JP2015523760A - 無線周波数（ｒｆ）伝導媒体 - Google Patents

Abstract

本開示の実施形態は、全ＲＥハードウェア構成要素の望ましくない挿入損失を低減させ、ＲＦ共振空洞のＱ係数または「品質係数」を改善するための無線周波数（ＲＦ）伝導媒体を提供する。ＲＦ伝導媒体は、表皮効果損失に影響されず、その延長線として、実質的に、ＲＦエネルギーの伝導に対する抵抗がない、１つ以上の伝導経路を横方向電磁軸に含むことによって、ＲＦデバイスの挿入損失を低下させる。一実施形態において、多様な伝導媒体の各媒体は、銀、銅、アルミニウム、および金のうちの少なくとも１つである元素から成るナノ材料から作製される。

Description

（関連出願）
本願は、米国仮出願第６１／６４０，７８４号（２０１２年５月１日出願）および米国仮出願第６１／７８２，６２９号（２０１３年３月１４日出願）の利益を主張する。上記出願の全教示は、参照により本明細書に援用される。

電磁波または電磁放射（ＥＭＲ）は、電場成分および磁場成分の両方を有する、エネルギーの形態である。電磁波は、多くの異なる周波数を有することができる。

現代の電気通信システムは、無線通信を電気通信システムの加入者に提供するために、電磁スペクトル内の電磁波を操作する。特に、現代の電気通信システムは、無線周波数（ＲＦ）波としてそれらを分類する周波数を有するそれらの波を操作する。ＲＦ波を利用するために、電気通信システムは、フィルタ、ミキサ、増幅器、およびアンテナ等のある不可欠なハードウェア構成要素を利用する。

本明細書に説明される技術は、ＲＦデバイスの伝導効率を改善するための無線周波数（ＲＦ）伝導媒体に関する。ＲＦ伝導媒体は、着目無線周波数において、表皮効果の影響を誘発する損失がない、１つ以上の伝導経路を横方向電磁軸に含むことによって、ＲＦデバイスの伝導効率を改善する。

一実施形態は、横方向電磁軸に複数の連続伝導経路を形成する多様な伝導媒体を含む、無線周波数（ＲＦ）伝導媒体である。ＲＦ伝導媒体はまた、横方向電磁軸における複数の連続伝導経路の各々を周期的に包囲するサスペンション誘電体を含む。サスペンション誘電体は、横方向電磁軸と垂直な軸において、複数の伝導経路の各々がＲＦエネルギーが伝搬することを周期的に遮断するように構成される。サスペンション誘電体はさらに、複数の連続伝導経路の各々のために機械的支持を提供するように構成される。

ある実施形態では、複数の連続伝導経路の各々は、伝導経路の複数の伝導層内の伝導層であり得る。複数の伝導層の各々は、構造化され、複数の伝導層の他の層に対して均一位置または配列を有し得る。別の実施形態では、複数の伝導層の各々は、構造化されず、複数の伝導層の他の層に対して、メッシュ配列を有し得る。

いくつかの実施形態では、横方向電磁軸は、ＲＦ伝導媒体が適用される表面と平行な軸である。他の実施形態では、横方向電磁軸は、ＲＦ伝導媒体が適用される表面と同一平面にある軸である。

ＲＦ伝導媒体はまた、誘電体表面上へのＲＦ伝導媒体の適用の間、ＲＦ伝導媒体を粘性状態に維持するように構成されている、溶媒を含み得る。溶媒は、熱源による刺激に応答して蒸発するように構成される。

多様な伝導媒体の各媒体は、銀、銅、アルミニウム、および金のうちの少なくとも１つである元素から成るナノ材料から作製され得る。また、多様な伝導媒体の各媒体は、ワイヤ、リボン、チューブ、および薄片のうちの少なくとも１つである構造を有し得る。

加えて、複数の連続伝導経路の各々は、所望の動作周波数において、表皮深度を上回らない伝導断面積を有し得る。ある実施形態では、表皮深度「δ」は、以下によって計算され得、

式中、μ_０は、真空の透磁率であり、μ_ｒは、伝導媒体のナノ材料の比透磁率であり、ρは、伝導媒体のナノ材料の抵抗率であり、ｆは、所望の動作周波数である。

所望の動作周波数は、空洞フィルタの所望の共振周波数、アンテナの所望の共振周波数、導波管のカットオフ周波数、同軸ケーブルの所望の動作周波数範囲、ならびに空洞フィルタおよびアンテナを含む統合された構造の組み合わせられた動作周波数範囲のうちの少なくとも１つに対応し得る。

複数の連続伝導経路の各々は、表皮深度５０ｎｍ−４０００ｎｍを有する均一伝導断面積を有し得る。他の実施例では、複数の連続伝導経路の各々は、表皮深度１０００ｎｍ−３０００ｎｍを有する均一伝導断面積を有し得る。さらに別の実施例では、複数の連続伝導経路の各々は、表皮深度１５００ｎｍ−２５００ｎｍを有する均一伝導断面積を有し得る。

ＲＦ伝導媒体はまた、連続伝導経路の複数の層を被覆する保護層を含み得、保護層は、所望の動作周波数において、ＲＦエネルギーに対して非伝導性かつ低吸収性である材料を含む。材料は、ポリマーコーティングおよび繊維ガラスコーティングのうちの少なくとも１つであり得る。

別の実施形態は、複数の連続伝導経路を形成する多様な伝導媒体を含む、無線周波数（ＲＦ）伝導媒体である。伝導媒体の各媒体は、横方向電磁軸において伝導性であり、横方向電磁軸と垂直な軸においてほとんど伝導しない材料から作製される。ＲＦ伝導媒体はまた、多様な伝導媒体を包囲するＲＦ不活性材料の層を含む。

ＲＦ不活性材料は、所望の動作周波数において、ＲＦエネルギーに対して非伝導性かつ低吸収性である。また、ＲＦ不活性材料の層は、多様な伝導媒体を誘電体表面上に固定するように構成される。ＲＦ不活性材料は、ポリマーコーティングおよび繊維ガラスコーティングのうちの少なくとも１つであり得る。

