避免这个问题，无线通信路径包括由波导导向的微波RF信号。波导典型地安装在固定地点上。微波信号输入到位于其一端的波导中。可移动的制动器具有一耦合器，该耦合器可移动的与所述波导相连，以便该耦合器可从一定位置范围内的波导中拾取信号。

图1示意性地给出了现有技术中的波导。

现有的波导10是其横截面为长方形的箱形结构，该结构具有宽为W的底部11、高为H的侧壁12和13、以及顶壁14。壁11、12、13、14可导电。典型地，它们是由铁或钢制成的。槽15沿顶壁14的中心纵向延伸。槽15位于竖直凸缘16的侧面。底部11和壁12、13、14围成了波导腔17，在该波导腔中图1所未示出的装置产生了RF波。图1所示例性示出的为正方形的拾取耦合器固定在支架18上，该支架18沿着槽15延伸并且可在波导10的纵向上移动，以便耦合器可以在波导10的长度内移动。支架18与可移动制动器相连并且可将来自耦合器19的信号传送到图1中未示出的制动器上。

由H.Dalichau所发明并且诸如并在Frequenz 36(1982)第169-175页″Adapters and vehicles-couplers for slotted waveguidesystems″中所公开的已知波导10具有某些严重的缺陷。最主要的缺陷是当前的波导10具有窄带传输特性，并且尤其是将其设计成用于预定的载波频率。同样，为了具有比倍频程更小的带宽，底部11的宽度W必须等于λ，并且侧壁12和13的高度H必须等于λ/2，其中，λ是所述预定载波的波长。

这限制了波导的数据传输容量。此外，因为载波频率是由发送器决定的，因此必须为使用不同载波频率的不同发送器设计不同波导。

另一个问题也涉及到尺寸。当今，在市场上买得到的通信模块在低于6GHz的频率下工作。此后，波导的特征尺寸W大于5cm。这意味着波导占据了装置内的大部分空间。

本发明的一个重要目的是克服上述缺点。

具体地说，本发明的一个目的就是提出一种改进的波导，该波导具有较小的尺寸并且具有宽带传输特性。尤其是，本发明的目的在于提出这样一种波导，该波导可对其频率在1GHz或低于1GHz至6GHz或高于6GHz范围内的波进行传输。

根据本发明的一个重要方面，波导包括两个平行导体，一个是空的且围成一个波导腔，另一个设置在这个波导腔内。中空外导体将传输信号的电磁能大体上完全封闭在所述波导腔的内部。中空的外导体至少具有一个槽，其可将耦合器导入到所述波导腔并且可使该耦合器沿着波导的长度方向移动，以便沿着波导的方向而拾取(或发送)其来自(或送至)位于任何所期望位置上的波导的能量。

值得注意的是，存在所谓“漏泄波导”，将其有意构造成向周围泄漏传输信号的预定部分的电磁能。这种漏泄波导典型的由同轴电缆实现，该同轴电缆具有中空的外导体以及同轴的位于外导体之内的内导体，内导体与外导体内壁之间的空间中完全充满了电介质材料。外导体具有规律模式的多个小开口，电磁场通过这多个小开口可以泄漏到外导体内部。开口的尺寸典型的小于波长。但是在这种情况下通过利用波导外的天线，这种漏泄波导也可沿着其长度方向而拾取位于任意位置上的信号。应用这种漏泄波导的典型示例是在隧道中以向汽车提供无线电信号。然而，该波导不适于将移动的耦合器导入到波导内部。

