DE102019121120B4

DE102019121120B4 - Dielektrischer Wellenleiter

Info

Publication number: DE102019121120B4
Application number: DE102019121120.4A
Authority: DE
Inventors: Thorsten Fink; Erwin Köppendörfer; Yannick Ramser; Dominik Dorner; Felix Distler
Original assignee: Leoni Kabel GmbH
Current assignee: Leoni Kabel GmbH
Priority date: 2019-08-05
Filing date: 2019-08-05
Publication date: 2022-09-29
Anticipated expiration: 2039-08-06
Also published as: WO2021023445A1; DE102019121120A1; US20220263211A1; CN114207936B; CN114207936A

Abstract

Dielektrischer Wellenleiter (100; 200), bei dem der Faserkern (105) durch einen ersten Faserkern (110) und einen zweiten Faserkern (120) gebildet ist, wobei der erste Faserkern (110) und der zweite Faserkern (120) im Querschnitt des dielektrischen Wellenleiters (100; 200) eine Schnittmenge aufweisen, und mit einem ersten Zugfaden (115) für den ersten Faserkern (110) und einem zweite Zugfaden (125) für den zweiten Faserkern (120), wobei der erste Faserkern (110) einen Raum um den ersten Zugfaden (115) herum entlang des dielektrischen Wellenleiters (100; 200) einnimmt und der zweite Faserkern (120) einen Raum um den zweiten Zugfaden (125) herum entlang des dielektrischen Wellenleiters (100; 200) einnimmt.

Description

Beispiele beziehen sich auf Konzepte zum Übertragen von hochfrequenten Signalen, insbesondere im W-Band, mittels dielektrischen Wellenleitern und Anwendungen diesbezüglich, und insbesondere auf einen dielektrischen Wellenleiter zur Übertragung linear polarisierter elektromagnetischer Wellen.
Ein dielektrischer Wellenleiter ist ein Leitungstyp für die Übertragung von Frequenzen im Millimeterwellenbereich, also einer Wellenlänge zwischen 1 mm und 10 mm. Das übertragbare Frequenzband wird hierbei vor allem von einer Dimensionierung des Wellenleiters bestimmt.
Gegenüber anderen gebräuchlichen Leitungsarten (zum Beispiel Koaxialleitungen und Hohlleitern) zeichnet sich der dielektrische Wellenleiter nebst weiteren Vorteilen dadurch aus, dass keine elektrisch leitfähigen Materialien erforderlich sind. Im Gegensatz zu metallgebundenen Wellenleitern, erfolgt eine Wellenführung bei dielektrischen Wellenleitern entlang einer Grenzschicht von Materialien unterschiedlicher Permittivität, auch Dielektrizitätskonstante genannt.
Aufgrund des Skineffekts bei metallgebundenen Ausbreitungsmedien (zum Beispiel beim Koaxialkabel) können Verluste vor allem bei höheren Frequenzen stark ansteigen. Dies kann die Leistungsfähigkeit des über den Wellenleiter bereitgestellten Kommunikationskanals verringern. Darüber hinaus sind im Millimeterwellenbereich bei Koaxialkabeln aufgrund der cutoff-Frequenz nur sehr kleine Querschnitte realisierbar, was ebenso zu höheren Verlusten führt.
Im Vergleich zu metallgebundenen Hohlleitern haben dielektrische Wellenleiter neben besseren Dämpfungseigenschaften auch ein geringeres Gewicht. Dielektrische Wellenleiter sind außerdem günstiger und mechanisch flexibler.
Somit können dielektrische Wellenleiter gegenüber metallgebundenen Wellenleitern zahlreiche Vorteile vereinen.
Wie bereits erwähnt bestehen dielektrische Wellenleiter - abgesehen von einer optionalen metallischen Schirmung - ausschließlich aus nichtleitenden Materialien. Im einfachsten Fall ist dies eine Struktur mit rundem Querschnitt. Dabei fungiert die die Struktur umgebende Luft als Grenzmedium mit unterschiedlicher Dielektrizität. Dies ist übertragbar auf unterschiedliche Querschnittsgeometrien. Generell besitzen runde Querschnittsgeometrien keine Vorzugsebene hinsichtlich der Polarisation. Dies bedeutet, dass die Empfängerstruktur zur Auskopplung zwingend zirkulär polarisiert sein muss, was jedoch technisch aufwändiger ist.
Eine weitere Möglichkeit stellen rechteckige Strukturen mit unterschiedlichen Seitenlängen dar. Diese sind jedoch auf definierte Kanten und Ecken angewiesen. Dies ist mit geläufigen Extrusionsverfahren ohne zusätzliche Prozessschritte nicht zu realisieren.
Darüber hinaus ist eine Polarisationserhaltung mit einer elliptischen Struktur möglich. Sowohl runde als auch die elliptische Querschnittsgeometrien sind mittels Extrusionsverfahren herstellbar. Hierbei kann ein Zugmedium verwendet werden. Im metallgebundenen Fall stellt der Leiter eines Kabels das Zugmedium dar. Bei dielektrischen Wellenleitern ist ein nicht leitfähiger Zugfaden erforderlich. An diesen Zugfaden sind jedoch thermische und mechanische Anforderungen zu stellen, um ihn im Extrusionsverfahren verwenden zu können.