ＲＦ伝導媒体はまた、ＲＦ伝導媒体を表面に結合するための結合剤を含み得る。ＲＦ伝導媒体はさらに、誘電体表面上へのＲＦ伝導媒体の適用の間、ＲＦ伝導媒体を粘性状態に維持するように構成されている、溶媒を含み得る。溶媒はさらに、熱源による刺激に応答して蒸発するように構成される。

多様な伝導媒体の各媒体は、炭素および黒鉛のうちの少なくとも１つである元素から成るナノ材料から作製され得る。また、多様な伝導媒体内の各伝導媒体は、単層炭素ナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、多層炭素ナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）、および黒鉛のうちの少なくとも１つであり得る。

加えて、複数の連続伝導経路の各々は、所望の動作周波数において、表皮深度を上回らない伝導断面積を有し得る。ある実施形態では、表皮深度「δ」は、以下によって計算され得、

式中、μ_０は、真空の透磁率であり、μ_ｒは、伝導媒体のナノ材料の比透磁率であり、ρは、伝導媒体のナノ材料の抵抗率であり、ｆは、所望の動作周波数である。

所望の動作周波数は、空洞フィルタの所望の共振周波数、アンテナの所望の共振周波数、導波管のカットオフ周波数、同軸ケーブルの所望の動作周波数範囲、ならびに空洞フィルタおよびアンテナを含む統合された構造の組み合わせられた動作周波数範囲のうちの少なくとも１つに対応し得る。

複数の連続伝導経路の各々は、表皮深度５０ｎｍ−４０００ｎｍを有する均一伝導断面積を有し得る。他の実施例では、複数の連続伝導経路の各々は、表皮深度１０００ｎｍ−３０００ｎｍを有する均一伝導断面積を有し得る。さらに別の実施例では、複数の連続伝導経路の各々は、表皮深度１５００ｎｍ−２５００ｎｍを有する均一伝導断面積を有し得る。

さらなる実施形態は、無線周波数（ＲＦ）伝導媒体である。ＲＦ伝導媒体は、分離した電気伝導ナノ構造の束を含む。加えて、ＲＦ伝導媒体は、分離した電気伝導ナノ構造の束が誘電体表面に適用されることを可能にする結合剤を含む。分離した電気伝導ナノ構造の束は、熱源による焼結に応答して、均一格子構造および均一伝導断面積を有する連続伝導層を形成する。熱源は、分離した電気伝導ナノ構造の束の各分離した伝導ナノ構造のナノ材料の原子構造および厚さに基づいて、熱の刺激を印加し得る。

ナノ構造の各々は、炭素、銀、銅、アルミニウム、および金のうちの少なくとも１つである元素から成るナノ材料から作製され得る。また、分離した伝導ナノ構造の各々は、ワイヤ、リボン、チューブ、および薄片のうちの少なくとも１つである伝導構造であり得る。

連続伝導層は、所望の動作周波数において、表皮深度を上回らない均一伝導断面積を有し得る。ある実施形態では、表皮深度「δ」は、以下によって計算され得、

式中、μ_０は、真空の透磁率であり、μ_ｒは、伝導媒体のナノ材料の比透磁率であり、ρは、伝導媒体のナノ材料の抵抗率であり、ｆは、所望の動作周波数である。

所望の動作周波数は、空洞フィルタの所望の共振周波数、アンテナの所望の共振周波数、導波管のカットオフ周波数、同軸ケーブルの所望の動作周波数範囲、ならびに空洞フィルタおよびアンテナを含む統合された構造の組み合わせられた動作周波数範囲のうちの少なくとも１つに対応し得る。

連続伝導層は、表皮深度５０ｎｍ−４０００ｎｍを有する均一伝導断面積を有し得る。他の実施例では、連続伝導層は、表皮深度１０００ｎｍ−３０００ｎｍを有する均一伝導断面積を有し得る。さらに別の実施例では、連続伝導層は、表皮深度１５００ｎｍ−２５００ｎｍを有する均一伝導断面積を有し得る。

誘電体表面は、サイズにおいて表皮深度を上回る凸凹がない表面平滑度を有し得る。ある実施形態では、誘電体表面は、以下によって計算される深度「δ」を上回らない深度を有する凸凹を伴う表面平滑度を有し得、

式中、μ_０は、真空の透磁率であり、μ_ｒは、伝導媒体のナノ材料の比透磁率であり、ρは、伝導媒体のナノ材料の抵抗率であり、ｆは、所望の動作周波数である。

ＲＦ伝導媒体はまた、連続伝導層を被覆する保護層を含む。保護層は、所望の動作周波数において、ＲＦエネルギーに対して非伝導性かつ低吸収性である材料を含む。材料は、ポリマーコーティングおよび繊維ガラスコーティングのうちの少なくとも１つであり得る。

誘電体表面は、空洞の所望の周波数応答特性に対応する内部幾何学形状を有する空洞の内側表面であり得る。別の実施形態では、分離したナノ構造の束は、第１の誘電体表面の外側表面および第２の誘電体表面の同心内側表面に適用され得る。第１の誘電体表面は、内側導体であり、第２の誘電体表面は、同軸ケーブルの外側導体である。また、分離した電気伝導ナノ構造の束は、誘電体構造に適用され得、誘電体構造の幾何学形状および分離した電気伝導ナノ構造の束の伝導特性は、アンテナの共振周波数応答および放射パターンを定義する。