参考附图，通过下面对根据本发明的波导的优选实施例进行描述来进一步说明本发明的这些和其他方面、特征、以及优点，在附图中：

图1示例性的给出了现有技术波导的透视图。

图2示例性的给出了根据本发明的波导的一些基本元件。

图3A-3E是根据本发明的波导内导体的横截面，其示出了几种可能的方案；

图4A-4E是根据本发明的波导外导体的横截面，其示出了几种可能的方案；

图5A-5D是根据本发明的波导外导体的横截面，其示出了几种可能的方案；

图6A和6B分别是根据本发明的波导的一实施例的横截面和纵向局部截面；

图7A是屏蔽导体端部的纵向截面，其示例性的示出了一个终结套管。

图7B是波导端部的透视图，其示例性的示出了另一个终结套管。

图7C是放大比例尺的波导端部，其示例性的示出了一个馈通连接器；

图8给出了带状线型的波导的示例性透视图；

图9A-9C给出了耦合器的几个实施例的示例性透视图；

图10给出了其使用耦合器的波导的示例性透视图；

图11A和11B示例性的给出了其具有根据本发明的波导通信系统的设备。

本发明提出一种多导体波导100，包括围在第二导体120中的且其被示为屏蔽导体的第一导体110，并且该导体还提供了对电磁场的屏蔽。

图2示例性的示出了本发明所提出的多导体波导100的第一个实施例的一些基本元件。在第一实施例中，屏蔽导体120的形状通常是在第一导体110周围延伸的箱形。因此，其形状为在第一导体110周围延伸的中空箱形的第二导体120形成了一内部空间或波导腔121，第一导体110就位于其中。图2也示出了第二导体120具有纵向槽122，其功能将在后面进行描述。

在使用中，将信号提供给第一导体，且该信号在所导体的长度内传播，这在内部空间121中形成一个电磁场。如本领域技术人员所熟知的，电磁场将被限制在内部空间121中，即在第二导体的外面没有产生或仅产生了微乎其微的电磁场，因此不会导致或仅会导致对其它电子设备微乎其微的干扰。反之，外部的电磁场不会渗入内部空间121，以便外部电磁场不会产生或仅会产生微乎其微的干扰。

图3A-D示出了第一个导体110的形状的一些设计详图。如图3A所示，第一导体110A可以具有圆形截面。如图3B-3E所示，第一导体也可以具有至少一个侧平面111。在图3B所示的实施例110B中，第一导体110B大体上具有D形的横截面，其仅有一个侧平面111。在图3C所示的第三实施例中，第一导体110C具有长方形截面，其大体上具有四个侧平面。在图3D所示的第四实施例中，第一导体110C具有正方形截面，其大体上具有四个侧平面。在图3E所示的第五实施例中，第一导体110D大体上具有三角形截面，其大体上具有三个侧平面。

图4示出了第二导体120的一些设计部件(为了简单起见，省略了图4中的槽122)。如图4A所示，与如图1所示的目前工艺水平的波导10的横截面相类似，第二导体120A大体上具有长方形截面或乃至正方形截面。然而，第二导体120的设计不仅限于矩形设计。如图4B所示，第二导体大体上具有圆形形状。如图4C所示，第二导体大体上具有正方形形状。如图4D所示，第二导体120D大体上具有D形横截面。如图4E所示，第二导体120E大体上具有三角形横截面。

事实上，第二导体120可以具有任何适宜的形状，其中主要的设计标准是这样的事实，即第二导体包围第一导体110以便将场电力线限制在第二导体120的内部空间121中。考虑到制造，目前主要进行与第二导体120的形状有关的设计选择。

在这一点上，应该指出的是，在如图1所示的目前工艺水平的波导10中，不存在与波导形状有关的设计选择：如所述的，其必须具有长方形的横截面，该横截面的宽度W是高H的两倍并且其等于设计载波频率的波长λ。相反，这不对本发明所提出的多导体波导100的第二导体120做出限制。基本上，不仅可以使用任何形状的横截面，而且可以选择更小的横截面尺寸。

如参照图2所已提及的，本发明中的多导体波导100的第二导体120包括至少一个其可导入耦合器的纵向槽，稍后将对其示例进行描述。为方便起见，图4A-4E中没有示出这种槽。图5示出了上述槽122，其中图5A-5D示出了几种可能的设计。图5中详细的示出了槽122和图4A中所示出的长方形实施例120A以及图4E中所示出的三角形第二导体120E，但是应该明白的是所有其它类型的第二导体中也适用同样的原理。

如图5A所示，槽122可以位于第二导体120侧壁123的对称中心。然而，根据本发明，第二导体120不限于诸如图1所示的现有波导10的这种设计。如图5B如示，槽122也可以位于侧面(profile)的一角附近，即可以将槽122设置在侧壁123边缘附近，其与相邻侧壁124邻接。事实上，槽122可以位于侧壁上的任何适当的位置上。

