JP2005523597A - 導波路通信システム - Google Patents

Abstract

導波路は、実質的にプレート形状のカプラ（３００）のためのスライド可能支持部を規定するスロット（１２２）を備えているボックス形状の長手方向のシールド導体の内側空間に位置付けられた長手方向の第１導体（１１０）を有する。シールド導体（１２０）は、スロット（１２２）の反対側において互いに対して実質的に平行に伸びているフランジ（１２５、１２６）を備えている。結合導体部分（３２２）は第１導体（１１０）に対向している。

Description

本発明は、一般に、送信器から受信器へ信号を送信するためのシステムであって、送信器又は受信器又はそれら両方が移動可能である、システムに関する。特に、本発明は、例えば、１つの位置において構成要素をピックアップし、異なる位置にその成分を収容するような位置の範囲において、移動可能なアクチュエータがタスクを実行するタイプの、プロダクトを製造するための装置において使用するための通信システムに関する。そのようなアクチュエータは、コマンドを与えられること又は固定されたソースからの信号を制御することが必要である。

以下、本発明は、送信器が固定される一方、受信器は移動可能である状態に対して、特に説明される。しかしながら、本発明はそのような状態に制限されるものではないことを理解される必要がある。対照的に、本発明は、送信器が移動可能である一方、受信器が固定されている状態において、又は、送信器及び受信器の両方が移動可能である状態において、同様に適用可能である。更に、各々がマルチポイント通信システムにおける送信器／受信器として機能する、複数の移動可能なステーションの場合に、本発明を使用することが可能である。

従来、信号は電気ケーブルによる電気信号として転送される。しかしながら、電気ケーブルの使用は幾つかの不利点を有する。

第１に、電気ケーブルは受信器の動きに追随しなければならないため、そのケーブルはルーズケーブルとして取り付けられる必要がある。

第２に、受信器の繰り返す動き及びケーブルの繰り返す動きのために、ケーブルは損傷を受け易く、実際には、それは最終的に破損し得る。このようなことが生じるとき、接続されている装置は、ケーブルを回復するために停止される必要がある。又、ケーブルが破損したために、信号がアクチュエータに到達しない場合、アクチュエータは装置に更なる損傷を引き起こす可能性がある。

第３に、損傷の可能性以外に、可動アクチュエータは、アクチュエータと共にケーブルを引っ張るために、ケーブルに機械的力を及ぼし、そのような力は位置決め精度に影響を及ぼし得る。

以上の及び他の理由により、制御ユニットからアクチュエータへの無線通信パスを使用することは既に知られている。“オープンエア”において無線通信を使用することは可能であるが、これは、他の電気構成要素を撹乱し得る電磁界を生成し及び／又は他のソースからの電磁界による干渉のリスクを有する。このような問題を回避するために、無線通信パスは導波路により案内されるマイクロ波ＲＦ信号を有する。導波路は、代表的には、固定的に取り付けられる。マイクロ波信号は、導波路の１つの端部において導波路に入力される。移動可能なアクチュエータは、導波路に移動可能であるように関連するカプラを備え、それ故、カプラは、位置付け範囲内において導波路からの信号をピックアップすることができる。

図１は、当該技術分野の状態に従った導波路を模式的に示している。

先行技術の導波路１０は、幅Ｗ、高さＨの側壁１２、１３及び上壁１４を有する底壁１１を有する、矩形断面を有する箱状構造である。それらの壁１１、１２、１３、１４は、導電性であり、代表的には、それらは、鉄又はスチールから成る。スロット１５は、上壁１４の中央の長手方向に延びている。スロット１５において、垂直なフランジ１６が両側に配置している。底壁１１及び壁１２、１３、１４は、導波路チャンバ１７を囲み、その導波路チャンバにおいて、図１に示さない手段によりＲＦ波を生成することができる。図１において長方形１９として模式的に示すピックアップカプラは、スロット１５を通って伸び、導波路１０の長手方向において移動可能である支持部１８に取り付けられており、それ故、ピックアップカプラは導波路の全長を移動することができる。支持部１８は、移動可能なアクチュエータに関連し、カプラ１９から図１に示していないアクチュエータへの信号を伝えることができる。

このような既知の導波路１０は、Ｈ．Ｄａｌｉｃｈａｕにより発明され、例えば、文献“Ａｄａｐｔｅｒｓ ａｎｄ ｖｅｈｉｃｌｅｓ−ｃｏｕｐｌｅｒｓ ｆｏｒ ｓｌｏｔｔｅｄ ｗａｖｅｇｕｉｄｅ ｓｙｓｔｅｍｓ”，Ｆｒｅｑｕｅｎｚ ３６（１９８２）ｐｐ．１６９−１７５に開示されたものであるが、ある重大な不利点を有している。最も重大な不利点は、導波路１０の状態が狭帯域送信特性を有することであり、所定のキャリア周波数の１つに対して特にデザインされる必要があることである。従って、１オクターブより小さい帯域幅を有するように、底壁１１の幅Ｗはλに等しくする必要があり、側壁１２及び１３の高さＨはλ／２に等しくする必要があり、ここで、λは前記所定のキャリア波の波長である。

これは、導波路のデータ送信能力を制限する。更に、キャリア周波数は送信器により決定されるため、異なる導波路は、異なるキャリア周波数を用いて異なる送信器のためにデザインされる必要がある。

他の問題点はサイズに関連している。現在、市販の通信もモジュールは６ＧＨｚより小さい周波数において機能する。それ故、導波路の特性部分の寸法Ｗは５ｃｍより大きい。これは、導波路が装置内で相当の空間を占めることを意味している。

本発明の重要な目的は、上記の不利点を克服することである。

特に、本発明の目的は、小さい寸法であり、広帯域送信特性を有する、改善された導波路を提供することである。更には、本発明は、１ＧＨより小さい又は６ＧＨｚより大きい範囲内の周波数を有する波動を送信することができる導波路を提供することを目的としている。