前述は、同様の参照文字が異なる図を通して同一の部品を指す、付随の図面に図示されるように、本開示の例示的実施形態の以下のより具体的説明から明白となるであろう。図面は、必ずしも、正確な縮尺ではなく、代わりに、本開示の実施形態を図示する際、強調が置かれる。
図１は、本開示の例示的実施形態による、長方形導波管空洞の概略図である。 図２は、本開示の例示的実施形態による、無線周波数（ＲＦ）伝導媒体を含む、空洞共振器の概略図である。 図３は、本開示の例示的実施形態による、連続伝導層を形成する分離した伝導ナノ構造の束から成る、ＲＦ伝導媒体の概略図である。 図４Ａ−Ｂは、本開示の例示的実施形態による、構造誘電体の表面上に適用されたＲＦ伝導媒体の断面図である。 図４Ａ−Ｂは、本開示の例示的実施形態による、構造誘電体の表面上に適用されたＲＦ伝導媒体の断面図である。 図５は、本開示の例示的実施形態による、構造誘電体の上に適用された高度に構造化されたＲＦ伝導媒体の断面図である。

本開示の例示的実施形態の説明が続く。

現代の電気通信システムは、無線周波数（ＲＦ）波としてそれらを分類する電磁スペクトル内の波長の範囲を有する電磁波を操作する。ＲＦ波を利用するために、電気通信システムは、フィルタ、ミキサ、増幅器、およびアンテナ等のある不可欠なＲＦハードウェア構成要素を採用する。

ＲＦハードウェア構成要素は、ＲＦ伝導要素を介して、ＲＦ波と相互作用する。ＲＦ伝導要素は、概して、アルミニウム、銅、銀、および金等のＲＦ伝導媒体から成る。しかしながら、従来のＲＦ伝導媒体の構造は、ＲＦエネルギーの伝導を妨害する有効電気抵抗に悩まされ、有効電気抵抗は、全ＲＦハードウェア構成要素への望ましくない挿入損失の導入、および共振空洞フィルタのような特定のＲＦハードウェア構成要素のＱ係数の低下。

ＲＦハードウェア構成要素を通したＲＦエネルギーの伝導の望ましくない損失の主な物理的機構は、表皮効果である。表皮効果は、印加されたＲＦエネルギーによって誘発される伝導媒体中の交互する電子流の結果である、導体中の逆起電力によって生じる。その名称が示唆するように、表皮効果は、「表皮深度」として定義される領域である、導体の表面において、電子流の大部分を流動させる。表皮効果は、多くの場合、その物理的断面のわずかな割合まで、導体の有効断面積を縮小させる。導体の有効表皮深度は、周波数依存性質であり、これは、波長に反比例する。これは、周波数が高いほど、表皮深度をより浅くし、その延長線として、有効ＲＦ伝導損失が大きくなることを意味する。

本明細書に説明される技術は、ＲＦハードウェア構成要素のＲＦ伝導損失を低減させるための無線周波数（ＲＦ）伝導媒体（以下、「技術」）に関する。本技術によって生成されるＲＦ伝導媒体は、導体中の逆起電力の形成を妨げることによって、ＲＦデバイスのＲＦ伝導損失を低減させる。

文脈上、限定ではないが、本明細書の技術は、ＲＦ空洞共振器に照らして説明される。しかしながら、本技術は、ＲＦ波と相互作用するように構成されるＲＦ伝導媒体を要求する任意のＲＦ構成要素に適用されることができることに留意されたい。例えば、ＲＦ構成要素は、アンテナ、導波管、同軸ケーブル、ならびに、空洞フィルタおよびアンテナを含む統合された構造であることができる。

図１は、長方形無線周波数（ＲＦ）導波管空洞フィルタ１０１の概略図である。ＲＦ空洞フィルタ１０１は、ほとんどのＲＦ空洞共振器のように、典型的には、無線周波数電磁場を壁１１０ａ−ｎによって画定される空洞１００内に閉じ込める、「閉鎖金属構造」として定義される。空洞フィルタ１０１は、特定の周波数応答を伴う、低損失共振回路として作用し、分離した誘導（Ｌ）構成要素と容量（Ｃ）構成要素とから成る古典的共振回路に類似する。しかしながら、従来のＬＣ回路と異なり、空洞フィルタ１０１は、フィルタの設計波長（すなわち、空洞フィルタ１０１の物理的内部幾何学形状）において、超低エネルギー損失を呈する。これは、空洞フィルタ１０１のＱ係数が、ＬＣ「タンク」回路等の分離構成要素共振器のものを数百倍上回ることを意味する。

任意の共振回路または構造（例えば、空洞フィルタ１０１）のＱ係数は、共振回路または構造がそこに印加されるエネルギーを減衰させる程度を評価する。したがって、Ｑ係数は、共振回路または構造内に貯蔵されたエネルギーと、振動サイクルあたりの共振回路または構造内で消散されるエネルギーの比率として表され得る。サイクルあたり消散されるエネルギーが少ないほど、Ｑ係数は高くなる。例えば、Ｑ係数「Ｑ」は、以下によって定義されることができる。

（式１）
式中、ｆ_ｒは、回路または構造の共振周波数である。

空洞フィルタ１０１のＱ係数は、（ａ）空洞フィルタ１０１の誘電体媒体 １１５中の電力損失と、（ｂ）空洞フィルタ１０１の壁１１０ａ−ｎでの電力損失の２つの要因によって影響を受ける。空洞フィルタ１０１等の空洞共振器ベースのフィルタの実践用途では、誘電体媒体１１５は、多くの場合、空気である。空気によって誘発される損失は、一般に、モバイルブロードバンド通信のために使用される、より低いマイクロ波スペクトル内の周波数では、微小であると見なされ得る。したがって、空洞フィルタ１０１の壁１１０ａ−ｎでの導体損失は、空洞フィルタ１０１のより低い有効Ｑ係数およびより高い挿入損失に最も寄与する。

例えば、空洞フィルタ１０１のＱ係数「Ｑ」は、以下によって定義されることができる。

（式２）
式中、Ｑ_ｃは、空洞壁のＱ係数であり、Ｑ_ｄは、誘電体媒体のＱ係数である。

前述のように、誘電体媒体（例えば、空気）１１５のＲＦ伝導損失は、より低いマイクロ波スペクトルにおけるＲＦエネルギーが、空気および他の共通空洞誘電体とほとんど相互作用しないため、無視可能である。したがって、空洞フィルタ１０１の壁１１０ａ−ｎのＲＦ伝導率「Ｑ_ｃ」は、空洞フィルタ１０１の品質係数（ｑｕａｌｉｔｙ ｆａｃｔｏｒ）「Ｑ」に最も寄与する。壁１１０ａ−ｎのＲＦ伝導率「Ｑ_ｃ」の品質係数寄与度は、以下によって定義されることができる。

