JP6949877B2 - １ＧＨｚと１０ＴＨｚとの間の周波数帯における波の伝搬のためのアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、１ＧＨｚと１０ＴＨｚとの間の周波数の波の伝搬のためのプラスチック導波路の分野に関し、より具体的には、このようなプラスチック導波路を含む波の伝搬のための改善されたアセンブリに関する。

それはまた、このようなアセンブリを含む、高速での信号の送信のための有線又は無線通信リンクに関する。

１ＧＨｚと１０ＴＨｚとの間の周波数を有する波は、木、プラスチック、セラミック及び紙等の幅広い範囲の非伝導材料を突き抜け得る非電離放射線である。

また、これらの波は、わずかな分野を挙げると、分光学、物理学、通信、画像、医療分野及び生物学等で変わるような技術分野における新しく広範な機会を提供する。

他の周波数領域における電磁波を導くのに利用可能な導波路が適切ではないので、膨大な量の研究が、このような波の伝搬を提供するために数年間行われてきた。特に、既存の導波路は、その周波数が０．１ＴＨｚと１０ＴＨｚとの間であるテラヘルツ波を導くのに適していない。

そのため、プラスチック材料で作製された導波路はテラヘルツ波の伝搬のために製造されてきた。

テラヘルツ波を導くために開発された金属系デバイスに対する注目すべき進歩を形成するが、そのデバイスは複雑で堅く、プラスチック材料で作製されたこれらの導波路は欠点を示す。

具体的には、波の一部がプラスチック導波路内部を良く伝搬する場合、テラヘルツ波の他の一部がその外側を伝搬することが観測される。

従来技術のテラヘルツ波の伝搬のためのこれらのプラスチック導波路は、結果として、外部接触に対して非常に敏感であり、信号の強度において大幅な損失をもたらし得る。

例として、このようなプラスチック導波路をテーブルの上に置くことやそれらを取り扱うことはよって不可能である。

従って、これらの欠点に対処するために、低誘電率誘電材料によってこれらのプラスチック導波路を覆う、又は発泡体にそれらを配する試みが為されてきた。

低損失材料はまた、伝搬に起因した減衰による損失を増加させないように採用される。

しかしながら、この結果は、テラヘルツ波の伝搬のためのこれらのプラスチック導波路の製造の増加したコストであり、その導波路はまた、製造するのに、より複雑である。

さらに、発泡体の使用は、このようなテラヘルツ導波路の機械的に安定性及び信頼性に関するリスクの源である。

このように保護されたテラヘルツ導波路のサイズはまた、増加することが判明した。

従って、テラヘルツ波の伝搬のための、及びより一般的には１ＧＨｚと１０ＴＨｚとの間の周波数領域における波の伝搬のためのアセンブリのための緊急の必要性が存在し、その元々の設計は、上記で想起された従来技術の欠点に対処する。

本発明は、その設計及びその操作のモードがシンプルであり、信頼性があり、且つ、高速データ転送を可能にしつつ経済的である、１ＧＨｚと１０ＴＨｚとの間の周波数の波の伝搬のためのアセンブリに関連する。

本発明の他の１つの主題は、１ＧＨｚと１０ＴＨｚとの間の周波数の波の伝搬のためのこのようなアセンブリを含む有線又は無線通信リンクであり、前記リンクは、あまり高価でなく、幅広い帯域幅及び高度の機械的信頼性を提供する。

本発明のさらに他の１つの主題は、波の伝搬のためのこのようなアセンブリを含む１ＧＨｚと１０ＴＨｚとの間の周波数帯において電磁波を送受信するためのデバイスである。

この目的のために、本発明は、１ＧＨｚと１０ＴＨｚとの間の周波数の波の伝搬のためのアセンブリに関連する。

本発明によると、このアセンブリは：
（ａ）前記波を導くための導波路であって、この導波路がプラスチック材料から製造され、前記波の一部がこの導波路の内部を伝搬し、前記波の他の一部がこの導波路の外側を伝搬する、導波路と、
（ｂ）この導波路とこのカバーとの間で１以上の空間を区切る導波路を囲む保護カバーであって、その１つの空間又は複数の空間において、この導波路の外側を伝搬する波が含まれ、そのため、前記保護カバーが外乱からこれらの波を保護するためのバリアを形成する、保護カバーと、を含む。

有利には、この保護カバーが、導波路の内部及び導波路の外側を伝搬する波を外部から真に隔離し、結果として、波への外乱の影響を最小限にすることを提供することがこのように観測される。バリアを形成することによって、この保護カバーはまた、導波路の外側を伝搬する波が発達する１つの空間又は複数の空間へのアクセスを防止する。従って、信号強度における大幅な損失無しで、外部とのアセンブリの接触の１以上の領域を有することが可能である。