本発明の重要な特徴に従って、導波路は２つの平行な導体を有し、それら平行な導体の１つは中空であり、導波路チャンバにより囲まれており、他の１つはこの導波路チャンバの内側に配置されている。中空の外側の導体は、前記導波路チャンバの内部に送信信号の電磁気エネルギーを実質的に完全に閉じ込める。中空の外側の導体は少なくとも１つのスロットを有し、例えば、導波路の全長に沿ったいずれの所望の位置において導波路から（又は、導波路へ）エネルギーをピックアップする（又は、案内する）ために、カプラが、導波路の全長に沿って移動され、前記導波路チャンバに案内されるようにする。

所謂“漏洩導波路”が存在し、その“漏洩導波路”は、送信信号の電磁気エネルギーの所定の一部が周囲に向かって漏洩するように意図的に構成されている、ことに留意されたい。そのような漏洩導波路は、代表的には、中空の外側導体と外側導体の内側に同軸に設けられた内側導体とを有する同軸ケーブルとして実施され、内側導体と外側導体の内壁との間の空間は誘電体材料で完全に満たされている。外側導体は、標準パターンにおいて、複数の小さい開口を備えており、それらの開口を通して、電磁界を外側導体の内側に留まったままにすることができる。開口は、代表的には、波長より小さい寸法を有する。そのような漏洩導波路は又、その全長に沿ったいずれの所望の位置において、しかし、この場合、波長の外部のアンテナを用いることにより、信号をピックアップすることを可能にする。そのような漏洩導波路のアプリケーションの代表的な例は、トンネル内であって、自動車に無線信号を提供するためのものである。しかしながら、導波路は、導波路の内側への移動するカプラの案内には適切ではない。

本発明の、以上の及び他の特徴、機能及び優位性については、図面を参照して本発明に従った導波路の好適な実施形態の以下の説明により更に明らかにするが、図面において、同じ参照番号は同じ又は類似する構成要素を示すものとする。

本発明は又、電磁界のシールドを提供するシールド導体として表される、第２導体１２０に囲まれた第１導体１１０を有する多導体導波路１００を提供する。

図２は、本発明により提供される多導体導波路１００の第１実施形態の一部の基本要素を模式的に示している。この第１実施形態において、シールド導体１２０は、一般に、第１導体１１０の周りに広がっているボックスの形状を有している。第２導体１２０は、第１導体１１０の周りに広がっている中空ボックスの形状であり、それ故、第１導体１１０が位置付けされる導波路チャンバ１２１又は内側空間を規定している。図２は又、第２導体１２０が長手方向のスロット１２２を備えていることを示しているが、そのスロットの機能については後に説明することとする。

使用の際、信号は、第１導体、及び内側空間１２１において電磁界をもたらす導体の全長に適用される。当業者にとって明解であるであろうように、電磁界はこの内部１２１内に閉じ込められ、即ち、第２導体１２０の外側においては、電磁界は全く生成されないか又は殆ど生成されない、それ故、他のエレクトロニクスとの干渉は全く生じないか又は殆ど生じない。逆に言えば、外側の電磁界は内部１２１に侵入することはなく、それ故、外側の電磁界からの干渉は全く生じないか又は殆ど生じない。

図３Ａ乃至Ｄは、幾つかの第１導体の形状のデザインの詳細を示している。図３Ａに示すように、第１導体１１０Ａは円形断面を有することが可能である。図３Ｂ乃至３Ｅに示すように、第１導体１１０は又、少なくとも１つの平らな側面１１１を有することが可能である。図３Ｂに示す実施形態１１０Ｂにおいては、第１導体１１０Ｂは１つのみの平らな側面１１１を有する略Ｄ字形状の断面を有する。図３Ｃに示す第３実施形態においては、第１導体１１０Ｃは、４つの実質的に平らな側面を有する長方形断面を有する。図３Ｄｎｉ示す第４実施形態においては、４つの実質的に平らな側面を有する第１導体１１０Ｃは正方形断面を有する。図３Ｅに示す第５実施形態においては、３つの実質的に平らな側面を有する第１導体１１０Ｃは実質的に三角形断面を有する。

図４は、第２導体１２０（簡単のために、スロットは図４において省略されている）の幾つかのデザイン要素を示している。図４Ａに示すように、第２導体１２０Ａは、図１に示された当該技術の導波路１０の状態の断面に類似している実質的に矩形又は正方形断面を有することが可能である。しかしながら、第２導体１２０のデザインは、もはや矩形デザインに限定されるものではない。図４Ｂに示すように、第２導体は実質的に円形を有することが可能である。図４Ｃに示すように、第２導体は実質的に正方形を有することが可能である。図４Ｄに示すように、第２導体１２０Ｄは実質的にＤ字形状断面を有することが可能である。図４Ｅに示すように、第２導体１２０Ｅは実質的に三角形状断面を有することが可能である。

実際には、第２導体１２０はいずれの適切な形状を有することが可能であり、主なデザイン基準は、界磁線が第２導体１２０の内部１２１に閉じ込められるように、第２導体は第１導体１１０を取り囲む必要があるという事実である。第２導体１２０の形状についてのデザイン選択は、ここでは、主に製造を目的としてなされる。

この点で、図１に示すような当該技術の導波路１０の状態においては、導波路の形状についてのデザインオプションは存在しない。上記のように、それらは、デザインキャリア周波数の波長λに等しく、高さＨの２倍の大きさである幅Ｗを有する矩形断面を有する必要がある。それと対照的に、本発明により提供される多導体導波路１００の第２導体１２０にはそのような制限は適用されない。基本的に、いずれの形状の断面を用いることが可能であるばかりでなく、非常に小さい断面の寸法が選択されることができる。