（式３）
式中、ｋ＝波数であり、ｎ＝誘電体インピーダンスであり、Ｒ_ｓ＝空洞壁１１０ａ−ｎの表面抵抗率であり、ａ／ｂ／ｄは、空洞フィルタ１０１の物理的寸法である。したがって、空洞壁１１０ａ−ｎの表面抵抗率「Ｒ_ｓ」の値の増加は、Ｑ_ｃの値を低下させ、それによって、空洞フィルタ１０１のＱ係数を低減させる。

空洞フィルタ１０１および他のＲＦデバイスのＱ係数を増加させるために、本発明の実施形態は、空洞フィルタ１０１等のＲＦデバイスのＲＦ伝導要素の表面抵抗率「Ｒ_ｓ」を低減させる、ＲＦ伝導媒体を提供する。

図２は、無線周波数（ＲＦ）伝導媒体２０５を含む、無線周波数（ＲＦ）空洞共振器２００の概略図である。空洞共振器２００は、構造誘電体２１０を含む。構造誘電体２１０は、空洞２１６を画定する。空洞２１６は、空洞共振器２００の所望の周波数応答特性に対応する内部幾何学形状を有する。特に、内部幾何学形状は、所望の無線周波数を増強させ、望ましくない無線周波数を減衰させる。

構造誘電体２１０は、低比誘電率を伴う材料から成る。また、構造誘電体２１０の材料は、高共形性の潜在性を有する。例えば、構造誘電体２１０の材料は、構造誘電体２１０が複雑かつ平滑に遷移する幾何学形状に適合することを可能にする。構造誘電体２１０の材料はまた、熱応力下、高寸法安定性を有する。例えば、材料は、構造誘電体２１０が、空洞共振器が典型的動作環境において経験し得る熱応力下、変形することを防止する。別の実施形態では、構造誘電体２１０の材料は、機械応力下において高寸法安定性を有し、材料は、構造誘電体２１０が典型的動作用途において被る機械応力において、凹む、撓む、または別様に機械的に変形することを防止する。

加えて、構造誘電体２１０は、高表面平滑度を伴う内部表面２１１を有する。特に、内部表面２１１は、実質的に、表面凸凹がない。ある実施形態では、誘電体表面２１１は、無線周波数（ＲＦ）空洞共振器２００の所望の動作周波数において、深度「δ」を上回らない深度を有する凸凹を伴う表面平滑度であり得る。

空洞共振器２００はまた、ＲＦ入力ポート２３０ａおよびＲＦ出力ポート２３０ｂを含む。ある実施例では、ＲＦ入力ポート２３０ａおよびＲＦ出力ポート２３０ｂは、ＳｕｂＭｉｎｉａｔｕｒｅバージョンＡ（ＳＭＡ）コネクタであることができる。ＲＦ入力ポート２３０ａおよびＲＦ出力ポート２３０ｂは、銅、金、ニッケル、および銀等のＲＦ伝導材料から作製されることができる。

ＲＦ入力ポート２３０ａは、連結ループ２３５ａに電気的に連結される。ＲＦ入力ポート２３０ａは、振動ＲＦ電磁信号を同軸ケーブル（図示せず）等のＲＦ伝送媒体から受信する。振動ＲＦ電磁信号の受信に応答して、ＲＦ入力ポート２３０ａは、連結ループ２３５ａを介して、受信されたＲＦ電磁信号に対応する振動電場および磁場（すなわち、ＲＦ電磁波）を放射する。

本明細書に記載のように、空洞２１６は、空洞共振器２００の所望の周波数応答特性に対応する内部幾何学形状を有する。特に、内部幾何学形状は、空洞共振器２００の所望の周波数応答特性に対応する無線周波数の範囲を増強させ、望ましくない無線周波数を減衰させる。加えて、空洞共振器２００はまた、共振器要素２２０を含む。共振器要素２２０は、本実施例では、構造誘電体２１０によって形成される。しかしながら、共振器要素２２０は、空洞共振器２００内の別個かつ異なる構造であることができることに留意されたい。共振器要素２２０は、所望の無線周波数をさらに増強させ、望ましくない無線周波数を減衰させる共振寸法および全体的構造幾何学形状を有する。

受信されたＲＦ電磁信号に対応する電磁波は、空洞２１６内で共振モードまたは複数のモードを誘発する。そうすることによって、電磁波は、ＲＦ伝導媒体２０５と相互作用する。特に、電磁波は、ＲＦ伝導媒体２０５内で交流電流（ＡＣ）を誘発する。本明細書に説明されるように、本開示の実施形態は、ＲＦ伝導媒体２０５に、低有効表面伝導抵抗率「Ｒ_ｓ」をもたらす構造および組成を有するＲＦ伝導媒体２０５を提供する。低表面伝導抵抗率「Ｒ_ｓ」は、ＲＦ伝導媒体２０５が、高効率レベルで空洞２１６内の共振モードを支持し、それによって、空洞共振器２００の品質係数「Ｑ」を増加させることを可能にする。

増強された着目周波数は、連結ループ２３５ｂ内にＡＣ信号を誘発する。ＡＣ信号は、空洞共振器２００から、ＲＦ出力２３０ｂを介して出力される。ＲＦ出力２３０ｂは、伝送媒体（図示せず）に電気的に連結され、ＡＣ信号をアンテナまたは受信機等のＲＦハードウェア構成要素に通す。

ＲＦ伝導媒体２０５はまた、ＲＦ伝導媒体を被覆する保護層（例えば、図４の層３０６）を含むことができる。保護層は、空洞共振器２００の所望の動作周波数において、ＲＦエネルギーに対して非伝導性かつ低吸収性である材料から成ることができる。材料は、ポリマーコーティングおよび繊維ガラスコーティングのうちの少なくとも１つであり得る。