Materialien, die diese Anforderungen erfüllen, können jedoch höhere dielektrische Verluste aufweisen als für das Extrusionsmaterial des Zugfadens erforderlich. Um diesen Effekt möglichst abzumildern, sollte die Feldintensität im Bereich des Trägerfadens möglichst niedrig sein. Für die runde und elliptische Struktur befindet sich dieser jedoch in der Strukturmitte und damit im Intensitätsmaximum, was zu hohen dielektrischen Verlusten führt.
Dielektrische Wellenleiter müssen möglicherweise im Hinblick auf Reduzierung dielektrischer Verluste optimiert werden. Nichtsdestotrotz ist es erwünscht, eine Struktur zur Übertragung linear polarisierter Wellen zu bilden.
Das Dokument „Large, M., Poladian, L. Barton, G., van Eijkelenborg, M. A., Microstructured polymer optical fibers, Springer Science & Business Media, 2007, S. 165 - 179“ offenbart einen Lichtwellenleiter mit mehreren miteinander verbundenen Faserkernen. Weitere Lichtwellenleiter mit Faserkernen werden durch die Dokumente US 2007 / 0 147 736 A1 und US 2006 / 0 165 358 A1 offenbart.
Ferner offenbart das Dokument DE 3 047 290 A1 eine dielektrische Wellenleiteranordnung mit zumindest einem Faserkern.
Es kann ein Bedarf bestehen zum Bereitstellen von Konzepten für dielektrische Wellenleiter zur Übertragung linear polarisierter Wellen mit reduzierten dielektrischen Verlusten.
Ein solcher Bedarf kann durch den Gegenstand der Ansprüche erfüllt sein.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein dielektrischer Wellenleiter bereitgestellt. Ein Faserkern des dielektrischen Wellenleiters ist durch einen ersten Faserkern und einen zweiten Faserkern gebildet. Der erste Faserkern und der zweite Faserkern weisen im Querschnitt des dielektrischen Wellenleiters eine Schnittmenge auf.
Aufgrund der Geometrie der Anordnung des ersten Faserkerns und des zweiten Faserkerns zueinander kann eine linear polarisierte Welle durch den dielektrischen Wellenleiter geführt werden, welche aufgrund der Anordnung in der Mitte des durch den ersten Faserkern und den zweiten Faserkern gebildeten Faserkerns weniger dielektrische Verluste aufweist. Folglich kann eine Querschnittsgeometrie vorgesehen sein, welche eine Polarisationserhaltung bzw. eine Vorzugsebene hierfür aufweist.
Der dielektrische Wellenleiter kann hierin so verstanden werden, dass dieser einen Faserkern und einen um den Faserkern anliegenden Mantel aufweist. Hierbei kann eine Dielektrizitätskonstante des Faserkerns nach dem Prinzip des dielektrischen Wellenleiters größer sein als eine Dielektrizitätskonstante des Mantels. In einer einfachsten Ausführungsvariante kann der dielektrische Wellenleiter allein den Faserkern aufweisen.
In der einfachsten Form kann der Mantel eine umgebende Atmosphäre, zum Beispiel die Umgebungsluft, sein. Die den Faserkern umgebende Luft kann folglich als dielektrische Grenzschicht fungieren. Der Faserkern gemäß dem ersten Aspekt ist ein aus dem ersten Faserkern und dem zweiten Faserkern gemeinsam gebildeter Faserkern.
Im Querschnitt des dielektrischen Wellenleiters kann es sich bei dem gemeinsamen Faserkern, mathematisch ausgedrückt, um ein zusammenhängendes Gebiet handeln. Das heißt außerdem, dass sich der durch den (gemeinsamen) Faserkern entlang des dielektrischen Wellenleiters gebildete Raum als zusammenhängend bezeichnen lässt.
Der erste Faserkern und der zweite Faserkern können jeweils Fasern entlang des dielektrischen Wellenleiters sein, die miteinander entlang des dielektrischen Wellenleiters verbunden sind. Hierdurch kann der (gemeinsame) Faserkern des dielektrischen Wellenleiters gebildet sein.
Der Begriff „Schnittmenge“ kann hierin so verstanden werden, dass der erste Faserkern und der zweite Faserkern unmittelbar miteinander verbunden sind. Dies gilt insbesondere entlang des gesamten dielektrischen Wellenleiters.
Der erste Faserkern und der zweite Faserkern können diesbezüglich in einem beliebigen Querschnitt des dielektrischen Wellenleiters die Schnittmenge aufweisen. Zum Beispiel kann das jeder oder jeder beliebige Querschnitt sein.
Der Mantel des dielektrischen Wellenleiters kann durch Luft vorgesehen oder gebildet sein oder der Mantel kann zumindest Luft aufweisen. Die Schnittmenge zwischen dem ersten Faserkern und dem zweiten Faserkern kann durch ineinander verschmolzene Abschnitte des ersten Faserkerns und des zweiten Faserkerns bereitgestellt sein. Insbesondere können der erste Faserkern und der zweite Faserkern miteinander verschmolzen sein.