図２を参照して既に説明したように、本発明の多導体導波路１００の第２導体１２０は、カプラの導入を可能にするための少なくとも１つの長手方向のスロットを有し、そのカプラの例については下で説明する。便宜上、そのようなスロットは図４Ａ乃至４Ｅにおいては示していない。そのようなスロット１２２は図５に示し、図５Ａ乃至５Ｄは、幾つかのデザインの可能性を示している。スロット１２２の詳細については、図４Ａにおいて示す矩形の実施形態１２０Ａと図４Ｅに示す三角形の第２導体１２０Ｅに関連して、図５において説明しているが、第２導体の他のタイプ全てに同じ原理を適用できることは明らかである。

図５Ａに示すように、第２導体１２０の側壁１２３の中央において、スロット１２２は対称的に位置付けられることが可能である。しかしながら、本発明に従って、第２導体１２０は、図１に示すように先行技術の導波路１０のように、このデザインに限定されることはない。図５Ｂに示すように、スロット１２２は又、プロファイルの角近くに位置付けられることが可能であり、即ち、スロット１２２は、隣の側壁１２４に隣接する側壁１２３の端部近くに位置付けられることが可能である。実際には、スロット１２２は、側壁におけるいずれの適切な位置に位置付けられることが可能である。

スロット１２２は、スロット１２２において案内されるカプラのサイズに依存して、非常に狭くすることが可能である。スロット１２２が十分狭い場合、考慮される範囲（約１ＧＨｚ乃至６ＧＨｚ又はそれ以上）内の周波数を有する電磁界はそのようなスロットを殆ど通らない。この点における更なる改善は、スロット１２２の反対側における互いに実質的に平行に伸びているフランジ１２５、１２６を配置することにより、提供されることができる。そのようなフランジ１２５、１２６は、図５Ａに示すように、壁１２３の中央におけるスロット１２２の反対側に配置されることが可能である。その場合、そのようなフランジは、両方共、前記側壁１２３に実質的に垂直に配置される。これについては単独で示されていない。スロット１２２がプロファイルの角に位置付けられる図５Ｃに示す実施形態においては、フランジは、第１フランジ１２５が隣接側壁１２４に一致して伸びる一方、第２フラン次１２６は上記の第１フランジ１２５に平行に伸びるように配置されることが可能である。

図５Ｃに示すように、フランジ１２５、１２６は、第２導体１２０から外側に伸ばされることが可能である。好適には、しかしながら、フランジ１２５、１２６は、図５Ｄに示すように、内側に伸ばされることが可能である。図５Ｄから理解できるように、スロットがけ異性された第２導体１２０は、ここでは、前記隣接側壁１２４に平行状態にある、内部１２１に前記側壁１２３の端部から伸びている１つの付加フランジ１２６のみから効果的に構成されている。前記付加フランジ１２６と重なり合う、この隣接側壁１２４の位置は、フランジ１２５の機能を、ここで効果的に実行する。

フランジが備えられるときであって、図５Ａの実施形態と比較するとき、図５Ｃ及び５Ｄに示す実施形態の重要な優位性は、図５Ｃ及び５Ｄの実施形態は製造がより容易であることである。代表的には、金属の平らなシート又はプレートからボックス状構造を折り曲げること、金属のシート又はプレートを折り曲げることによって側壁及びフランジを形成することを製造工程は有する。図５Ｃの場合、第１フランジ１２５は、隣接側壁１２４の単純な拡張として構成されるため、第１フランジ１２５においては折り曲げる動作は含まれない。図５Ｄの場合、更なる優位性は、フランジがシールド導体１２０から外側に突出しておらず、第１フラン次１２５が素材の付加を伴わないことである。

図５Ｃ及び５Ｄに示す実施形態の重要な優位性は、波長の半分より小さい距離を有するフランジ間の電磁界が指数関数的に減衰するため、内部１２１の範囲内の電磁界のよりよい閉じ込めを提供することである。この優位性は、図５Ｃの実施形態及び図５Ｄの実施形態に適用される。

特定の実施形態においては、第２導体１２０は、２つの反対側の長い側壁と２つの反対側の短い側壁とを有する矩形形状（図４Ａに示すような
）を有し、このとき、スロット１２２は短い側壁の１つに配置されている。ここで、短い側壁の長さは、スロット１２２の幅に等しいか又はそれより僅かに大きいことが可能であり、それ故、スロット１２２は短い側壁の全体の長さを効果的に占めることができる。第２導体１２０は、ここで、Ｕ字形状の３つの側壁を有するように構成されることが可能であり、このとき、２つの反対側の長い側壁は、上記のように、フランジの機能を効果的に実行する。

第２導体１２１の内部１２１における第１導体１１０は、空中にぶら下がっており、その端部において吊り下げられている。第１導体１１０の断面形状に依存して、第１度歌１１０は、導波路の長手方向が直線的である場合、できるだけ直線的なラインに沿って導かれるように、張力に従うことが可能である及び／又は十分な剛性を有することが可能である。しかしながら、実際には、このとき、多少のたわみを回避することは困難である。そのようなたわみを回避するために、第２導体１２０に対して第１導体を支持するように、内部１２１における１つ又はそれ以上の支持部を配置することは好ましい。しかしながら、そのような支持部は、好ましくない反射の原因になり得るインピーダンスにおける変化を局所的に有する。好適には、導波路のインピーダンスは、その全長に亘ってできるだけ一定であるようにする。それ故、第１導体１１０のための支持部が好ましい場合、そのような支持部は、好適には、連続支持部であり、即ち、連続特性を有する第１導体１１０の全長に亘って伸びている。例として、図６Ａ及び６Ｂは、図３Ｃに示すような第１導体１１０Ｃと図５Ｄに示すような第２導体１２０を有する導波路１００の実施形態を示し、第１導体１１０Ｃは、例えば、プラスチックのような非導電性材料の連続支持部１３０により支持されている。代替として、支持部構造間の距離及びその構造の寸法が波長より著しく小さい場合に限り、不連続支持部を用いることができる。