槽122很窄，这取决于导入到槽122中的耦合器的尺寸。如果槽122足够地窄，那么其频率位于认定范围内(大约1GHz到大约6GHz甚至更高)的电磁场几乎不能通过这样的槽。在这一点上，可以通过设置凸缘125，126来提供更进一步的改进，该凸缘125，126在槽122的相对侧面大致彼此平行的延伸。将该凸缘125，126设置在其位于图5A所示壁123的中心处的槽122的相对侧。在此情况下，将该凸缘设置成大体上与所述侧壁123相垂直。没有单独示出这种情况。在图5C所示的实施例中，其中槽122位于侧面的一角，可以将该凸缘设置成第一凸缘125与邻接侧壁124成一直线延伸，同时第二凸缘126与第一凸缘125相平行的延伸。

如图5C所示，凸缘125、126从第二导体120向外延伸。然而，最好是凸缘125，126向内延伸，如图5D所示。从图5D中可以看出，此时开槽的第二导体120实际上只包括一个辅助凸缘126，该辅助凸缘126从所述侧壁123的边缘与所述邻接侧壁124相平行的延伸到内部空间121中。这时，其与所述辅助凸缘126相重叠的邻接侧壁124的一部分实际上执行凸缘125的功能。

与图5A的实施例相比较，图5C和5D所示的实施例的重要优点在于更容易制造图5C和5D中的实施例。典型地，制造将涉及由一平面钢板或金属板折叠成箱形的结构，通过折叠此钢板或金属板来制造出侧壁和凸缘。就图5C的情况来说，由于第一凸缘125是由邻接侧壁124简单的延伸而形成的，因此其不涉及折叠操作。就图5D而言，更进一步的优点是实现了凸缘不从屏蔽导体120向外伸出，并且提供了第一凸缘125这不涉及额外的材料。

图5C和5D中所示实施例的一个重要的优点在于，由于其距离小于波长一半的凸缘之间的电磁场呈指数衰减，因此对内部空间121中的电磁场提供了更好的封闭。这个优点体现在图5D的实施例和图5C的实施例中。

在一特定实施例中，第二导体120形状是长方形(例如图4A所示)，其具有两个相对的长侧壁和两个相对的短侧壁，其中槽122设置在短侧壁之一上。此时短侧壁的长度等于或仅稍大于槽122的宽度，以便槽122实际上占据了短侧壁的整个长度。此时可以认为第二导体120仅具有U形结构的三个侧壁，其中两个相对的长侧壁实际上执行上述凸缘的功能。

位于第二导体121的内部121中的第一导体110可以自由地悬挂，其悬吊在其端部。根据第一导体110的横截面形状，在其他情况中，如果波导的纵向是直的，那么第一导体110具有够的刚性和/或受到拉力以便尽可能的按照直线来导向第一导体110。然而，在实际上或多或少程度上的下垂是难免的。为了避免这种下垂，希望在内部空间121中设置一个或多个支架，以便按照第二导体120来支撑第一导体110。然而，这种支架本地的引起阻抗变化，这可引起所不希望的反射。最好是，波导的阻抗在其长度范围内尽可能恒定。因此，在需要第一导体110的支架的情况下，该支架最好是连续支架，即在其具有连续特性的第一导体110的整个长度上延伸。举例来说，图6A和6B示出了其包括有图5D所示的第二导体120以及图3C所示的第一导体110C的波导100的一个实施例，第一导体110C是由诸如塑料这样的非传导性材料的连续支架130来支撑的。或者，只要支架的尺寸以及支架结构之间的距离明显小于波长，那么也可使用非连续支架。

不需要有其端部开口的第二导体120。图7A-7C示出了第二导体120端部结构的几种可能性。

如图7A所示，第二导体120以传导性端壁140结束，这个端壁与第二导体120的纵向壁电连接。这种端壁可以是由焊接到第二导体120`的壁端的板而实现的，但是这种端壁140可以是由其具有底部140和圆柱形侧面141的大致圆柱形的帽子而实现的，该圆柱形侧面141具有其与第二导体120的外形相对应的一外形，如图7A中所示例性示出的。这种传导性端壁140实质上会反射所传送的电磁场，并且因此被称为反射器140。