好ましくは、この保護カバー又はシースは、この導波路と同心円状に配される。

波の伝搬のためのこのアセンブリの様々な特定の実施形態では、各々がその特定の優位点を有し、且つ、膨大な可能な技術的組み合わせに対して開かれている。

−空気等のガス流体によって、前記１つの空間は満たされる、又は前記複数の空間は満たされる。

代わりに、この空間又はこれらの複数の空間は真空である。

再び代わりに、この空間又はこれらの複数の空間は、前記導波路の誘電率より低い誘電率を有する誘電材料によって満たされ得る。

純粋に例として、前記導波路の誘電率より低い誘電率を有する誘電材料は発泡体である。

−この保護カバーは細長い管状要素であり、前記管状要素の少なくとも厚さＷは、伝搬のモード上への前記保護カバーの影響を最小化するように決定される。

そのため、好ましくは、この保護カバーは、波の伝搬のためのアセンブリの製造を促進するだけでなく、それが導波路の内部の波の伝搬のモードを妨害することを防止するようにも構成される。

例として、この細長い管状構成要素は、正方形、矩形、楕円形等の断面を示し得る。

−この保護カバーは、円形の又は実質的に円形の横断面を示す。

有利には、保護カバーのこのような構造は、平面によるアセンブリの接触を制限することを提供し、結果として、外乱を制限する。

それでもなお、この横断面の形状はまた、正方形、矩形、楕円形等の形状を含む群から選択され得る。

より一般的には、保護カバーは、外乱の除去に向かって寄与する表面レリーフを示し得る。例えば、保護カバーの外縁は、リブ又は突起を示し得る。

−前記導波路は、正方形、矩形又は十字形状の横断面を示す。

前記導波路は十字形状の横断面を示し、後者は、固体であり得る又は１以上の穴を含み得る。

十字形状の横断面を有する導波路の実装は、干渉又はクロストーク現象を最小限に減少させつつ、矩形断面を有する導波路と比較して、伝搬の可能なモードの数を２倍にすることを提供する。これは、同じ周波数で振動する場の直交性のおかげで達成される。

このような構造は、全二重通信、つまり干渉無しの通信のフレームワークにおいて特に有利である。

それはまた、一方向、半二重及び全二重通信モードにおける速度を改善することにおいて非常に有用である。

有利には、このような構造は、完全にマルチモードの通信デバイスと比較してこのようなデバイスを統合する通信システムのコンパクトさを改善することを提供する。

１以上の穴の存在は、アセンブリの軽量化及び損失の低減に効果を有する。この又はこれらの穴は、前記導波路の誘電率より低い誘電率を有する誘電材料によって満たされ得、それゆえ、波の伝搬のためのアセンブリの剛性に寄与する。

純粋に例として、前記導波路の誘電率より低い誘電率を有するこの誘電材料は発泡体である。

−この保護カバーはプラスチックで作製され、それは、前記導波路と同じプラスチック材料から製造される。

有利には、保護カバー及び導波路は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ−Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標））から製造される。

一般的に、保護カバー及び導波路は、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、マイラー（ＰＥＴ）、プレキシグラス（ＰＭＭＡ）、ポリビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化物、ポリビニル、ナイロン（ＰＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、及びこれらの成分の組み合わせを含む群から選択される少なくとも１つの材料から製造される。

好ましくは、波の伝搬のためのこのアセンブリは、単一片である。最初から個別の構成要素の組み立てに起因しないことによって、このアセンブリは、増加した機械的強度及び安定性を有利には示して、１ＧＨｚと１０ＴＨｚとの間の周波数帯における波の誘導を確実にする。

有利には、このようなアセンブリはまた、押出又は射出成形等のプラスチック部品を製造するための任意の従来の方法によって得られ得るので、製造が容易である。製造のそのコストはまた、高くない。

さらに、導波路の外側を伝搬する波が保護カバーによって運ばれないとき、後者はそれらが伝搬する空間を囲むので、それを製造するために重要な製造公差が必要とされない。

代わりに、この保護カバーは、前記導波路を形成するものとは異なる材料から製造される。それはまた、シリコン、樹脂、セラミック又はゴムから製造され得るが、金属材料から製造されないことがある。この保護カバーは、ただ１つの材料又は材料のミックスを用いて製造され得る。

−前記導波路は、電磁波を生成するための１以上の不規則性を含む漏れやすい導波路である。

これらの不規則性の性質及び位置決めは制御される。そのため、これらの不規則性は、周期的又は非周期的であり得る。

好ましくは、前記保護カバーはまた、電磁波を生成するための１以上の不規則性を含む。

純粋に例として、このような不規則性は、保護カバーの断面の局所的な変更から成り得る。

有利には、波の伝搬のためのアセンブリは、無線通信のために指向されたアンテナをこのように形成し得る。

本発明は、通信リンクにも関連し得る。本発明によると、この通信リンクは、前述したような波の伝搬のためのアセンブリを含む。

好ましくは、前記アセンブリの各々の端は、リンクコネクタに結合されて、機器の２つの項目が前記アセンブリに接続されることを可能にする。

信号を送信するように意図されたこの通信リンクは、有線又は無線であり得る。

例えば、波の伝搬のためのこのアセンブリは、第１及び第２の端を含むので、それは、ＵＳＢコネクタ、ＨＤＭＩ（登録商標）コネクタ、ディスプレイポート（ＤＰ）コネクタ及び落雷コネクタを含む群から選択されるリンクコネクタへ、その端の各々で結合される。代わりに、再び例えば、これは、オンボードシステムに接続するためのコネクタでもあり得る。