開放された端部を有する第２導体１２０を有することは好ましくない。図７Ａ乃至７Ｃは、第２導体１２０の端部構造に対する幾つかの可能性を示している。

図７Ａに示すように、第２導体１２０は、第２導体１２０の長手方向の壁に電気的に接続される導電性端部壁４０により終端とされることが可能である。そのような端部壁１４０は、第２導体１２０の壁の端部への溶接として実行されることが可能であるが、端部壁１４０は又、図７Ａに模式的に示すように、第２導体１２０の輪郭に対応する輪郭を有する、円筒形側壁１４１と底部１４０とを有する実質的な円筒形キャップとして実施されることが可能である。そのような導電性端部壁１４０は、進行する電磁界を実質的に反射し、それ故、又、反射器１４０と呼ばれる。

そのような反射を回避することが所望される場合、端部構造は、波長１００のインピーダンスに適合するインピーダンスを有する終端器１５０を有することが可能である。終端器に代えて、信号は、例えば、コネクタを介してその構造から抽出され、そうでなければ、例えば、他の導波路に挿入されるために用いられる。複数の重導波路はチェーン構造において接続され、異なる導波路における複数の携帯カプラを有するネットワークのバックボーンとして用いられることができる。図７Ｂは、図３Ａに示す第１導体１１０Ａのような、実質的に円形断面を有する第１導体１１０と図４Ｂに示すような、実質的に円形プロファイルを有する第２導体１２０とを有する導波路１００の例を模式的に示している。この例における終端器１５０は、星型配置に備えられた複数の抵抗を有し、各々の抵抗１５１は、主導体１１０に接続された１つの端子を有する及び第２導体１１０に接続された他の端子を有する、第１導体１１０及び第２導体１２０の間に実質的に放射状に方向付けられており、抵抗１５１は主導体１１０の周りに一様に分布されている。事実上、抵抗１５１全ては、当業者に理解されるであろうように、主導体１１０と第２導体１２０との間において並列に接続され、実効抵抗が存在し、その実効抵抗は導波路１００のインピーダンスに適合する必要がある。

複数の個々の抵抗１５１に代えて、終端器１５０は又、第１導体１１０と第２導体との間に配置された環状導体を有することが可能であり、この環状抵抗は第１導体１１０と第２導体との間のマッチング抵抗を提供する。又、導波路を終端化させるために、マイクロ波吸収材料を用いることができる。

図７Ｃは、図７Ａに示す実施形態の改良を、拡大スケールで示されている。又、端部構造は、導波路１００の長手方向に対して実質的に垂直に伸びる導電性プレート１４０を有する。図７Ｃに示す実施形態において、端部壁１４０は同軸型のフィードスルーコネクタにを備えている。フィードスルーコネクタは、取り付けフランジ１６３と端部におけるネジ山１６２を備えた、円形プロファイルを有する円筒形の外側導体１６１を有する。内側導体は又、ピン１６４とも呼ばれ、外側導体１６１のに内部で同軸的に伸び、第１導体１１０に接続されている。第１導体の端部１６６は、縁を成す電磁界のような、不所望の効果及び反射を低減させるように、ピン１６４の断面サイズまで小さくされた第１導体の断面サイズになるようにテーパーがつけられている。誘電性絶縁体１６５は、ピン導体６４と外側導体６１との間に配置されている。端部プレート１４０は、コネクタ１６０の少なくともピン導体１６４が伸びている孔１４６を備えている。コネクタ１６０は、送信される信号を運ぶことができる同軸ケーブル（図示せず）を接続するために適し、同軸ケーブルのコネクタはコネクタ１６０にネジ止めされている。第２導体１２０の内部１２１において、第１導体１１０の端部は、図に示しているように、コネクタ１６０のピン導体１６４に接続される。

導波路１００は、好適には、直線に従って方向付けられる、硬い、自立支持構造として実施される。しかしながら、これは本質的ではなく、代替でさえ一部の場合には優位性があり得る。例えば、導波路が少なくとも部分的に曲がった経路を辿ることが優位性であることが可能性である。又、実施される実際の位置にその形状を適合させることができるように、導波路が曲げられる場合、優位性がある。

下で、図８を参照して、複数導体の導波路の第２実施形態について説明する。複数導体の導波路２００の第２実施形態は、マイクロストリップタイプである。このマイクロストリップ導波路２００は、導電性材料のストリップ２１０を支持する第１面２０２（この場合、底部面）を有する誘電体材料のストリップ２０１を有する。この第１の又は底部面２０２は又、以下、前面と呼ぶこととする。前面２０２の反対側の第２面２０３は、以下、背面と呼ぶこととし、好適には背面の横断寸法に等しく、又、第１導体と呼ばれるストリップ導体２１０の幅に比べて大きい幅を有する。好適な実施形態において、第１導体２１０及び後部導体２０４は、誘電体ストリップ２０１において配置される好適には銅である導電性材料の層として実施される。更に好適には、対向する導体２１０，２０４を有する誘電体ストリップ２０１は、ＰＣＢのストリップとして実施される。

マイクロストリップ導波路からの電磁界の漏洩を低減させるために、シールド導体２０５が、適切な距離で、第１導体２１０の反対側に位置付けされる。

好適には、後部導体２０４は側部導体２０７によりシールド導体２０５に電気的に接続される。

この側部導体２０７は、金属のストリップとして実施されることが可能である。側部導体２０７は、後部導体２０４及びシールド導体２０５に半田付けされることが可能である。次いで、後部導体２０４、側部導体２０７及びシールド導体２０５は、Ｕ字形組み合わせである２つのレッグ２０４、２０５間の内部空間２２１に位置付けされる第１導体２１０を有する、実質的にＵ字形断面を有する組み合わされた導体を構成する。内部空間２２１は、スロット２２２により側部導体２０７の反対の側からアクセス可能である。更に、側部導体２０７は、互いから所定の距離にシールド導体２０５とストリップ導体２０１とを、それらの間のギャップ２０９を伴って、保つための役割を果たすことが可能である。