在希望避免上述反射的情况下，该端结构包括终端套管150，该终端套管150具有与波导100的阻抗相匹配的一阻抗。替换该终端套管，例如可以通过连接器及采用其它方式来从该结构中提取信号以例如将其插入到另一个波导中。多个波导可以连接成一个链状结构并且利用不同波导中的多个可移动耦合器而使其用作一网络的中枢。图7B示例性的示出了波导100的一示例，该波导100包括如图3A所示的大致圆形截面的第一导体110以及如图4B所示的大致圆形剖面的第二导体120。这个示例中的终端套管150包括多个其按照星形结构而装配的电阻，每个电阻151大致呈放射状地分布在第一导体110与第二导体120之间，每个电阻的一端连接到主导体110上，另一端连接到第二导体120上，其中电阻151均匀的分布在主导体110的周围。实际上，所有电阻151均平行的连接于主导体110与第二导体120之间，并且呈现出如本领域普通技术人员所熟知的有效阻抗，该阻抗与波导100的阻抗相匹配。

代替这多个独立电阻151，终端套管150还可以包括设置在第一导体110与第二导体120之间的环形导体，这个环形电阻给出了第一导体110与第二导体120之间的匹配电阻。微波吸收器材料也可用于终止波导。

图7C以放大的比例示出了对图7A所示实施例的改进。再次，终端套管包括一传导性的盘140，其大体上与波导100的纵向相垂直的延伸。在图7C所示的实施例中，端壁140具有一同轴型的馈通连接器。该馈通连接器包括其具有圆形剖面的圆柱形外导体161，该导体161的一端具有螺纹162和安装盘163。其还称为插针的内导体164在外导体161之内同轴的延伸并且其与第一导体110相连。为了降低反射和不需要的影响例如干扰电磁场，第一导体110的端部166是锥形的以便使第一导体110的相交尺寸(cross size)减小到插针164的相交尺寸。非传导性的绝缘体165位于插针导体164与外导体161之间。端部的盘140具有一个孔146，至少连接器160的插针导体164通过这个孔而延伸。连接器160适合于其用于对所要传输的信号进行传送的同轴电缆(未显示)相连，其中将同轴电缆的连接器拧到连接器160上。在第二导体120的内部空间121中，第一导体110的一端与连接器160的插针导体164相连，如图所示。

波导100最好是由一刚性自支撑结构来实现，其按照直线而定向。然而，这不是必要的，并且在某些情况下，其他情况甚至是有优点的。例如，其优点是波导至少部分沿着曲线轨迹。此外，其优点是如果波导是可弯曲的，那么可使其形状适应于实施的实际场所。

在下文中，参考图8对多导体波导的第二个实施例进行说明，多导体波导200的第二实施例是微带型的波导。这个微带线波导200包括一电介质材料的带201，该电介质材料带具有其承载导电材料带210的第一表面202(在此情况下是底面)。这个第一表面或底面202在下文中也称为前表面。与该前表面202相对的其在下文中被称为背表面203的第二表面203承载第二导电材料带204。其还被称为背部导体204的第二导电材料带204的宽度比其被称为第一导体的带状导体210的宽度更宽，并且最好等于背表面的横截尺寸。在优选实施例中，第一导体210和背部导体204是由位于电介质带201上的导电材料层实现的，优选的是铜。更好的是，具有相对导体210、204的电介质带201是由PCB带实现。

为了降低微带波导泄漏电磁场，屏蔽导体位于其与位于适当位置上的第一导体210相对的位置上。

优选的但不是必须的是，背部导体204借助侧面导体207而与屏蔽导体205电连接。

该侧面导体207可以由金属带来实现。将侧面导体207焊接到背部导体204和屏蔽导体205上。此后，背部导体204、侧面导体207、以及屏蔽导体205的组合形成了其大致上具有U形截面的组合导体，第一导体210就位于此U形组合的两个腿204、205之间的内部空间221中。通过槽222而可从其与侧面导体207相对的侧进入内部空间221。此外，侧面导体207可用于使带状导体201和屏蔽导体205彼此保持预定的距离，即它们之间具有一间隙209。