図３は、本開示の例示的実施形態による、連続伝導層３４０を形成する分離した伝導ナノ構造の束から成るＲＦ伝導媒体３０５の概略図である。

ＲＦ伝導媒体３０５は、分離した電気伝導ナノ構造の束を含む。ナノ構造の各々は、炭素、銀、銅、アルミニウム、および金のうちの少なくとも１つである元素から成るナノ材料から作製され得る。また、分離した伝導ナノ構造の各々は、ワイヤ、リボン、チューブ、および薄片のうちの少なくとも１つである伝導構造であり得る。ナノ材料は、マクロスケールにおける材料の溶融温度のわずかな割合の焼結温度を有し得る。例えば、銀（Ａｇ）は、９６１℃で溶融する一方、ナノ銀（Ａｇ）は、３００℃をはるかに下回って焼結し得る。

加えて、ＲＦ伝導媒体３０５は、分離した電気伝導ナノ構造の束が構造誘電体３１０の表面３４５に適用されることを可能にする結合剤（図示せず）を含む。分離した電気伝導ナノ構造の束は、熱源による焼結に応答して、連続伝導層３４０を形成する。分離した電気伝導ナノ構造の各々のサイズは、連続伝導層３４０が、空洞共振器２００の所望の動作周波数において、表皮深度「δ」を上回らない均一伝導断面積を有するように選定され得る。連続伝導層３４０は、均一格子構造および均一伝導断面積を有する。熱源は、分離した電気伝導ナノ構造の束の各分離した伝導ナノ構造のナノ材料の原子構造および厚さに基づいて、熱の刺激を印加し得る。例えば、熱源によって印加される熱の温度および熱が印加される時間の長さは、分離した電気伝導ナノ構造の束の各分離した伝導ナノ構造のナノ材料の原子構造および厚さの関数である。当技術分野において公知または未だ公知ではない任意の熱源が、使用され得る。

前述のように、ＲＦ電磁波は、ＲＦ伝導媒体３０５内に交流電流（ＡＣ）を誘発する。ＡＣの場合、ＡＣ抵抗に及ぼす構造の断面積の影響は、直流電流（ＤＣ）抵抗に対するものと根本的に異なる。例えば、直流電流は、導体の体積全体を通して伝搬し得る。交流電流（ＲＦ電磁波によって産生されるもの等）は、伝導媒体の表面に非常に近い限られた面積内のみを伝搬する。導体の表面近傍を伝搬する交流電流のこの傾向は、「表皮効果」として知られる。空洞共振器２００等のＲＦデバイスでは、表皮効果は、使用可能伝導断面積を空洞の内側構造の表面における非常に薄い層まで減少させる。したがって、表皮効果は、空洞のＱ係数を低減させる、共振空洞内のＲＦ伝導損失の少なくとも１つの有意な機構である。

したがって、連続伝導層３４０は、空洞共振器（例えば、図２の空洞共振器２００）の所望の動作周波数において、表皮深度「δ」を上回らない均一伝導断面積を有し得る。ある実施形態では、表皮深度「δ」は、以下によって計算され得、

（式４）
式中、μ_０は、真空の透磁率であり、μ_ｒは、ナノ構造のナノ材料の比透磁率であり、ｐは、ナノ構造のナノ材料の抵抗率であり、ｆは、所望の動作周波数である。以下の表１は、一組の無線周波数に対する式４の例示的適用を図示する。しかしながら、表皮深度「δ」を決定する任意の他の公知または未だ公知ではない方法も、式４の代わりに、使用されることができることに留意されたい。

ある実施形態では、連続伝導層３４０は、表皮深度５０ｎｍ−４０００ｎｍを有する均一伝導断面積を有し得る。別の実施形態では、連続伝導層３４０は、表皮深度１０００ｎｍ−３０００ｎｍを有する均一伝導断面積を有し得る。さらに別の実施例では、連続伝導層３４０は、表皮深度１５００ｎｍ−２５００ｎｍを有する均一伝導断面積を有し得る。

図４Ａは、構造誘電体４１０の表面４４５上に適用されたＲＦ伝導媒体４０５の断面図である。特に、断面図は、軸４７５（すなわち、図を左右に走る）が、横方向電磁軸４８０（すなわち、図中に走る軸）と垂直な軸であるような配向にある。ＲＦ伝導媒体４０５は、多様な伝導媒体４７０を含む。多様な伝導媒体４７０は、横方向電磁軸４８０に複数の連続伝導経路（例えば、図４Ｂの連続伝導経路４９０ａ−ｎ）を形成する。

多様なＲＦ伝導媒体４７０の各媒体は、銀、銅、アルミニウム、炭素、および黒鉛のうちの少なくとも１つである元素から成るナノ材料から作製される。元素が、銀、銅、およびアルミニウムのうちの少なくとも１つである実施例では、多様な伝導媒体の各媒体４７０は、ワイヤ、リボン、チューブ、および薄片のうちの少なくとも１つである構造を有する。元素が、炭素および黒鉛のうちの少なくとも１つである実施例では、多様な伝導媒体４７０内の各伝導媒体は、単層炭素ナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、多層ナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）、および黒鉛のうちの少なくとも１つである。

また、複数の連続伝導経路４９０ａ−ｎの各々は、例えば、空洞共振器（例えば、図２の空洞共振器２００）の所望の動作周波数において、表皮深度を上回らない伝導断面積を有し得る。ある実施形態では、表皮深度「δ」は、式４に従って計算され得る。

ある実施形態では、複数の連続伝導経路の各々は、表皮深度５０ｎｍ−４０００ｎｍを有する均一伝導断面積を有し得る。他の実施例では、複数の連続伝導経路の各々は、表皮深度１０００ｎｍ−３０００ｎｍを有する均一伝導断面積を有し得る。さらに別の実施例では、複数の連続伝導経路の各々は、表皮深度１５００ｎｍ−２５００ｎｍを有する均一伝導断面積を有し得る。