図９Ａ乃至９Ｃは、導波路の内側導体１１０と結合し、導波路の外側導体２０のスロット１２２への案内のために特に適する、本発明に従ったカプラの幾つかの実施形態を示している。図９Ａに示すカプラ３００は一般的なプレーナ形状を有している。カプラ３００は、前面３０２及び背面３０３と導波路の長手方向に設けられるように意図された２つの対向する側端部３０４、３０５とを有する、誘電体材料の支持プレート３０１を有する。前面３０２において、結合導体３２０が配置される。結合導体３２０は、前面３０２における導電層として有利に実施されることが可能である。背面３０３において、後部導体３０９が配置される。後部導体３０９は背面３０３の大きい面積をカバーし、好適には、背面３０３全体をカバーする。有利なことに、後部導体０９は、背面３０３における金属層として形成される。有利なことに、結合導体３２０及び後部導体３０９を有する支持プレート３０１は、両面ＰＣＢとして実施されることが可能である。

好適には、及び図９Ａに示すように、カプラ３００は、同軸ケーブル（図示せず）を接続するためのコネクタ３１０を有し、その同軸ケーブルは、有利には、側端部３０４に取り付けられる。同軸コネクタ３１０は、結合導体３２０に電気的に接続される内側導体と、後部導体３０９に電気的に接続される円筒形の外側導体とを有する。コネクタ３１０は、図に示すように、前面３０２の表面における中央の軸３１１を取り付けられることが可能である。

図９Ｂ及びＣに示す実施形態は又、そのようなコネクタ３１０を有することが可能であるが、このコネクタは、簡単のために、図９Ｂ及び９Ｃには示していない。

下記においては、カプラは、一般に、参照番号３００で示され、図９Ａ乃至９Ｃに示す具体的な実施形態を具体的に参照するために、これらの実施形態は、文字Ａ、Ｂ、Ｃそれぞれを付加することにより区別されている。

カプラ３００において、結合導体３２０はストリップライン、即ち、所定の幅及び厚さを有する、導電性材料、代表的には銅の平らなストリップとして実施される。図９Ａに示すカプラ３００Ａにおいては、結合導体３２０Ａは、レッグ部３２１とフット部３２２とを有する実質的にＬ字形輪郭を有する。フット部３２２の長手方向は、同軸コネクタ３１０が取り付けられている第１側端部３０４の反対側にある第２側端部３０５に実質的に平行である。レッグ部３２１は、同軸コネクタ３１０の内側導体３１１と実質的に位置合わせされたその長手方向を有する。レッグ部３２１とフット部３２２の幅及び厚さは、カプラ３２０の特性インピーダンスがコネクタ３１０に接続されるケーブルの特性インピーダンスに等しくなるように、選択され、そのインピーダンスは、代表的には、５０Ωであるが、他の標準的インピーダンスも又周知である。

図１０は、本発明の導波路と関連するカプラ３００の使用を示す斜視図である。使用するとき、カップラ３００は、結合導体３２０のフット部３２２が導波路１００の第１導体１１０に対向するように、第２導体１２０のスロット１２２に挿入されている。第２側端部３０５は、案内部材であって、この場合、第２導体の側壁１２７を参照することが可能である。矢印Ａにより示すように、第２導体１２０のスロット１２２においてカプラ３００を移動することができ、その場合、結合導体３２０の結合フット部分３２２は導波路の第１導体１１０に沿って移動され、この結合フット部分３２２と導波路の第１導体１１０との間の相互距離は一定に保たれる。

導波路からの信号をピックアップするカプラの場合、結合導体３２０の結合フット部分３２２は導波路の第１導体１１０により生成される電磁界の一部をピックアップし、この信号は更なる処理のためにコネクタ３１０に転送される。同様に、導波路に信号を導くカプラの場合、導波路の第１導体１１０は、結合導体３２０の結合フット部分３２２により生成される電磁界の一部をピックアップし、この信号は更なる処理のために導波路の第１導体１１０に沿って転送される。導波路の長手方向におけるカプラ３００の移動の間及び後に、結合導体３２０の結合領域はそのフット部分３２２の全長Ｄにより決定され、導波路の第１導体１１０と結合導体３２０との間で物理的接触は起こらない。

導波路の第１導体１１０と結合導体３２０との間の相互距離を一定に保つために、図に示されない付加支持部を備えることが可能である。そのような支持部は、好適には、結合導体３２０が第２導体１２０のフランジ１２６から開放された状態のままである一方、好適には又、後部導体３０９は第２導体１２０の側壁部１２４から開放された状態のままであることを前提としている。必要に応じて、１つ又はそれ以上のガイドレール１２８が、前面３０２に対して垂直な方向に支持プレート３０１のいずれの可能な動きを回避するように、支持プレート３０１の第２側端部３０５を効果的に案内するように、第２導体１２０の内側壁１２７において配置されることが可能である。

一方で、カプラ３００の導電性部分と、他方で、導波路１００の導電性部分との間の電気的接触を回避するように、デザインがなされる必要がある。これは、結合導体３２０に特に適用されるが、好適には又、平面導体３０９に適用される。可能な実施形態においては、第２導体のスロット１２２の幅はカプラ３００の厚さより僅かに広く、それ故、カプラ３００の表面３０２に対して垂直な方向における殆ど遊びはない。しかしながら、第２導体のスロット１２２の幅はカプラ３００の厚さに一致し、それ故、カプラ３００は導波路の外側導体のフランジにより支持され且つ案内される。

一方で、結合導体３２０のレッグ部３２１と、他方で、導波路の外側導体１２０のフランジ１２６との間の電気的接触は種々の方法で回避されることができる。図９Ａにしメス実施形態においては、前記レッグ部は前面３０２にむき出しの状態で設けられる。それに代えて、前記レッグ部３２１を凹状部又は溝（簡単のために、図示せず）に設けることが可能である。フランジ１２６又は導波路の第１導体１１０との接触を回避するために、同様なことを結合導体３２０のフット部３３２に適用することができる。