图9A-9C示出了根据本发明的耦合器的几个实施例，其尤其适用于将外部波导导体120导入槽122并且与内部波导导体110相耦合。图9A所示的耦合器300是一般的平面形。耦合器300包括其具有前表面302和背表面303的一电介质材料的承板301以及两个相对的侧边缘304、305，该耦合器位于波导的纵向上。在前表面302上设置有耦合导体320。耦合导体320最好是由前表面302上的导电层实现的。在背面表面303上设置有背部导体309。背部导体309覆盖背部表面303的大部分区域，最好是覆盖整个背表面303。更有利的是，背部导体309是由背表面303上的金属层构成的。更有利的是，其具有该耦合导体320和背部导体309的承板301可以是由双边PCB实现的。

最好是，如图9A所示，耦合器300包括用于连接同轴电缆(未显示)的连接器310，它方便地固定在侧边304上。该同轴电缆连接器310包括其与耦合导体320电连接的一内导体以及其与背部导体309电连接的一圆柱形外导体。如图所示，可利用其前表面302平面上的中心轴311来装配连接器310。

图9B-9C所示的实施例也可以具有上述连接器310，但是为了简单起见，图9B-9C中没有示出这个连接器。

在下文中，耦合器通常由附图标记300来表示；为了清楚的参照图9A-9C所示的具体实施例，通过添加字符A、B、C来分别区分这些实施例。

在耦合器300中，耦合导体320由一带状传输线实现的，即由一导电材料的平带实现的，典型地是铜，其具有预先确定的宽度和厚度。在图9A所示的耦合器300A中，耦合导体320A大体上具有L-形外形，其包括支腿部分321和底脚部分322。底脚部分322的纵向大致与其与第一侧边相对的第二侧边305相平行，同轴电缆连接器310装配在该第一侧边上。支腿部分321的纵向大致上与同轴电缆连接器310的内导体311在同一直线上。选择支腿部分321和底脚部分322的宽度和厚度以便耦合器320的特性阻抗等于其与连接器310相连的电缆的特性阻抗，典型地为50欧姆，虽然其它的标准阻抗已为大家所熟知。

图10示出了与本发明的波导100一起使用的耦合器300的透视图。在使用中，将耦合器300插入到第二导体120的槽122中，以便使耦合导体320的底脚部分322正对着波导100的第一导体110。第二侧边305参照一导引构件，在这种情况下是第二导体120的侧壁127。如箭头A所示，耦合器300在第二导体120的槽122中移动，在这种情况下，耦合导体320的耦合底脚部分322沿着波导的第一导体110移动，耦合底脚部分322与第一导体110之间的相互距离保持恒定。

在耦合器从波导中拾取信号的情况下，耦合导体320的耦合底脚部分322将拾取由波导的第一导体110所产生的电磁场的一部分，并且将其传送到连接器310以作进一步的处理。类似的，在耦合器将信号导入到波导中的情况下，波导的第一导体110将拾取由耦合导体320的耦合底脚部分322所产生的电磁场的一部分，并且将其沿着波导的第一导体110而进行传送以作进一步的处理。在耦合器300在波导的纵向上进行移动期间以及其之后，耦合导体320的耦合区域是由其底脚部分322的长度D决定的并且波导的第一导体110与耦合导体320之间不存在物理接触。

为了使波导的第一导体110与耦合导体320之间的相互距离保持恒定，提供了附图中所没有示出的外部支架。最好是设置这种支架以可确保耦合导体320相对于第二导体120的凸缘126是自由的，同时最好是还可确保背部导体309相对于第二导体120的侧壁124是自由的。如果需要，可以在第二导体120的内壁127上设置一个或多个导轨128，以便有效的对承板301的第二侧边305进行导向以防止承板301在与前表面302相垂直的方向上有任何可能的移动。