所望の動作周波数「ｆ」はまた、アンテナの所望の共振周波数、導波管のカットオフ周波数、同軸ケーブルの所望の動作周波数範囲、ならびに空洞フィルタおよびアンテナを含む統合された構造の組み合わせられた動作周波数範囲のうちの少なくとも１つに対応し得ることに留意されたい。

サスペンション誘電体（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ）４６０は、横方向電磁軸における複数の伝導経路４９０ａ−ｎの各々を周期的に包囲する。特に、サスペンション誘電体４６０は、複数の伝導経路４９０ａ−ｎの各々が、軸４７５（すなわち、横方向電磁軸４８０と垂直な軸）においてＲＦエネルギーを伝搬することを周期的に遮断する。サスペンション誘電体４６０はまた、複数の伝導経路４９０ａ−ｎの各々に機械的支持を提供するように構成されることができる。

多様なＲＦ伝導媒体４７０の各媒体が、銀、銅、およびアルミニウムのうちの少なくとも１つである元素から成るナノ材料から作製される例示的実施形態では、サスペンション誘電体４６０は、所望の動作周波数において、ＲＦエネルギーとほとんど相互作用しない、構造的に堅く、かつ熱的に安定な材料から成る。

多様なＲＦ伝導媒体４７０の各媒体が、炭素および黒鉛のうちの少なくとも１つである元素から成るナノ材料から作製される別の例示的実施形態では、サスペンション誘電体４６０は、空気である。そのような場合、サスペンション誘電体４６０は、例えば、単層炭素ナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、多層ナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）、および黒鉛が、横方向電磁軸４８０において本質的に伝導性であり、軸４７５においてほとんど伝導しない材料であるため、空気から成ることができる。

本実施例では、ＲＦ伝導媒体４０５は、ＲＦ透明保護層４５０を含む。ＲＦ透明保護層４５０は、複数の連続伝導経路４９０ａ−ｎを被覆する。保護層４０５は、例えば、空洞共振器（例えば、図２の空洞共振器２００）の所望の動作周波数において、ＲＦエネルギーに対して非伝導性かつ低吸収性である材料を含む。例示的実施形態では、材料は、ポリマーコーティングおよび繊維ガラスコーティングのうちの少なくとも１つであることができる。本実施例では、ＲＦ伝導媒体４０５は、ＲＦ透明保護層４５０を含むが、ＲＦ伝導媒体４０５の他の例示的実施形態は、ＲＦ透明保護層４５０を含まないこともある。

ＲＦ伝導媒体４０５はまた、結合剤（図示せず）を含み得る。結合剤は、ＲＦ伝導媒体４０５を構造誘電体４１０の表面４４５に結合するように構成される。加えて、ＲＦ伝導媒体４０５はまた、溶媒（図示せず）を含み得る。溶媒は、表面４４５上へのＲＦ伝導媒体４０５の適用の間、ＲＦ伝導媒体４０５を粘性状態に維持するように構成される。溶媒はさらに、熱源による刺激に応答して蒸発するように構成される。熱源は、ある実施例では、ＲＦ伝導媒体４０５を包囲する空気の周囲温度であることができる。

図４Ｂは、構造誘電体４１０の表面４４５上に適用されたＲＦ伝導媒体４０５の断面図である。特に、断面図は、軸４７５（すなわち、図上を上下に走る）が、横方向電磁軸４８０（すなわち、図上を左右に走る軸）に垂直な軸であるような配向にある。図示されるように、複数の連続伝導経路４９０ａ−ｎは、ＲＦ電磁波が、経路４９０ａ−ｎの各々に沿って、主に、横方向電磁軸４８０にのみ進行する交流電流を誘発するように、横方向電磁軸４８０に配向される。

交流電流が、経路４９０ａ−ｎの各々に沿って、主に、横方向電磁軸４８０にのみ進行するために、サスペンション誘電体４６０は、複数の伝導経路４９０ａ−ｎの各々を周期的に包囲する。特に、サスペンション誘電体は、軸４７５において、複数の伝導経路４９０ａ−ｎの各々がＲＦエネルギー（例えば、交流電流）を伝搬することを周期的に遮断する。ある点、例えば、点４９５において、サスペンション誘電体４６０は、ＲＦエネルギーが、ある経路（例えば、経路４０９ｂ）から別の経路（例えば、経路４９０ｎ）に通過するための手段を提供する。

連続伝導経路４９０ａ−ｎの各々が、前述のように、ＲＦデバイス（例えば、図２の空洞共振器２００）の所望の動作周波数において、表皮深度「δ」を上回らない伝導断面積を有する実施形態では、サスペンション誘電体４６０によって提供される周期的ＲＦ遮断は、ＲＦ伝導媒体４０５が、ＲＦ伝導のための増加した断面積を有することを可能にし、その成分要素（例えば、経路４９０ａ−ｎ）は、表皮効果損失を被らない。

図５は、ＲＦデバイス（例えば、図２の空洞共振器２００）の構造誘電体５１０の表面５４５に適用された、ＲＦ透明保護層５５０（例えば、図４Ａ−Ｂの保護層４５０）を含むＲＦ伝導媒体５０５の断面図である。特に、断面図は、軸５７５（すなわち、図上を左右に走る）が、横方向電磁軸５８０（すなわち、図上を上下に走る軸）と垂直な軸であるような配向にある。ＲＦ伝導媒体５０５は、ＲＦ電磁波が、経路５９０ａ−ｎの各々に沿って、主に、横方向電磁軸５８０にのみ進行する交流電流を誘発するように、横方向電磁軸５８０に配向される複数の連続伝導経路５９０を含む。

多様な伝導媒体は、構造化され、複数の連続伝導経路５９０の構造化された配列を形成するように周期的に配列される。複数の連続伝導経路の５９０の各々は、誘電体媒体５６０（例えば、図４Ａ−Ｂのサスペンション誘電体４６０）によって近隣連続伝導経路から周期的に遮断される。誘電体媒体５６０は、軸５７５において、複数の伝導経路５９０の各々がＲＦエネルギー（例えば、交流電流）を伝搬することを周期的に遮断する。ある点において、ＲＦ短絡５９５は、ＲＦエネルギーが、ある経路から別の経路に通過するための手段を提供する。複数の連続伝導経路５９０の各々を横断する、単一ＲＦ短絡５９５が、図示されるが、他の実施形態は、複数の連続伝導経路のそれぞれ間に周期的に交互されたＲＦ短絡を有することができることに留意されたい。