又、誘電体層（簡単のために、図示せず）を結合導体３２０又はカプラ３００の前面３０２全体に亘って設けることが可能である。

又、誘電体層（簡単のために、図示せず）をカプラ３００に対向するフランジ１２６の表面又はカプラ３００の表面全体に亘って設けることが可能である。

一方で、結合導体３２０のフット部３２２と、他方で、導波路の内側導体１１０との間
の電気的接触は、種々の方法で回避されることができる。図９Ａに示す実施形態においては、前記導波路の内側導体１１０は、導波路の外側導体１２０のフランジ１２６より高いレベルにおいて配置される。又、誘電体層（簡単のために、図示せず）は、カプラ３００に対向する導波路の内側導体１０の表面に亘って設けられることが可能である。導波路の内側導体１１０は非導電性支持材料に完全に埋め込まれている。

電気的接触が誘電体材料又は凹状配置により回避される場合、カプラ３００は、案内のための導波路の外側導体１２０及び／又は導波路の内側導体１１０に支えられることができる。

図９Ａに示すカプラ３００Ａは、導波路の１つの方向に進行する電磁界に対して主に感応する。図９Ｂはカプラ３００Ａの改善３００Ｂを示し、導波路のいずれの方向に進行する波に対して感応する。カプラ３００Ｂにおいて、結合導体３２０Ｂは、レッグ部３２１と２つの反対方向のフット部３２２及び３２３とを有する、実質的にＴ字形の輪郭を有する。

図９Ｃにしメスカプラ３００Ｃは、実質的にΔ形状の輪郭を有する。結合導体３２０は、第２側端部３０５に実質的に垂直である中心ライン３３０に関して対称的である。図９Ｂに示す第２実施形態３００Ｂに類似して、この第３実施形態３００Ｃは、導波路のいずれの長手方向に進行する波に対して感応する。共通接続部３３１は２つの枝３３２Ａ、３３２Ｂに分離し、各々の枝３３２Ａ、３３２Ｂは、第２側端部３０５に実質的に平行な長手方向を有するフット部３３３Ａ、３３３Ｂそれぞれを有し、これらフット部３３３Ａ、３３３Ｂ各々は長さＤを有し、互いから距離ｄの位置で終端となっている。互いに対向する端部において、結合部３３３はレッグ部３３４により共通接続部３３１に接続され、各々のレッグ部３３４は接続部３３１に直接接する第１レッグ部３３５を有し、第１レッグ部３３５はλ／４に等しい長さを有し、接続部３３１の特性インピーダンスの√２倍に等しい特性インピーダンスを有し、レッグ部３３４の残りの部分と結合フット部３３３各々は接続部３３１の特性インピーダンスに等しい特性インピーダンスを有する。

本発明に従ったカプラの３つの例示としての実施形態３００Ａ、３００Ｂ、３００Ｃに関して、カプラ３００Ａは最も簡単なデザイン及び最も小さい寸法を表している。

カプラ３００Ｂ及び３００Ｃは、対称構造を有する２方向カプラの例である。

更に、図に示すような導波路及びカプラは広い範囲の動作周波数における使用に適することに注意する必要がある。これは又、図９Ｃに示すΔ形状カプラ３００Ｃに適用されるが、第１レッグ部３３５は動作周波数に関連して決定される必要があるため、より小さい範囲に対して適用される。更に、結合効率は、動作周波数に関連して結合導体３２０の結合フット部（３２２Ａ；３２２Ｂ＋３２３Ｂ；３３３Ａ、３３３Ｂ）の長さに依存するため、デザイン動作周波数（良好な値は約λ／４である）に前記長さを適応させることにより結合を最適化することが可能であるが、この点で、カプラは又デザイン動作周波数の周りの広い帯域においてうまく機能する。第３実施形態３００Ｃにおいて、２つのフット部３３３Ａ、３３３Ｂ間の距離ｄは、デザイン動作周波数（好適には、λの一部）に関連して小さくされる必要がある。

更に、第１導体１１０とストリップ導体３２２との間の相互距離は最適な結合効率に対して最適化されることができるが、この距離は重要でないことに留意する必要がある。一般に、その距離が小さくなるにつれ、結合はより良好になる。しかしながら、その距離が小さくなり過ぎる場合、導波路それ自体の特性は撹乱される。性能が十分良好である距離の範囲又は各々のアプリケーションのための導波路とカプラとの間の最適距離があると結論することができる。

図１１Ａは、コマンドユニット４０２とアクチュエータ４０３とを有する生産装置のような装置４００であって、この例において、アクチュエータ４０３は、矢印Ａに示すように移動可能である、装置４００を模式的に示している。コマンドユニット４０２からアクチュエータ４０３への信号は、導波路通信システム４０１により転送され、その導波路通信システム４０１は、上記のような導波路１００；２００と、前記導波路１００；２００にスライド可能であるように適合している、少なくとも１つの上記のようなカプラと
を有する。

図１１Ｂは、検出器４１２と受信器４１１とを有する製造装置のような装置４１０であって、この例において、検出器４１２は、矢印Ａに示すように移動可能である、装置４１０を模式的に示している。検出器４１２から受信器４１１への信号は、導波路通信システム４０１により転送され、その導波路通信システム４０１は、上記のような導波路１００；２００と、前記導波路１００；２００にスライド可能であるように適合している、少なくとも１つの上記のようなカプラとを有する。

本発明が上記の例示としての実施形態に限定されるものではなく、同時提出の請求の範囲に規定される本発明の保護範囲内で種々の変形及び改善が可能であることは、当業者に理解される必要がある。