Der erste Faserkern und der zweite Faserkern können durch das Verschmelzen entlang einer Längsrichtung des dielektrischen Wellenleiters einen Überlapp im Querschnitt des dielektrischen Wellenleiters aufweisen.
Dadurch, dass jeweilige Mittelpunkte des ersten Faserkerns und des zweiten Faserkerns beabstandet sind, also nicht überlappen, kann eine bevorzugte Polarisationsrichtung (lineare Polarisation) bereitgestellt werden. Ein Einkoppeln und Auskoppeln kann hierdurch im Gegensatz zu runden dielektrischen Wellenleitern vereinfacht werden.
Der erste Faserkern und der zweite Faserkern können ferner entlang des dielektrischen Wellenleiters im Wesentlichen parallel verlaufen. Hierin kann „entlang des dielektrischen Wellenleiters“ verstanden werden als „entlang einer Längsrichtung des dielektrischen Wellenleiters“ oder „in Längsrichtung des dielektrischen Wellenleiters“. Der Begriff „im Wesentlichen parallel“ kann hierbei als maximal 5% Genauigkeitsabweichung der parallelen Ausrichtung verstanden werden. Das kann auch bedeuten, dass die Schnittmenge des ersten Faserkerns und des zweiten Faserkerns entlang des dielektrischen Wellenleiters maximal um 5% variiert.
Der erste Faserkern und der zweite Faserkern können jeweils im Wesentlichen rund sein. Ferner können der erste Faserkern und der zweite Faserkern im Wesentlichen gleiche Durchmesser aufweisen. Diese Form kann als doppelrunde dielektrische Leitungsgeometrie bezeichnet werden. Die doppelrunde Geometrie kann Industrialisierbarkeit und gute technische Eigenschaften miteinander verbinden.
Der Begriff „im Wesentlichen rund“ kann hierbei als eine runde Form verstanden werden, die nicht perfekt sein muss. Ferner kann sich die Bezeichnung „rund“ im Speziellen auf den jeweiligen Querschnitt des ersten Faserkerns und des zweiten Faserkerns beziehen, den diese entlang des dielektrischen Wellenleiters aufweisen. Der Begriff „im Wesentlichen gleich“ kann hierbei als maximal 5% Genauigkeitsabweichung der Durchmesser verstanden werden.
Mittelpunkte der jeweiligen Querschnitte des ersten Faserkerns und des zweiten Faserkerns können einen Abstand aufweisen. Der Abstand kann größer als ein halber Durchmesser eines des ersten Faserkerns und des zweiten Faserkerns sein. Der Abstand kann ferner kleiner als der Durchmesser eines des ersten Faserkerns und des zweiten Faserkerns ist. Der Abstand kann auch dem Durchmesser eines des ersten Faserkerns und des zweiten Faserkerns entsprechen. Anders ausgedrückt kann der Abstand größer sein als ein halber Durchmesser des ersten Faserkerns oder als ein halber Durchmesser des zweiten Faserkerns. Ferner kann der Abstand kleiner sein als der Durchmesser des ersten Faserkerns oder als der Durchmesser des zweiten Faserkerns.
Der Abstand kann auch größer als 0,55 mal (oder 0,6 mal oder 0,65 mal oder 0,7 mal oder 0,75 mal) des Durchmessers eines des ersten Faserkerns und des zweiten Faserkerns sein. Der Abstand kann auch kleiner als 0,95 mal (oder 0,9 mal oder 0,85 mal oder 0,8 mal oder 0,75 mal) des Durchmessers eines des ersten Faserkerns und des zweiten Faserkerns sein.
Der dielektrische Wellenleiter kann ferner einen Mantel um den Faserkern herum entlang des dielektrischen Wellenleiters umfassen. Der Mantel kann eine Permittivität aufweisen, die geringer ist als die des Faserkerns. Der Mantel kann einen Durchmesser aufweisen, der mindestens 2 mal (oder 3 mal oder 4 mal oder 5 mal) so groß ist im Vergleich zu einem der Durchmesser des ersten Faserkerns und des zweiten Faserkerns. Die Dämpfung kann abhängig von dem genauen Durchmesser des Mantels im Vergleich mit einem der Durchmesser des ersten Faserkerns und des zweiten Faserkerns unterschiedlich ausfallen. Beispielsweise kann die Dämpfung bei einem Durchmesser des Mantels, der 2 mal so groß ist wie der Durchmesser des ersten Faserkerns oder des zweiten Faserkerns, höher ausfallen als bei einem Durchmesser des Mantels, der 3 mal so groß ist wie der Durchmesser des ersten Faserkerns oder des zweiten Faserkerns.
Der Nachteil, dass der Faserkern von äußeren Einflüssen nicht abgeschirmt ist, kann mittels des Mantels beseitigt werden. Äußere Einflüsse können zum Beispiel metallische Gegenstände oder Materialien mit hohen Verlusten an Stelle der Umgebungsluft sein. Durch den Mantel, auch als „Spacer“ hierin bezeichnet, kann die Leitungsführung unabhängig von äußeren Einflüssen gemacht werden.