这种设计可以防止位于一侧的耦合器300的传导部分与位于另一测的波导100的传导部分之间发生电接触。尤其是其可特定的应用到耦合导体320上，但是更优选的是还可应用到背部导体309。在一个可能的实施例中，第二导体120的槽122的宽度稍大于耦合器300的厚度，以便在与耦合器300的表面302相垂直的方向上存在少许摆动。然而，第二导体120的槽122的宽度也与耦合器300的厚度相对应，以便由外部波导导体的凸缘来支持并且导向耦合器300。

可以多种方式来防止位于一侧的耦合导体320的支腿部分321与位于另一侧的外部波导导体的凸缘126之间发生电接触。在图9A所示的实施例中，所述支腿部分暴露于前表面302上。或者，所述支腿部分321位于一个凹口部分或凹槽中(为简单起见未示出)。耦合导体320的底脚部分也适用同样的情况，以便防止其与凸缘126或第一波导导体110相接触。

此外，可以在耦合导体320上或是在耦合器300的整个前表面302上施加一绝缘层(为简单起见未显示)。

此外，可以在其与耦合器300的凸缘126相对的表面上或者在耦合器300的整个表面上施加一绝缘层(为简单起见没有显示)。

可以多种方式来防止位于一侧的耦合导体320的底脚部分322与位于另一侧的内部波导导体110之间的电接触。在图9A所示的实施例中，所述内部波导导体110位于其比外部波导导体120的凸缘126更高的位置上。此外，可将绝缘层施加到其与耦合器300相对的内部波导导体110的表面上(为简单起见未示出)。甚至可将内部波导导体110完全嵌入到非传导性的支架材料130中。

在通过绝缘材料或者凹口结构来避免电接触的这些情况下，耦合器300可以物理的靠在内部波导导体110和/或外部波导导体120上以进行导向。

图9A中所示的耦合器300A主要受到其在波导的一个方向上进行传播的电磁场的影响。图9B示出了耦合器300A的改进示例300B，其易受到其在波导任何方向上进行传播的波的影响。在耦合器300B中，耦合导体320B大体上呈T形外形，其包括支腿部分321以及两个相对的底脚部分322和323。

图9C中所示的耦合器300C大体上具有Δ形外形。耦合导体320相对于其与第二侧边305大体上相垂直的中心线330而对称。与图9B中所示的第二实施例300B相同，第三实施例300C易受到其在波导任何纵向上进行传播的波的影响。公共连接部分331分成两个分支332A、332B，每个分支332A、332B分别包括底脚部分333A、333B，每个分支的纵向大致与第二侧边305相平行，这些底脚部分333A、333B中的每一个均具有长度D并且在彼此相距d时而终止。在其彼此远离而相对的端部，通过支腿部分334而使耦合部分333与公共连接部分331相连，每个支腿部分334均具有其与连接部分直接相邻的第一支腿部分335，该第一支腿部分335的长度等于λ/4并且其特性阻抗等于连接部分331的特性阻抗的

倍，然而支腿部分334的剩余部分和耦合底脚部分333的每一个的特性阻抗均等于连接部分331的特性阻抗。

就根据本发明的耦合器的三个示例性实施例300A、300B、300C而言，耦合器300A呈现了最容易的设计和最小的尺寸。

耦合器300B和300C是其具有对称结构的双向耦合器的示例。

此外，值得注意的是所示的波导和耦合器适用于在较宽的工作频率范围内使用。这一点还适用于图9C中所示的Δ形耦合器300C，虽然由于第一支腿部分335的长度是根据工作频率而确定的而使其应用范围较小。此外，因为耦合效率取决于其与操作频率有关的耦合导体320的耦合底脚部分(322A；322B+323B；333A，333B)的长度，因此通过使所述长度适应于设计操作频率(较好的值约是λ/4)而可使耦合最佳化，虽然在这点上耦合器也能在设计操作频率周围的较宽范围内很好的工作。在第三实施例300C中，关于设计操作频率(最好是λ分之一)，将两个底脚部分333A，333B之间的距离d制造得较小。

此外，值得注意的是，虽然第一导体110与带状导体322之间的相互距离并不关键，但是也可对其进行优化以使耦合效率最佳化。通常，距离越小，耦合则越好。然而，如果该距离做得太小，那么会破坏波导本身的性能。可以推断出用于每个应用的耦合器与波导之间都存在一个最佳距离或者存在这样一个距离范围，即在该范围内性能十分的好。