連続伝導経路５９０がそれぞれ、前述のように、ＲＦデバイス（例えば、図２の空洞共振器２００）の所望の動作周波数において、表皮深度「δ」を上回らない伝導断面積を有する実施形態では、誘電体媒体５６０によって提供される周期的ＲＦ遮断は、ＲＦ伝導媒体５０５が、ＲＦ伝導のための増加した断面積を有することを可能にし、その成分要素（例えば、経路５９０）は、表皮効果損失を被らない。

本明細書に引用される全特許、公開出願、および参考文献の教示は、参照することによってその全体として組み込まれる。

本開示は、特に、その例示的実施形態を参照して図示および説明されたが、添付の請求項によって包含される本開示の範囲から逸脱することなく、形態および詳細における種々の変更が行われてもよいことは、当業者によって理解されるであろう。

Claims (40)

1. 無線周波数（ＲＦ）伝導媒体であって、前記媒体は、
   横方向電磁軸に複数の連続伝導経路を形成する多様な伝導媒体と、
   前記横方向電磁軸における前記複数の連続伝導経路の各々を周期的に包囲するサスペンション誘電体であって、前記サスペンション誘電体は、前記横方向電磁軸と垂直な軸において、前記複数の伝導経路の各々がＲＦエネルギーを伝搬することを周期的に遮断するように構成され、前記サスペンション誘電体は、前記複数の連続伝導経路の各々のために機械的支持を提供するようにさらに構成されている、サスペンション誘電体と
   を備えている、媒体。
2. 誘電体表面上への前記ＲＦ伝導媒体の適用の間、前記ＲＦ伝導媒体を粘性状態に維持するように構成されている溶媒をさらに備え、前記溶媒は、熱源による刺激に応答して、蒸発するようにさらに構成されている、請求項１に記載のＲＦ伝導媒体。
3. 前記多様な伝導媒体の各媒体は、銀、銅、アルミニウム、および金のうちの少なくとも１つである元素から成るナノ材料から作製される、請求項１に記載のＲＦ伝導媒体。
4. 前記多様な伝導媒体の各媒体は、ワイヤ、リボン、チューブ、および薄片のうちの少なくとも１つである構造を有する、請求項１に記載のＲＦ伝導媒体。
5. 前記複数の連続伝導経路の各々は、所望の動作周波数において、表皮深度を上回らない伝導断面積を有する、請求項１に記載のＲＦ伝導媒体 。
6. 表皮深度「δ」は、以下によって計算され、
   

   

   式中、μ_０は、真空の透磁率であり、μ_ｒは、前記伝導媒体のナノ材料の比透磁率であり、ρは、前記伝導媒体のナノ材料の抵抗率であり、ｆは、前記所望の動作周波数である、請求項５に記載の方法。
7. 前記所望の動作周波数は、空洞フィルタの所望の共振周波数、アンテナの所望の共振周波数、導波管のカットオフ周波数、同軸ケーブルの所望の動作周波数範囲、ならびに空洞フィルタおよびアンテナを含む統合された構造の組み合わせられた動作周波数範囲のうちの少なくとも１つに対応する、請求項５に記載のＲＦ伝導媒体 。
8. 前記複数の連続伝導経路の各々は、表皮深度５０ｎｍ−４０００ｎｍを有する均一伝導断面積を有する、請求項１に記載のＲＦ伝導媒体。
9. 前記複数の連続伝導経路の各々は、表皮深度１０００ｎｍ−３０００ｎｍを有する均一伝導断面積を有する、請求項１に記載のＲＦ伝導媒体。
10. 前記複数の連続伝導経路の各々は、表皮深度１５００ｎｍ−２５００ｎｍを有する均一伝導断面積を有する、請求項１に記載のＲＦ伝導媒体。
11. 前記複数の連続伝導経路を被覆する保護層をさらに備え、前記保護層は、所望の動作周波数において、ＲＦエネルギーに対して非伝導性かつ低吸収性である材料を含む、請求項１に記載のＲＦ伝導媒体。
12. 前記材料は、ポリマーコーティングおよび繊維ガラスコーティングのうちの少なくとも１つである、請求項１１に記載のＲＦ伝導媒体。
13. 無線周波数（ＲＦ）伝導媒体であって、前記媒体は、
    複数の連続伝導経路を形成する多様な伝導媒体であって、前記伝導媒体の各媒体は、横方向電磁軸において伝導性であり、前記横方向電磁軸と垂直な軸においてほとんど伝導しない材料である、伝導媒体と、
    前記多様な伝導媒体を包囲するＲＦ不活性材料の層であって、前記ＲＦ不活性材料は、所望の動作周波数において、ＲＦエネルギーに対して非伝導性かつ低吸収性であり、前記ＲＦ不活性材料の層は、前記多様な伝導媒体を誘電体表面上に固定するように構成されている、ＲＦ不活性材料の層と
    を備えている、媒体。
14. 前記ＲＦ伝導媒体を前記表面に結合するための結合剤をさらに備えている、請求項１３に記載のＲＦ伝導媒体。
15. 前記誘電体表面上への前記ＲＦ伝導媒体の適用の間、前記ＲＦ伝導媒体を粘性状態に維持するように構成されている溶媒をさらに備え、前記溶媒は、熱源による刺激に応答して蒸発するようにさらに構成されている、請求項１３に記載のＲＦ伝導媒体。
16. 前記多様な伝導媒体の各媒体は、炭素および黒鉛のうちの少なくとも１つであるナノ材料から作製される、請求項１３に記載のＲＦ伝導媒体。
17. 前記多様な伝導媒体内の各伝導媒体は、単層炭素ナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、多層ナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）、および黒鉛のうちの少なくとも１つである、請求項１３に記載のＲＦ伝導媒体。
18. 前記複数の連続伝導経路の各々は、所望の動作周波数において、表皮深度を上回らない伝導断面積を有する、請求項１３に記載のＲＦ伝導媒体。
19. 表皮深度「δ」は、以下によって計算され、
    