Der dielektrische Wellenleiter kann ferner eine Schirmfolie um den Mantel herum entlang des dielektrischen Wellenleiters umfassen. Die Schirmfolie kann vorgesehen sein, um eine elektromagnetische Verträglichkeit einzuhalten oder eine Einkopplung in den dielektrischen Wellenleiter zu verhindern.
Der dielektrische Wellenleiter kann ferner eine äußere Hülle um die Schirmfolie herum entlang des dielektrischen Wellenleiters umfassen. Hierdurch können äußere Einflüsse, zum Beispiel Witterungseinflüsse, auf den dielektrischen Wellenleiters reduziert werden. Außerdem kann die äußere Hülle (zum Beispiel direkt) um den Mantel entlang des dielektrischen Wellenleiters herum angeordnet sein. Demnach kann die Schirmfolie in diesem Fall weggelassen werden.
Permittivitäten von Mantel zu Faserkern können ein Verhältnis von 1:2 aufweisen. Ferner können Permittivitäten von Mantel zu Faserkern ein Verhältnis von etwa 1,5:2,25 aufweisen. Das kann einem Permittivitätsverhältnis von etwa 2/3 = 0,66 entsprechen. Insbesondere kann das Permittivitätsverhältnis einen Wert größer als 0,6 (oder 0,61 oder 0,62 oder 0,63 oder 0,64 oder 0,65) aufweisen. Insbesondere kann das Permittivitätsverhältnis einen Wert kleiner als 0,7 (oder 0,69 oder 0,68 oder 0,67) aufweisen. Das Permittivitätsverhältnis kann naturgemäß um diese Werte schwanken, in etwa 5%.
Die Permittivität des Faserkerns kann durch die Verwendung desselben Materials des ersten Faserkerns und des zweiten Faserkerns im Wesentlichen homogen über den gesamten dielektrischen Wellenleiter sein.
Der dielektrische Wellenleiter kann ferner einen ersten Zugfaden für den ersten Faserkern und einen zweiten Zugfaden für den zweiten Faserkern umfassen. Der erste Faserkern kann einen Raum um den ersten Zugfaden herum entlang des dielektrischen Wellenleiters einnehmen. Der zweite Faserkern kann einen Raum um den zweiten Zugfaden herum entlang des dielektrischen Wellenleiters einnehmen. Der Zugfaden ist insbesondere dann erforderlich, wenn der dielektrische Wellenleiter als Kilometerware hergestellt wird.
Der Zugfaden kann bei der Herstellung zur Bereitstellung des dielektrischen Wellenleiters benötigt werden. Das Herstellungsverfahren kann insbesondere ein Extrusionsverfahren sein. Durch dessen Bereitstellung kann ein genauer Abstand zwischen dem ersten Faserkern und dem zweiten Faserkern eingestellt werden. Der erste Zugfaden kann im Querschnitt des dielektrischen Wellenleiters den Mittelpunkt des Querschnitts des ersten Faserkerns definieren. Ferner kann der zweite Zugfaden den Mittelpunkt des Querschnitts des zweiten Faserkerns definieren. Aufgrund der Anordnung des ersten und zweiten Faserkerns zueinander, können sich die jeweils mittig in den jeweils ersten und zweiten Faserkernen angeordneten Zugfäden außerhalb von Bereichen hoher Feldintensität bei Verwendung des dielektrischen Wellenleiters befinden. Die Verluste können somit verringert werden.
Der erste Faserkern und der zweite Faserkern können einen Durchmesser von etwa 0,5 mm bis 1,6 mm (beispielsweise 1 mm bis 1,6 mm) aufweisen. Hierdurch kann insbesondere eine vorteilhafte Verwendung im W-Band bereitgestellt werden. Insbesondere kann der dielektrische Wellenleiter in einem Frequenzbereich zwischen 75 GHz und 110 GHz eingesetzt werden. Ferner kann der dielektrische Wellenleiter für das D-Band vorgesehen sein (110 bis 170 GHz). Hierfür können der erste Faserkern und der zweite Faserkern einen Durchmesser von kleiner 1 mm (beispielsweise 0,5 mm bis 1 mm) aufweisen. Eine ausschließliche Anwendung im Höchstfrequenzbereich kann ebenfalls vorgesehen sein.
Ebenfalls versteht sich, dass die vorliegend verwendeten Begriffe lediglich der Beschreibung einzelner Ausführungsformen dienen und nicht als Einschränkung gelten sollen. Sofern nicht anders definiert, haben alle vorliegend verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die Bedeutung, die dem allgemeinen Verständnis des Fachmannes auf dem für die vorliegende Offenbarung relevanten Fachgebiet entspricht; sie sind weder zu weit noch zu eng zu fassen. Werden vorliegend Fachbegriffe unzutreffend verwendet und bringen so den technischen Gedanken der vorliegenden Offenbarung nicht zum Ausdruck, sind diese durch Fachbegriffe zu ersetzen, die dem Fachmann ein richtiges Verständnis vermitteln. Die vorliegend verwendeten allgemeinen Begriffe sind auf der Grundlage der im Lexikon befindlichen Definition oder dem Zusammenhang entsprechend auszulegen; hierbei ist eine zu enge Auslegung zu vermeiden.
