JP2018174591A - 無線周波数(rf)伝導媒体 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
式中、frは、回路または構造の共振周波数である。
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。
式中、Qcは、空洞壁のQ係数であり、Qdは、誘電体媒体のQ係数である。
式中、k=波数であり、n=誘電体インピーダンスであり、Rs=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「Rs」の値の増加は、Qc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。
式中、μ0は、真空の透磁率であり、μr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。
本願明細書は、例えば、以下の項目も提供する。
(項目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。
(項目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、項目1に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目1に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目1に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目1に記載のRF伝導媒体。
(項目6)
表皮深度「δ」は、以下によって計算され、
式中、μ0は、真空の透磁率であり、μr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、項目5に記載の方法。
(項目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、項目5に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目1に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目1に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目1に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目1に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目11に記載のRF伝導媒体。
(項目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。
(項目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、項目13に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目13に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目13に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目13に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目13に記載のRF伝導媒体。
(項目19)
表皮深度「δ」は、以下によって計算され、
式中、μ0は、真空の透磁率であり、μr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、項目18に記載の方法。
(項目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、項目18に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目1に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目1に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目1に記載のRF伝導媒体。
(項目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。
(項目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、項目24に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目24に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目24に記載のRF伝導媒体。
(項目28)
前記表皮深度は、以下の式によって計算され、
式中、μ0は、真空の透磁率であり、μr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、項目27に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目27に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目27に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目24に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目24に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目24に記載のRF伝導媒体。