图11A示例性的示出了诸如工业制造设备这样的设备400，其包括一命令单元402和一制动器403，其中制动器403是可移动的，如箭头A所示。通过波导通信系统401将来自命令单元402的信号传送到制动器403，该波导通信系统包括上述波导100、200以及至少一个其可滑动的装配在所述波导100、200上的上述耦合器。

图11B示例性的示出了诸如其包括有一检波器412和一接收器411的工业制造设备这样的设备410，其中检波器412是可移动的，如箭头A所示。通过波导通信系统401将来自检波器412的信号传送到接收器411，该波导通信系统包括上述波导100、200以及至少一个其可滑动的装配在所述波导100、200上的上述耦合器。

对本领域技术人员来说应该明白的是本发明并不局限于上述实施例，并且在如随后权利要求所定义的本发明的范围内可对其做出各种变化及改进。

例如，在上述实施例中，示出了本发明的多导体波导的第二导体具有一个其可引导耦合器的纵向槽。然而，还可使多导体波导的第二导体具有两个乃至多个纵向槽，每个槽均可引导一耦合器。此后，在各个槽中所引导的各个耦合器可在波导的整个长度上移动，而与每个其它耦合器的位置无关，因为在各个槽中所引导的耦合器现在可彼此经过。

此外，在上述实施例中，示出了耦合器大致是平板形的。然而，也可使用诸如线型这样的不同形状的耦合器。

在上文中，已经说明了如何设计这样的波导通信系统，该波导通信系统包括多导体波导以及可沿该波导滑动的一耦合器，以便预定的耦合导体(322)与波导的第一导体相耦合。此外，描述了一种其尤其是适合于在波导通信系统中使用的新型波导，并且描述了一种其尤其是适合于在波导通信系统中使用的新型耦合器。然而，即使在将自身为大家所熟知的多导体波导付诸实际时，本发明的基本思想即使用其沿着多导体波导滑动的耦合器，这本身被认为是具有新颖性和创造性的，因为到现在为止本发明中所提出的多导体波导未被使用。这尤其适合于微带型多导体波导。参照附图8，裸露的微带型多导体波导基本上是由第一导体210和背部导体204组成的，即没有屏蔽导体205及侧面导体207。采用上述裸露的微带型多导体波导可以较好的实施本发明的基本思想。

Claims (29)