例えば、上記の例において、本発明の多導体導波路の第２導体は、カプラの案内を可能にするための１つの長手方向のスロットを有するように示されている。しかしながら、又、多導体導波路の第２導体は２つの又はそれ以上の長手方向のスロットであって、各々のそのようなスロットはカプラの案内を可能にするスロットを備えることが可能である。それ故、それぞれオンスロットに案内されるカプラが行き違いになることができるため、それぞれのスロットに案内されるそれぞれのカプラは、互いの位置に拘りなく、導波路の全長に亘って移動されることができる。

更に、上記の例において、カプラは実質的にプレート形状であるように示されている。しかしながら、例えば、ワイヤタイプのデザインの、異なるデザインのカプラを用いることが又、可能である。

上記において、所定の結合導体（３２２）が導波路の第１導体と結合するように、そのような導波路に沿ってスライドするカプラと多導体導波路とを有する、導波路通信システムがどのようにデザインされるかについて説明した。更に、導波路通信システムにおける使用に特に適する導波路の新しいデザインについて説明され、導波路通信システムにおける使用に特に適するカプラの新しいデザインについて説明された。しかしながら、今日まで、多導体導波路は、本発明により提供するような発明的方法で使用されたことはないため、既存の多導体導波路自体を用いて実行されるときでさえ、本発明の基本概念、即ち、多導体導波路に沿ってスライドするカプラを使用することは、それ自体、新規且つ発明的であると考えられる。本発明の基本概念は、マイクロストリップタイプの多導体導波路に特に適用できる。図８を参照するに、むき出しのマイクロストリップタイプの多導体導波路は、第１導体２１０と後部導体２０４とを特に有し、即ち、シールド導体２０５と側部導体２０７とを有していない。本発明の基本概念は、そのようなむき出しのマイクロストリップタイプの多導体導波路と用いる場合、非常に良好に実施されることができる。

先行技術を模式的に示す斜視図である。 本発明に従った導波路の幾つかの基本要素を模式的に示す図である。 本発明に従った導波路の内側導体の断面図であって、デザインの可能性を示す図である。 本発明に従った導波路の内側導体の断面図であって、デザインの可能性を示す図である。 本発明に従った導波路の内側導体の断面図であって、デザインの可能性を示す図である。 本発明に従った導波路の内側導体の断面図であって、デザインの可能性を示す図である。 本発明に従った導波路の内側導体の断面図であって、デザインの可能性を示す図である。 本発明に従った導波路の外側導体の断面図であって、デザインの可能性を示す図である。 本発明に従った導波路の外側導体の断面図であって、デザインの可能性を示す図である。 本発明に従った導波路の外側導体の断面図であって、デザインの可能性を示す図である。 本発明に従った導波路の外側導体の断面図であって、デザインの可能性を示す図である。 本発明に従った導波路の外側導体の断面図であって、デザインの可能性を示す図である。 本発明に従った導波路の外側導体の断面図であって、デザインの可能性を示す図である。 本発明に従った導波路の外側導体の断面図であって、デザインの可能性を示す図である。 本発明に従った導波路の外側導体の断面図であって、デザインの可能性を示す図である。 本発明に従った導波路の外側導体の断面図であって、デザインの可能性を示す図である。 本発明に従った導波路の実施形態の断面図である。 本発明に従った導波路の実施形態の長手方向の部分断面図である。 終端器を模式的に示す、シールド導体の端部分の長手方向の断面図である。 他の終端器を模式的に示す、導波路の端部分の斜視図である。 フィードスルーコネクタを模式的に示す、拡大スケールにおける導波路の端部分の長手方向の断面図である。 ストリップラインタイプの導波路を模式的に示す斜視図である。 カプラの実施形態を模式的に示す斜視図である。 カプラの実施形態を模式的に示す斜視図である。 カプラの実施形態を模式的に示す斜視図である。 導波路を有するカプラを使用する様子を模式的に示す斜視図である。 本発明に従った導波路通信システムを有する装置を模式的に示す図である。 本発明に従った導波路通信システムを有する装置を模式的に示す図である。

Claims (29)