Vorliegend ist zu verstehen, dass Begriffe wie z.B. „umfassen“ oder „enthalten“ oder „aufweisen“ usw., das Vorhandensein der beschriebenen Merkmale, Zahlen, Komponenten, Teile oder deren Kombinationen bedeuten und das Vorhandensein bzw. die mögliche Hinzufügung eines oder mehrerer weiterer Merkmale, Zahlen, Komponenten, Teile oder deren Kombinationen nicht ausschließen.
Obwohl Begriffe wie „erster“ oder „zweiter“ usw. evtl. zur Beschreibung verschiedener Komponenten verwendet werden, sind diese Komponenten nicht auf diese Begriffe zu beschränken. Mit den obigen Begriffen soll lediglich eine Komponente von der anderen unterschieden werden. Beispielsweise kann eine erste Komponente als zweite Komponente bezeichnet werden, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung zu verlassen; ebenso kann eine zweite Komponente als erste Komponente bezeichnet werden. Der Begriff „und/oder“ umfasst beide Kombination der mehreren miteinander in Verbindung stehenden Gegenstände sowie jeden Gegenstand dieser Mehrzahl der beschriebenen Mehrzahl Gegenstände.
Heißt es vorliegend, dass eine Komponente mit einer anderen Komponente „verbunden ist“ oder damit „in Verbindung steht“, kann dies heißen, dass sie damit unmittelbar verbunden; hierbei ist aber anzumerken, dass eine weitere Komponente dazwischenliegen kann. Heißt es andererseits, dass eine Komponente mit einer anderen Komponente „unmittelbar verbunden“ ist, ist darunter zu verstehen, dass dazwischen keine weiteren Komponenten vorhanden sind.
Weitere Ziele, Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von nicht einschränkend zu verstehenden Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen. Dieselben oder gleichen Komponenten bzw. Elemente werden immer mit denselben oder ähnlichen Bezugszeichen versehen. Bei der Beschreibung der vorliegenden Offenbarung wird auf ausführliche Erläuterungen bekannter verbundener Funktionen oder Konstruktionen verzichtet, sofern diese unnötig vom Sinn der vorliegenden Offenbarung ablenken. Dabei zeigen alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den hier offenbarten Gegenstand, auch unabhängig von ihrer Gruppierung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehungen. Die Abmessungen und Proportionen der in den Figuren gezeigten Komponenten sind hierbei nicht unbedingt maßstäblich; sie können bei zu implementierenden Ausführungsformen vom hier Veranschaulichten abweichen. Insbesondere können, in den Figuren, die Dicke der Linien, Schichten und/oder Regionen der Klarheit halber übertrieben oder untertrieben sein.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines dielektrischen Wellenleiters mit Faserkern und Zugfäden;
2 zeigt eine schematische Darstellung eines dielektrischen Wellenleiters mit weiteren Schichten um den Faserkern herum;
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Dämpfung eines dielektrischen Wellenleiters ohne Mantel;
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Dämpfungszunahme eines dielektrischen Wellenleiters ohne Mantel in Abhängigkeit einer Distanz zu einem Absorber; und
5 zeigt eine schematische Darstellung einer Dämpfung eines dielektrischen Wellenleiters mit Mantel in Abhängigkeit einer Distanz zu einem Absorber.

Der dielektrische Wellenleiter wird nun anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines dielektrischen Wellenleiters 100 mit Faserkern 105 und Zugfäden 115 und 125. Der Faserkern 105 umfasst zwei Faserkerne 110 und 120. Die Faserkerne 110 und 120 bilden den gemeinsamen Faserkern 105 des dielektrischen Wellenleiters 100. Beispielhaft ist in 1 pro Faserkern 110 und 120 ein Zugfaden 115 bzw. 125 gezeigt, welche bei der Herstellung benötigt werden. Im Fall von 1 kann sich in der Umgebung des Faserkerns 105 Luft befinden. Ebenfalls kann der Faserkern 105 in 2 verwendet werden. Die Zugfäden 115 und 125 sind zueinander beabstandet (siehe Abstand d₃). Hierin bezeichnet d₃ den Abstand zwischen den Mittelpunkten beider Faserkerne 110 und 120. Die Zugfäden 115 und 125 befinden sich jeweils mittig in den beiden Faserkernen 110 und 120.
Die beiden Faserkerne 110 und 120 sind dabei (betrachtet im Querschnitt) entlang ihrer Längsrichtung so verschmolzen, dass der Abstand d₃ maximal einer Summe der Radien der Faserkerne 110 und 120 entspricht (d_1/2 + d_2/2).