1.一种波导，包括：

-纵向第一导体；

-纵向第二导体，其与所述第一导体基本上平行；

-其中第二导体至少大致环绕着一内部空间，以便电磁场大致封闭在这个内部空间中；

-其中所述第一导体位于所述第二导体的内部空间之中；

-与所述第一导体相邻的所述内部空间的至少一部分是空的；

-其中第二导体具有至少一个其与所述内部空间的所述空部分相连的槽，这可导入耦合器。

2.根据权利要求1所述的波导，其中所述第一导体具有大致呈圆形的截面，或大致呈长方形的截面，或大致呈正方形的截面，或大致呈三角形的截面，或大致呈D形的截面。

3.根据权利要求1或2所述的波导，其中所述纵向第二导体通过一个连续支架来支撑所述第一导体。

4.根据权利要求1或2所述的波导，为预定的操作波长而设计，其中所述纵向第二导体通过多个间断支架来支撑所述第一导体，每个间断支架的尺寸均小于预确工作波长。

5.根据上述权利要求中任一个所述的波导，其中所述槽位于侧壁的中间部分。

6.根据上述权利要求1至4中任一个所述的波导，其中所述槽位于其与相邻侧壁邻接的侧壁边缘附近。

7.根据上述权利要求中任一个所述的波导，进一步包括其在槽的相对侧上大致彼此平行延伸的凸缘。

8.根据权利要求7所述的波导，其中所述凸缘相对于第二导体而向外延伸，并且其中第一凸缘与邻接壁成一直线的延伸。

9.根据权利要求7所述的波导，其中所述凸缘相对于第二导体而向内延伸，并且其中一个凸缘与邻接壁大致平行的延伸。

10.根据上述权利要求中任一个所述的波导，其中将所述第一导体加工成传导性材料带，并且其中将背部导体加工成其与所述第一导体相平行的较宽的传导性材料带。

11.根据权利要求10所述的波导，其中所述第一导体和所述背部导体形成于一条电介质材料带的相对表面上，最好是由一条PCB带来实现。

12.根据权利要求10或11所述的波导，进一步包括一个屏蔽导体，该屏蔽导体与其与背部导体相对的第一导体相平行，所述屏蔽导体可由一条PCB带来实现。

13.根据权利要求12所述的波导，其中所述屏蔽导体通过侧导体而与所述背部导体电连接，所述侧导体最好是由一条金属带或者是由一条PCB带来实现。

14.根据上述权利要求中任一个所述的波导，进一步包括位于其至少一端的至少一个反射器。

15.根据上述权利要求中任一个所述的波导，进一步包括位于其至少一端的至少一个终端套管，该终端套管具有与波导的阻抗相匹配的阻抗。

16.一种耦合器，该耦合器用于使信号耦合出或耦合到前述权利要求中任一个所述的波导中，其包括：

-电介质材料的承板；

-位于承板前表面上的耦合导体；

-位于承板后表面上的背部导体。

17.如权利要求16所述的耦合器，其由一个双边PCB实现。

18.根据权利要求16或17所述的耦合器，其中所述耦合导体包括至少一个其承板的第一侧边大致平行的纵向部分。

19.根据权利要求18所述的耦合器，其中所述耦合导体包括至少一个其与承板的所述第一侧边大致相垂直的纵向部分。

20.根据权利要求19所述的耦合器，其中所述耦合导体包括两个纵向部分，这两个纵向部分在所述垂直部分的一端彼此相交，且与所述第一侧边大致平行，并且导向与所述垂直部分相对的方向。

21.根据权利要求18所述的耦合器，其中所述耦合导体包括：

-两个纵向部分，其每一个均具有长度D并且在彼此相距距离为d的位置上大致平行于所述第一侧边。

-一个公共连接部分，其大致与所述承板的第一侧边相垂直；

-两个支腿部分，每个支腿部分可使纵向部分的外端与所述公共连接部分的一端相连。

22.根据权利要求21所述的耦合器，其中每个支腿部分包括第一支腿部分，该第一支腿部分直接与所述公共连接部分相邻，第一支腿部分的长度大致等于λ/4，且特性阻抗等于该连接部分特性阻抗的 倍，但是每个支腿的剩余部分以及所述纵向部分的特性阻抗等于该连接部分的特性阻抗。

23.根据权利要求16至22中任一个所述的耦合器，进一步包括用于连接同轴电缆的一连接器；

-所述同轴电缆连接器包括其与耦合导体电连接的一内导体以及其与所述背部导体电连接的一圆柱形的外导体。

-其中所述连接器最好位于其与所述第一侧边相对的第二侧边附近。

24.一种波导通信系统，该系统包括一波导，该波导包括至少两个互相平行的导体以及至少一个可滑动装配于所述波导上的耦合器。

25.一种波导通信系统，该系统包括根据权利要求1至17中任一个所述的波导以及至少一个根据权利要求18至25所述的其可滑动装配于所述波导上的耦合器。

26.根据权利要求24或25所述的波导通信系统，其中所述波导可滑动的支撑所述耦合器，以便该耦合导体的至少一个纵向部分近距离的正对着波导的第一导体，所述耦合导体的至少一个纵向部分和波导的所述第一导体大致彼此相平行的延伸。

27.根据权利要求26所述的波导通信系统，其中在其大致与所述波导的第一导体相平行的方向上，由所述波导可滑动的支撑所述耦合器。

28.一种其包括有一指令单元和一制动器的设备，该指令单元或制动器是可移动的，或者这二者均是可移动的，其包括根据权利要求25-27中任一个权利要求所述的波导通信系统。

29.一种其包括有一检波器和一接收器的设备，该检波器或接收器或这两者均是可移动的，其包括根据权利要求25-27中任一个权利要求所述的波导通信系统。

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