(項目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、μ0は、真空の透磁率であり、μr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、項目24に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目24に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目24に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目36に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目24に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目24に記載のRF伝導媒体。
(項目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、項目24に記載のRF伝導媒体。
Claims (45)
- 構造に対する適用のための無線周波数(RF)伝導媒体であって、
誘電体材料と、
前記誘電体材料内に配置され、第1の方向に延びている複数の伝導経路であって、前記複数の伝導経路は、前記構造の挿入損失を低減させ、前記複数の伝導経路における少なくとも1つの伝導経路は、
前記誘電体材料によって少なくとも部分的に包囲された第1の部分と、
前記第1の部分に連続的に連結された第2の部分であって、前記第2の部分は、接合部において前記複数の伝導経路における少なくとも1つの他の伝導経路と電気的に結合されている、第2の部分と
を含む、複数の伝導経路と
を備える、RF伝導媒体。 - 前記少なくとも1つの伝導経路の前記第1の部分を少なくとも部分的に包囲している前記誘電体材料は、前記第1の方向に対して略垂直な少なくとも1つの方向においてRFエネルギーの伝搬を低減させるように構成されている、請求項1に記載のRF伝導媒体。
- 前記複数の伝導経路は、前記誘電体材料内で周期的に分散させられている、請求項1に記載のRF伝導媒体。
- 前記複数の伝導経路は、炭素、銀、銅、アルミニウム、または金のうちの少なくとも1つから成るナノ材料を含む、請求項1に記載のRF伝導媒体。
- 前記複数の伝導経路における各伝導経路は、ワイヤ、リボン、チューブ、または薄片のうちの少なくとも1つである構造を含む、請求項1に記載のRF伝導媒体。
- 前記複数の伝導経路における各伝導経路は、所望の動作周波数において前記RF伝導媒体の表皮深度「δ」以下の直径を有する、請求項1に記載のRF伝導媒体。
- 前記表皮深度「δ」は、
式中、μ 0 は、真空の透磁率であり、μ r は、前記複数の伝導経路を形成するナノ材料の比透磁率であり、ρは、前記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6に記載のRF伝導媒体。 - 前記所望の動作周波数は、空洞フィルタの共振周波数、アンテナの共振周波数、導波管のカットオフ周波数、同軸ケーブルの動作周波数、または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つである、請求項6に記載のRF伝導媒体。
- 前記複数の伝導経路における各伝導経路は、約50nm未満〜約4000nm未満の厚さを有する、請求項1に記載のRF伝導媒体。
- 前記複数の伝導経路における各伝導経路は、約1000nm未満〜約3000nm未満の厚さを有する、請求項1に記載のRF伝導媒体。
- 前記複数の伝導経路における各伝導経路は、約1500nm未満〜約2500nm未満の厚さを有する、請求項1に記載のRF伝導媒体。
- 前記複数の伝導経路を被覆する保護層をさらに含む、請求項1に記載のRF伝導媒体。
- 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遮断性かつ実質的に透明である材料を含む、請求項12に記載のRF伝導媒体。
- 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つを含む、請求項13に記載のRF伝導媒体。
- 前記誘電体材料は、前記複数の伝導経路を機械的に支持するように構成されている、請求項1に記載のRF伝導媒体。
- 前記複数の伝導経路における各伝導経路は、前記第1の方向に沿って伝導性であり、かつ、前記第1の方向に対して略垂直な少なくとも1つの方向に沿って非伝導性である、請求項1に記載のRF伝導媒体。
- 前記誘電体材料は、空気を含む、請求項16に記載のRF伝導媒体。
- 複数の連続伝導経路における各連続伝導経路は、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つを含む、請求項16に記載のRF伝導媒体。
- 無線周波数(RF)デバイスであって、
内側表面を有する空洞を形成する誘電体構造と、
前記内側表面の少なくとも一部分上に配置されたRF伝導媒体であって、前記RF伝導媒体は、
誘電体材料と、
前記誘電体材料内で第1の方向に延びている複数の伝導経路であって、前記複数の伝導経路は、前記第1の方向に対して垂直な少なくとも1つの方向においてRFエネルギーが伝搬することを防止し、前記複数の伝導経路は、前記RFデバイスの挿入損失を低減させる、複数の伝導経路と
を含む、RF伝導媒体と
を備える、RFデバイス。 - 前記誘電体材料は、前記複数の連続伝導経路の各々に対して機械的支持を提供するようにさらに構成されている、請求項19に記載のRFデバイス。
- 前記複数の連続伝導経路における各連続伝導経路は、炭素、銀、銅、アルミニウム、または金のうちの少なくとも1つから成るナノ材料を含む、請求項19に記載のRFデバイス。
- 前記複数の連続伝導経路における各連続伝導経路は、ワイヤ、リボン、チューブ、または薄片のうちの少なくとも1つである構造を含む、請求項19に記載のRFデバイス。