Es ist verständlich, dass die Faserkerne 110 und 120 den Faserkern 105 so bilden, dass durch die Verschmelzung, die beiden Faserkerne 110 und 120 keine exakt runde Form annehmen, sondern in einem Überlappungsbereich ineinander übergehen, siehe hierzu den Übergangsbereich A in 1. Der Übergangsbereich A kann durch einen glatten Übergang (in Form einer Kurve ähnlich wie Splines) von einer Oberfläche des Faserkerns 110 zu einer Oberfläche des Faserkerns 120 gebildet sein. Somit kann sich eine glatte Kuhle oder Mulde zwischen den beiden Faserkernen 110 und 120 im Übergangsbereich A ausbilden. Der Faserkern 105 kann somit im Querschnitt eine konkave Struktur aufweisen. Die Struktur des Faserkerns 105 kann zwei Seitenbereiche und einen Mittenbereich aufweisen. Die Seitenbereiche können hierbei jeweils rund sein (siehe hierzu die beiden Faserkerne 110 und 120). Der Mittenbereich kann hierbei konkav sein (siehe hierzu Übergangsbereich A) oder konkave Abschnitte aufweisen.
Im Speziellen kann der Abstand d₃ kleiner sein als d₁/2 + d_2/2. Der in 1 schematisch gezeigte Abstand d₃ der Zugfäden 115 und 125 stellt somit das Maximum dar. Dadurch, dass die beiden Faserkerne 110 und 120 zu einem Faserkern 105 verschmolzen sind, können sich die Querschnitte der Faserkerne 110 und 120 überlappen. Somit kann beispielsweise der Abstand d₃ = d₁/4 + d₂/4 sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass d₁/4 + d₂/4 < d₃ < d₁/2 + d₂/2 gilt. Außerdem, wie in 1 gezeigt, können die Durchmesser beider Faserkerne 110 und 120 gleich sein (d₁ = d₂). Dadurch ergibt sich für den Abstand der Mittelpunkte der Faserkerne 110 und 120: d₁/2 < d₃ < d₁. Beispielhaft kann der Abstand d₃ der Mittelpunkte der Faserkerne 110 und 120 in einem Bereich zwischen 6*d₁/10< d₃ < 9*d₁/10 liegen. Insbesondere kann der Abstand d₃ der Mittelpunkte beider Faserkerne 110 und 120 größer als 6*d₁/10 (oder 7*d₁/10 oder 8*d₁/10 oder 9*d₁/10) sein. Außerdem kann der Abstand d₃ der Mittelpunkte beider Faserkerne 110 und 120 kleiner als 9*d₁/10 (oder 8*d₁/10 oder 7*d₁/10 oder 6*d₁/10) sein.
Zum Beispiel liegen die Durchmesser d₁ und d₂ in einem Bereich zwischen 1 mm und 1,6 mm. Insbesondere können die Durchmesser d₁ und d₂ jeweils größer als 1,1 mm (oder 1,2 mm oder 1,3 mm) sein. Insbesondere können die Durchmesser d₁ und d₂ jeweils kleiner als 1,7 mm (oder 1,6 mm oder 1,5 mm oder 1,4 mm) sein. Die Zugfäden 115 und 125 können ebenfalls dieselben oder ähnlich Abmessungen aufweisen. Der Durchmesser d₄ der Zugfäden 115 und 125 kann in einem Bereich von 0,05 mm bis 0,4 mm liegen, insbesondere 0,1 mm (oder 0,2 mm oder 0,3 mm).
Die in 1 gezeigte doppelrunde Geometrie des Faserkerns 105 des dielektrischen Wellenleiters 100 kann eine bessere Einfügedämpfung haben als ein dielektrischer Wellenleiter mit rechteckigem Querschnitt. Dies liegt daran, dass im Bereich der maximalen Wirkleistungsdichte weniger dielektrisches Material und demnach weniger dielektrische Verluste auf das Feld wirken.
Zum Beispiel kann das für den Faserkern 105 verwendete Material eine schwach verzweigte Polymerkette, zum Beispiel Polyethylen mit hoher Dichte (HDPE), sein. HDPE hat eine Permittivität ε_r = 2,25 und einen Verlustfaktor von tanδ = 5*10^-4. Dieses Material kann allerdings diverse Anforderungen in der Automobilbranche nicht einhalten. Deshalb kann für den Faserkern 105 auch Basis-Polypropylen (PP) mit einer Permittivität von ε_r = 2,26 und einem Verlustfaktor von tanδ =7*10^-4 verwendet werden. Dieses Material kommt den dielektrischen Eigenschaften von HDPE sehr nahe. Allerdings ist die Transmissionscharakteristik des dielektrischen Wellenleiters 100 aus Basis-PP im Gegensatz zu HD-PE schlechter.