    

    式中、μ_０は、真空の透磁率であり、μ_ｒは、前記伝導媒体のナノ材料の比透磁率であり、ρは、前記伝導媒体のナノ材料の抵抗率であり、ｆは、前記所望の動作周波数である、請求項１８に記載の方法。
20. 前記所望の動作周波数は、空洞フィルタの所望の共振周波数、アンテナの所望の共振周波数、導波管のカットオフ周波数、同軸ケーブルの所望の動作周波数範囲、ならびに空洞フィルタおよびアンテナを含む統合された構造の組み合わせられた動作周波数範囲のうちの少なくとも１つに対応する、請求項１８に記載のＲＦ伝導媒体。
21. 前記複数の連続伝導経路の各々は、表皮深度５０ｎｍ−４０００ｎｍを有する均一伝導断面積を有する、請求項１に記載のＲＦ伝導媒体。
22. 前記複数の連続伝導経路の各々は、表皮深度１０００ｎｍ−３０００ｎｍを有する均一伝導断面積を有する、請求項１に記載のＲＦ伝導媒体。
23. 前記複数の連続伝導経路の各々は、表皮深度１５００ｎｍ−２５００ｎｍを有する均一伝導断面積を有する、請求項１に記載のＲＦ伝導媒体。
24. 無線周波数（ＲＦ）伝導媒体であって、前記媒体は、
    分離した電気伝導ナノ構造の束と、
    前記分離した電気伝導ナノ構造の束が誘電体表面に適用されることを可能にする結合剤であって、前記分離した電気伝導ナノ構造の束は、熱源による焼結に応答して、均一格子構造および均一伝導断面積を有する連続伝導層を形成する、結合剤と
    を備えている、媒体。
25. 前記ナノ構造は、炭素、銀、銅、アルミニウム、および金のうちの少なくとも１つである元素から成るナノ材料から作製される、請求項２４に記載のＲＦ伝導媒体。
26. 前記分離した電気伝導ナノ構造の束は、ワイヤ、リボン、チューブ、および薄片のうちの少なくとも１つである伝導構造を含む、請求項２４に記載のＲＦ伝導媒体。
27. 前記連続伝導層は、所望の動作周波数において、表皮深度を上回らない均一伝導断面積を有する、請求項２４に記載のＲＦ伝導媒体。
28. 前記表皮深度は、以下の式によって計算され、
    

    

    式中、μ_０は、真空の透磁率であり、μ_ｒは、前記ナノ構造のナノ材料の比透磁率であり、ρは、前記ナノ構造のナノ材料の抵抗率であり、ｆは、所望の動作周波数である、請求項２７に記載のＲＦ伝導媒体。
29. 前記所望の動作周波数は、空洞フィルタの所望の共振周波数、アンテナの所望の共振周波数、導波管のカットオフ周波数、同軸ケーブルの所望の動作周波数範囲、ならびに空洞フィルタおよびアンテナを含む統合された構造の組み合わせられた動作周波数範囲のうちの少なくとも１つに対応する、請求項２７に記載のＲＦ伝導媒体。
30. 前記連続伝導層は、表皮深度５０ｎｍ−４０００ｎｍを有する均一伝導断面積を有する、請求項２７に記載のＲＦ伝導媒体。
31. 前記連続伝導層は、表皮深度１０００ｎｍ−３０００ｎｍを有する均一伝導断面積を有する、請求項２４に記載のＲＦ伝導媒体。
32. 前記連続伝導層は、表皮深度１５００ｎｍ−２５００ｎｍを有する均一伝導断面積を有する、請求項２４に記載のＲＦ伝導媒体。
33. 前記誘電体表面は、サイズにおいて表皮深度を上回る凸凹がない表面平滑度を有する、請求項２４に記載のＲＦ伝導媒体。
34. 前記誘電体表面は、以下の式に基づく深度を上回らない深度を有する凸凹を伴う表面平滑度を有し、
    

    

    式中、μ_０は、真空の透磁率であり、μ_ｒは、前記ナノ構造のナノ材料の比透磁率であり、ρは、前記ナノ構造のナノ材料の抵抗率であり、ｆは、所望の動作周波数である、請求項２４に記載のＲＦ伝導媒体。
35. 前記熱源は、前記分離した伝導ナノ構造の束の各分離した伝導ナノ構造のナノ材料の原子構造および厚さに基づいて、熱の刺激を印加する、請求項２４に記載のＲＦ伝導媒体。
36. 前記連続伝導層を被覆する保護層をさらに備え、前記保護層は、所望の動作周波数において、ＲＦエネルギーに対して非伝導性かつ低吸収性である材料を含む、請求項２４に記載のＲＦ伝導媒体。
37. 前記材料は、ポリマーコーティングおよび繊維ガラスコーティングのうちの少なくとも１つである、請求項３６に記載のＲＦ伝導媒体。
38. 前記誘電体表面は、前記空洞の所望の周波数応答特性に対応する内部幾何学形状を有する空洞の内側表面である、請求項２４に記載のＲＦ伝導媒体。
39. 前記分離したナノ構造の束は、第１の誘電体表面の外側表面および第２の誘電体表面の同心内側表面に適用され、前記第１の誘電体表面は、内側導体であり、前記第２の誘電体表面は、同軸ケーブルの外側導体である、請求項２４に記載のＲＦ伝導媒体。
40. 前記分離した電気伝導ナノ構造の束は、誘電体構造に適用され、前記誘電体構造の幾何学形状および前記分離した電気伝導ナノ構造の束の伝導特性は、アンテナの共振周波数応答および放射パターンを定義する、請求項２４に記載のＲＦ伝導媒体。

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