- 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前記RF伝導媒体の表皮深度「δ」以下の直径を有する、請求項19に記載のRFデバイス。
- 前記表皮深度「δ」は、
式中、μ 0 は、真空の透磁率であり、μ r は、前記複数の連続伝導経路を形成するナノ材料の比透磁率であり、ρは、前記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23に記載のRFデバイス。 - 前記所望の動作周波数は、前記空洞の所望の共振周波数である、請求項23に記載のRFデバイス。
- 前記複数の連続伝導経路の各々は、約50nm未満〜約4000nm未満の厚さを有する、請求項19に記載のRFデバイス。
- 前記複数の連続伝導経路の各々は、約1000nm未満〜約3000nm未満の厚さを有する、請求項19に記載のRFデバイス。
- 前記複数の連続伝導経路の各々は、約1500nm未満〜約2500nm未満の厚さを有する、請求項19に記載のRFデバイス。
- 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遮断性かつ低吸収性である材料を含む、請求項19に記載のRFデバイス。
- 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つを含む、請求項29に記載のRFデバイス。
- 無線周波数(RF)伝導媒体であって、
複数の連続伝導経路であって、前記複数の連続伝導経路における各連続伝導経路は、第1の方向において伝導性であり、かつ、前記第1の方向に対して垂直な少なくとも1つの方向において非伝導性である、複数の連続伝導経路と、
前記複数の連続伝導経路を包囲しているRF不活性材料の層と
を備え、
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遮断性かつ低吸収性であり、
前記RF不活性材料の前記層は、誘電体表面を有する構造上に前記複数の連続伝導経路を固定するようにさらに構成されており、
前記複数の伝導経路は、前記構造の挿入損失を低減させるように構成されている、RF伝導媒体。 - 前記複数の連続伝導経路を前記誘電体表面上に結合するための結合剤をさらに備える、請求項31に記載のRF伝導媒体。
- 前記複数の連続伝導経路における各連続伝導経路は、炭素および黒鉛のうちの少なくとも1つであるナノ材料を含む、請求項31に記載のRF伝導媒体。
- 前記複数の連続伝導経路における各連続伝導経路は、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つを含む、請求項31に記載のRF伝導媒体。
- 前記複数の連続伝導経路における各連続伝導経路は、所望の動作周波数において前記RF伝導媒体の表皮深度「δ」以下の直径を有する、請求項31に記載のRF伝導媒体。
- 前記表皮深度「δ」は、
式中、μ 0 は、真空の透磁率であり、μ r は、前記複数の連続伝導経路を形成するナノ材料の比透磁率であり、ρは、前記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35に記載のRF伝導媒体。 - 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、および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つである、請求項35に記載のRF伝導媒体。
- 前記複数の連続伝導経路の各々は、約50nm未満〜約4000nm未満の厚さを有する、請求項31に記載のRF伝導媒体。
- 前記複数の連続伝導経路の各々は、約1000nm未満〜約3000nm未満の厚さを有する、請求項31に記載のRF伝導媒体。
- 前記複数の連続伝導経路の各々は、約1500nm未満〜約2500nm未満の厚さを有する、請求項31に記載のRF伝導媒体。
- 無線周波数(RF)伝導媒体であって、
誘電体材料と、
前記誘電体材料内に埋め込まれ、第1の方向に延びている複数の連続伝導経路であって、前記複数の伝導経路のうちの少なくとも1つの伝導経路は、
接合部において少なくとも1つの他の伝導経路と電気接触している少なくとも1つの分離した電気伝導媒体と、
前記接合部に隣接する少なくとも1つの隙間と
を含む、複数の連続伝導経路と
を備え、
前記誘電体材料は、前記少なくとも1つの隙間の少なくとも一部分内に延びており、かつ、前記複数の伝導経路の各々が前記第1の方向に対して略垂直な少なくとも1つの方向においてRFエネルギーを伝搬することを遮断し、
前記複数の伝導経路は、前記誘電体材料が適用される構造の挿入損失を低減させる、RF伝導媒体。 - 無線周波数(RF)デバイスであって、前記RFデバイスは、
前記RFデバイスの一部分を形成する誘電体の表面上に配置されたRF伝導媒体
を備え、
前記RF伝導媒体は、前記RFデバイスの挿入損失を低減させ、前記RF伝導媒体は、
第1の方向に延びている複数の連続伝導経路
を含み、前記複数の伝導経路のうちの少なくとも1つの伝導経路は、
接合部において少なくとも1つの他の伝導経路と電気接触している少なくとも1つの分離した電気伝導媒体
を含み、
前記少なくとも1つの分離した電気伝導媒体は、前記第1の方向において伝導性であり、かつ、前記第1の方向と垂直な少なくとも1つの軸に沿って非伝導性である材料を含む、RFデバイス。 - 前記RFデバイスは、空洞フィルタであり、前記表面は、共振空洞の内側表面である、請求項42に記載のRFデバイス。
- 前記RFデバイスは、同軸ケーブルであり、前記表面は、前記同軸ケーブルの中央部材によって画定されている、請求項42に記載のRFデバイス。
- 前記RFデバイスは、アンテナであり、前記表面は、前記アンテナの誘電体構造形成部分によって画定されている、請求項42に記載のRFデバイス。
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