Um große Leitungslängen zu gewährleisten kann die Herstellung der dielektrischen Leitung 100 auf der Extrusion eines dielektrischen Materials (der Faserkerne 110 und 120) um einen Träger- oder Zugfaden 115 bzw. 125 basieren. Der jeweilige Zugfaden 115 und 125 kann hierbei aus Polyethylenterephthalat (PET) (ε_r =2,91 und tanδ = 1*10² bei f= 77 GHz) sein.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit den vor- oder nachstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen erwähnt. Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder nachstehend in Bezug auf 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel und Varianten erwähnt sind.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines dielektrischen Wellenleiters 200 mit weiteren Schichten 230, 240 und 250 um den Faserkern 105 herum. Der dielektrische Wellenleiter 200 stellt eine Erweiterung des Konzepts aus 1 dar und lässt sich durch die in 1 beschriebenen Merkmale ergänzen. Zu dem aus 1 vorgestellten dielektrischen Wellenleiter 100 wird in 2 ein dielektrischer Wellenleiter 200 gezeigt, der zu dem Faserkern 105 weitere Elemente, nämlich Mantel 230, Schirmfolie 240 und äußere Hülle 250 aufweist. Der Mantel 230 umgibt in 2 den Faserkern 105, der gemeinsam durch die beiden Faserkerne 110 und 120 durch Verschmelzen gebildet ist. In 2 ist zu sehen, dass sich die beiden Faserkerne 110 und 120 überlappen können. Der Maß der Überlappung kann dem der 1 entsprechen. Der Mantel 230 kann hier als Spacer 230 bezeichnet oder verwendet werden.
Beispielsweise kann das Material des Spacers ein Material mit niedrigen dielektrischen Verlusten sein. Ferner kann das Material eine niedrige Dielektrizität aufweisen.
Der Durchmesser dieses Spacers 230 (b₁*2) kann ferner so dimensioniert sein, dass die Feldintensität außerhalb des Spacers 230 soweit abgeklungen ist, dass sie von außen nicht beeinflusst werden kann. Insbesondere kann der Durchmesser b₁*2 hierbei von der Permittivität des Faserkerns 105 und des Spacers 230 sowie des verwendeten Frequenzbereichs abhängen. Zum Beispiel kann der Spacer 230 einen Radius b₁ im Bereich von 1 mm bis 5 mm aufweisen. Insbesondere kann b₁ größer sein als 2 mm (oder 3 mm oder 4 mm oder 4,5 mm oder 4,75 mm oder 4,8 mm). Der Spacer 230 kann somit den Faserkern 105 des dielektrischen Wellenleiters 200 umgeben, um diesen von Umgebungseinflüssen zu schützen. Insbesondere kann darauf geachtet werden, dass der Spacer 230 einen möglichst großen Raum um den Faserkern 105 schafft. Zum Beispiel kann ein solcher Abstand (kürzester Abstand zwischen äußerer Berandung des Spacers 230 und Faserkern 105) b₄ größer sein als 2 mm (oder 3 mm oder 4 mm oder 5 mm oder 6 mm). Die Menge an Spacermaterial kann einen Trade-off zwischen Umwelteinflüsse und Material darstellen.
Eine Möglichkeit zur Realisierung des Spacers 230 stellt eine Schaumextrusion dar. Der Querschnitt ist hierbei rund (siehe auch 2). Im Extrusionsverfahren kann der Schäumungsgrad so gewählt sein, dass das Verhältnis der Dielektrizitäten (Faserkern 105 zu Spacer 230) im Wesentlichen dem Zielverhältnis 1/2 entspricht. Für die meisten Materialien bedeutet dies, einen möglichst hohen Schäumungsgrad zu wählen. Um ein Verschmelzen zwischen Faserkern 105 und Spacer 230 zu verhindern, kann sich optional eine Trennfolie 260 zwischen diesen beiden Elementen befinden. Mögliche Materialien für das Schaummaterial stellen Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) dar. Geschäumtes PP hat eine Permittivität von ε_r =1,5 und einen Verlustfaktor von tanδ =5,5*10^-4.
Eine weitere Möglichkeit zur Realisierung des Spacers 230 stellt eine Bebänderung mit expandiertem Polytetrafluoräthylen (ePTFE) dar.
Aus EMV Gründen kann es je nach Anwendungsfall sinnvoll sein, den Spacer 230 mit einer leitfähigen Schirmfolie 240 zu umgeben. Die Leitung ist somit elektrisch von der Umgebung geschirmt. Eine Dicke b₂ der Schirmfolie 240 kann kleiner als 0,2 mm (oder 0,15 mm oder 0,1 mm oder 0,05mm) sein.
Um den dielektrischen Wellenleiter vor Umwelteinflüssen (UV-Strahlung oder chemische Prozesse) zu schützen, kann je nach Anwendungsfall eine äußere Hülle 250 in Form eines Mantels, beispielsweise aus PVC, vorgesehen sein. Eine Dicke b₃ der äußeren Hülle kann hierbei kleiner als 0,5 mm (oder 0,45 mm oder 0,4 mm oder 0,35 mm) sein. Eine Dicke b₃ der äußeren Hülle 250 kann hierbei größer als 0,2 mm (oder 0,25 mm oder 0,3 mm oder 0,35 mm) sein. Ferner kann die äußere Hülle 250 eine dissipative Schicht sein. So kann durch Verluste in dieser Schicht eine ausreichende Schirmwirkung erzielt werden. Die äußere Hülle 250 kann aus einem schwach leitfähigen PVC Material bestehen oder ein schwach leitfähiges PVC Material aufweisen.