1. 長手方向の第１導体；及び
   前記第１導体と実質的に平行に伸びている長手方向の第２導体；
   を有する導波路であって、
   電磁界が実質的に内部において閉じ込められるように、前記第２導体はこの内部を少なくとも実質的に取り囲み；
   前記第１導体は前記第２導体の前記内部の内側に位置付けられ；
   前記第１導体に隣接する前記内部の少なくとも一部は空であり；
   前記第２導体は、カプラの案内を可能にする、前記内部の前記空の部分と連絡する少なくとも１つのスロットを有する；
   ことを特徴とする導波路。
2. 請求項１に記載の導波路であって、前記第１導体は、実質的に円形断面、実質的に矩形断面、実質的に正方形断面、実質的に三角形断面又は実質的にＤ字形断面を有する、ことを特徴とする導波路。
3. 請求項１又は２に記載の導波路であって、前記第１導体は、連続支持部により前記の長手方向の第２導体について支持されている、ことを特徴とする導波路。
4. 請求項１又は２に記載の導波路であって、所定の動作波長に対してデザインされ、前記第１導体は、前記所定の動作波長より小さい寸法を各々有する複数の不連続支持部により前記の長手方向の第２導体について支持されている、ことを特徴とする導波路。
   にせいぜい等しい距離に対して互いに関して移動される、ことを特徴とする導波路。
5. 請求項１乃至４のいずれ一項に記載の導波路であって、前記スロットは側壁の中央部分に位置付けられている、ことを特徴とする導波路。
6. 請求項１乃至４のいずれ一項に記載の導波路であって、前記スロットは隣接する側壁に隣接する側壁の端部近くに位置付けられている、ことを特徴とする導波路。
7. 請求項１乃至６のいずれ一項に記載の導波路であって、前記スロットの反対側の側部において互いに実質的に平行に伸びているフランジを更に有する、ことを特徴とする導波路。
8. 請求項７に記載の導波路であって、前記フランジは前記第２導体に関して外側に伸び、第１フランジは隣接する側壁と同じラインに沿って伸びている、ことを特徴とする導波路。
9. 請求項７に記載の導波路であって、前記フランジは前記第２導体に関して外側に伸び、１つのフランジは隣接する側壁に対して実質的に平行に伸びている、ことを特徴とする導波路。
10. 請求項１乃至９のいずれ一項に記載の導波路であって、前記第１導体は導電性材料のストリップとして成形され、後部導体は前記第１導体に対して平行に配置された導電性材料の幅の広いストリップとして成形されている、ことを特徴とする導波路。
11. 請求項１０に記載の導波路であって、前記第１導体及び前記後部導体は、好適には、ＰＣＢのストリップとして実施される誘電体材料のストリップの反対表面において形成されている、ことを特徴とする導波路。
12. 請求項１０又は１１に記載の導波路であって、後部導体の反対側の前記第１導体に平行に位置付けられたシールド導体を更に有し、前記シールド導体はＰＣＢのストリップとして実施することが可能である、ことを特徴とする導波路。
13. 請求項１２に記載の導波路であって、前記シールド導体は側部導体により前記後部導体
    に電気的に接続され、前記側部導体は、好適には、ＰＣＢのストリップ又は金属のストリップとして実施される、ことを特徴とする導波路。
14. 請求項１乃至１３のいずれ一項に記載の導波路であって、少なくとも１つの端部に少なくとも１つの反射器を更に有する、ことを特徴とする導波路。
15. 請求項１乃至１４のいずれ一項に記載の導波路であって、少なくとも１つの端部に少なくとも１つの終端器を更に有し、前記終端器は前記導波路のインピーダンスに適合するインピーダンスを有する、ことを特徴とする導波路。
16. 請求項１乃至１５のいずれ一項に記載の導波路に入る又は出る信号を結合するためのカプラであって：
    誘電体材料の支持プレート；
    前記支持プレートの前面において配置された結合導体；及び
    前記支持プレートの背面において配置された後部導体；
    を有することを特徴とするカプラ。
17. 請求項１６に記載のカプラであって、両面ＰＣＢとして実施される、ことを特徴とするカプラ。
18. 請求項１６又は１７に記載のカプラであって、前記結合導体は、前記支持プレートの前第１側端部に対して実質的に平行に配置された少なくとも１つの長手方向の部分を有する、ことを特徴とするカプラ。
19. 請求項１８に記載のカプラであって、前記結合導体は、前記支持プレートの前記第１層端部に実質的に垂直に配置された少なくとも１つの長手方向の部分を有する、ことを特徴とするカプラ。
20. 請求項１９に記載のカプラであって、前記結合導体は、前記垂直部分に関して反対方向に導かれ、前記第１側端部に対して実質的に平行に配置された、前記垂直部分の１つの端部において互いに対向する２つの長手方向の部分を有する、ことを特徴とするカプラ。
21. 請求項１８に記載のカプラであって、前記結合導体は：
    各々、長さＤを有し、互いからの相互距離ｄにおいて前記第１側端部に対して実質的に平行に配置されている２つの長手方向の部分；
    前記支持プレートの前記第１側端部に対して実質的に垂直に配置された共通接続部分；及び
    各々のレッグ部分が前記共通接続部分の端部と長手方向の部分の外側の端部とを接続する、２つのレッグ部分；
    を有する、ことを特徴とするカプラ。
22. 請求項２１に記載のカプラであって、各々のレッグ部分は前記共通接続部分に直接隣接する第１レッグ部分を有し、前記第１レッグ部分は実質的にλ／４に等しい長さを有し、前記接続部分の特性インピーダンスの√２倍に等しい特性インピーダンスを有し、各々のレッグ部分の残りの部分及び前記長手方向の部分各々は前記接続部分の特性インピーダンスに等しい特性インピーダンスを有する、ことを特徴とするカプラ。
23. 請求項１６乃至２２のいずれ一項に記載のカプラであって、同軸ケーブルに接続するためのコネクタを更に有するカプラであり：
    前記同軸コネクタは前記結合導体に電気的に接続される内側導体と前記後部導体に電気的に接続される円筒形の外側導体とを有し；
    前記コネクタは、好適には、前記第１側端部の反対側の第２速端部の近くに位置付けられている；
    ことを特徴とするカプラ。
24. 少なくとも２つの互いに平行な導体と前記導波路にスライド可能であるように適合された少なくとも１つのカプラとを有する導波路を有する、ことを特徴とする導波路通信システム。
25. 請求項１乃至１７のいずれ一項に記載の導波路と、前記導波路にスライド可能であるように適合された請求項１８乃至２５のいずれ一項に記載の少なくとも１つのカプラと、を有することを特徴とする導波路通信システム。
26. 請求項２４又は２５に記載の導波路通信システムであって、前記カプラは、結合導体の少なくとも１つの長手方向の部分が短い距離で導波路の第１導体に対抗するように、前記導波路によりスライド可能であるように支持され、前記結合導体の前記の少なくとも１つの長手方向の部分と前記導波路の前記第１導体は互いに実質的に平行に伸びている、ことを特徴とする導波路通信システム。
27. 請求項２６に記載の導波路通信システムであって、前記カプラは、前記導波路の前記第１導体に対して実質的に平行な方向に前記導波路によりスライド可能であるように支持されている、ことを特徴とする導波路通信システム。
28. コマンドユニットとアクチュエータとを有する装置であって、前記コマンドユニット、前記アクチュエータ又はそれら両方は移動可能であり、請求項２５乃至２７のいずれ一項に記載の導波路通信システムを有する、ことを特徴とする装置。
29. 検出器と受信器とを有する装置であって、前記検出器、前記受信器又はそれら両方は移動可能であり、請求項２５乃至２７のいずれ一項に記載の導波路通信システムを有する、ことを特徴とする装置。
    
    
    

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