Weitere Einzelheiten und Aspekte sind in Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel und dessen Varianten erwähnt. Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel kann ein oder mehrere optionale zusätzliche Merkmale aufweisen, die einem oder mehreren Aspekten entsprechen, die in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder dem vorstehend (z. B. 1) beschriebenen Ausführungsbeispiel und dessen Varianten erwähnt sind.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer Dämpfung eines dielektrischen Wellenleiters ohne Mantel. 4 zeigt eine schematische Darstellung eines dielektrischen Wellenleiters ohne Mantel in Abhängigkeit einer Distanz zu einem Absorber. Der Absorber kann in der Form der äußeren Hülle, wie in 2 beschrieben, vorgesehen sein. 5 zeigt eine schematische Darstellung eines dielektrischen Wellenleiters mit Mantel in Abhängigkeit einer Distanz zu dem Absorber.
Die vorliegend beschriebenen Aspekte können für eine breitbandige und robuste Signalführung, insbesondere in Automobilen im Zuge der Automatisierung, vorgesehen sein.
Die Aspekte und Merkmale, die zusammen mit einem oder mehreren der vorangehend detailliert beschriebenen Beispiele und Figuren erwähnt und beschrieben wurden, können ferner mit einem oder mehreren der anderen Beispiele kombiniert werden, um ein ähnliches Merkmal des anderen Beispiels zu ersetzen oder um das Merkmal zusätzlich in das andere Beispiel einzubringen.
Weiterhin sind die nachfolgenden Ansprüche hiermit in die detaillierte Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann. Wenn jeder Anspruch als getrenntes Beispiel für sich stehen kann, ist zu beachten, dass - obwohl sich ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine besondere Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen beziehen kann - andere Ausführungsbeispiele auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs einschließen können. Diese Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Weiterhin sollen auch Merkmale eines Anspruchs für jeden anderen unabhängigen Anspruch eingeschlossen sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt abhängig von dem unabhängigen Anspruch gemacht ist.

Claims

Dielektrischer Wellenleiter (100; 200), bei dem der Faserkern (105) durch einen ersten Faserkern (110) und einen zweiten Faserkern (120) gebildet ist, wobei der erste Faserkern (110) und der zweite Faserkern (120) im Querschnitt des dielektrischen Wellenleiters (100; 200) eine Schnittmenge aufweisen, und mit einem ersten Zugfaden (115) für den ersten Faserkern (110) und einem zweite Zugfaden (125) für den zweiten Faserkern (120), wobei der erste Faserkern (110) einen Raum um den ersten Zugfaden (115) herum entlang des dielektrischen Wellenleiters (100; 200) einnimmt und der zweite Faserkern (120) einen Raum um den zweiten Zugfaden (125) herum entlang des dielektrischen Wellenleiters (100; 200) einnimmt.
Dielektrischer Wellenleiter (100; 200) nach Anspruch 1, wobei der erste Faserkern (110) und der zweite Faserkern (120) entlang des dielektrischen Wellenleiters (100; 200) im Wesentlichen parallel verlaufen.
Dielektrischer Wellenleiter (100; 200) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Faserkern (110) und der zweite Faserkern (120) jeweils im Wesentlichen rund sind und im Wesentlichen gleiche Durchmesser aufweisen.
Dielektrischer Wellenleiter (100; 200) nach dem Anspruch 3, wobei Mittelpunkte der jeweiligen Querschnitte des ersten Faserkerns (110) und des zweiten Faserkerns (120) einen Abstand aufweisen, der größer als ein halber Durchmesser eines des ersten Faserkerns (110) und des zweiten Faserkerns (120) ist und kleiner als der Durchmesser eines des ersten Faserkerns (110) und des zweiten Faserkerns (120) ist.
Dielektrischer Wellenleiter (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Mantel (230) um den Faserkern (105) herum entlang des dielektrischen Wellenleiters (100; 200), wobei der Mantel (230) eine Permittivität aufweist, die geringer ist als die Permittivität des Faserkerns (105), und wobei der Mantel (230) einen Durchmesser aufweist, der mindestens zweimal so groß ist im Vergleich zu einem der Durchmesser des ersten Faserkerns (110) und des zweiten Faserkerns (120).
Dielektrischer Wellenleiter (100; 200) nach Anspruch 5, ferner aufweisend eine Schirmfolie (240) um den Mantel (230) herum entlang des dielektrischen Wellenleiters (100; 200).
Dielektrischer Wellenleiter (100; 200) nach Anspruch 6, ferner aufweisend eine äußere Hülle (250) um die Schirmfolie (240) oder den Mantel (230) herum entlang des dielektrischen Wellenleiters (100; 200).
Dielektrischer Wellenleiter (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Permittivitäten von Mantel (230) zu Faserkern (105) ein Verhältnis von 1:2 aufweisen.
Dielektrischer Wellenleiter (100; 200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Faserkern (110) und der zweite Faserkern (120) einen Durchmesser von etwa 0,5 mm bis 1,6 mm aufweisen.