このリンクコネクタは、タイプがオス又はメスであり得る。

無線通信リンクの場合では、波の伝搬のためのアセンブリの端は、無線信号を送信又は受信するために無線送信／受信デバイスに結合され得る。

本発明はまた、１ＧＨｚと１０ＴＨｚとの間の周波数帯において電磁波を送受信するためのデバイスに関する。

本発明によると、このデバイスは、前述したような波の伝搬のためのアセンブリを含む。

本発明の他の特定の優位点、目的及び特徴は、添付の図面を参照して、説明目的によって与えられ且つ全く限定するものではない以下の説明から現れることになる。

本発明の第１の実施形態による波の伝搬のためのアセンブリを概略的に示す。 図１のアセンブリの横断面図である。 本発明の第２の実施形態による波の伝搬のためのアセンブリの横断面図である。 ８０ＧＨｚの周波数に関して、それぞれ、Ａ（第１のモード）、Ｂ（第２のモード）及びＣ（第３のモード）によって表示される、伝搬の３つのモードに関するこのアセンブリへ適用される外乱が無い場合における、図１のアセンブリの力線を概略的に示す。 図１のアセンブリのロバスト性の試験を示し、水溶液によって満たされた２つのブロックは、このアセンブリの保護カバーの外面の周りを局所的に包むことに到達して、このアセンブリを手動でつかむ効果をシミュレートする。 ８０ＧＨｚの周波数に関する伝搬の第１のモード、つまり、図５のアセンブリに関する縦座標の軸（ｙ軸）に沿って配される矩形セクションにおける伝搬の第１のモード、に関する電場の、計算された空間分布を示す。 ８０ＧＨｚの周波数に関する伝搬の第２のモード、つまり、図５のアセンブリに関する横座標の軸（ｘ軸）に沿って配される矩形セクションにおける伝搬の第１のモード、に関する電場の、計算された空間分布を示す。 ８０ＧＨｚの周波数に関する伝搬の第３のモード、つまり、図５のアセンブリに関する縦座標の軸（ｙ軸）に沿って配される矩形セクションにおける伝搬の第２のモード、に関する電場の、計算された空間分布を示す。

まず最初に、図面は縮尺通りでないことに留意されたい。

図１及び２は、本発明の特定の実施形態による波の伝搬のためのアセンブリ１０を概略的に表す。

このアセンブリ１０は、ポリテトラフルオロエチレン等のプラスチック材料から製造される、１ＧＨｚと１０ＴＨｚとの間の周波数の波を導くための導波路１１を含む。

この導波路１１は、この場合、十字形状の横断面を示す細長い固体片であり、それによって、有利には、矩形断面を有する導波路に関して伝搬のモードの数を２倍にすることを提供する。波の伝搬の軸は、この細長い固体片の縦軸である。

このアセンブリ１０はまた、いくつかの空間１３〜１６を区切る、このプラスチック導波路１１を囲む、保護カバー、又はシース、１２を含む。これらの複数の空間１３−１６の各々は、この場合では、一方では保護カバー１２の内壁によって、及び他方では十字形状の断面を有する導波路１１の外面によって、区切られる。

これらの複数の空間１３〜１６は、ガス流体、この場合では空気、によって満たされる。

変形実施形態では、これらの複数の空間は、導波路のものより低い誘電率を示す材料によって満たされ得る。

この保護カバー１２は、この場合では、プラスチック導波路１１と同じプラスチック材料から製造され、波の伝搬のためのアセンブリ１０は単一片である。このアセンブリは、この場合では、射出成形法によって得られる。

波の一部はこのプラスチック導波路１１において伝搬し、一方でこれらの波の他の部分はこのように画定された複数の空間１３〜１４においてこの導波路１１の外側を伝搬する。

プラスチック導波路１１の外側を伝搬する波は、これらの波を外乱から保護するバリアをこのように形成する、保護カバー１２によって囲まれているこれらの複数の空間において結果として得られる。

８０ＧＨｚの周波数に関して、この保護カバー１２は、導波路１１の外側を伝搬する波を外部ストレスに対して効果的に保護するのに十分である、０．５ｍｍのオーダーにおける厚さＷをこの場合では示す。

一般的に、このカバーは、一方では複数の空間において伝搬する波及び導波路の内部を伝搬する波を外乱から保護するように十分に厚くなるように、他方では導波路の操作を結局は妨害するようになるであろう波に関する伝搬媒体にカバーそれ自身を変換しないように厚すぎないように、画定される。

この厚さの画定は、波の周波数及び用いられる材料に強く依存するトレードオフに由来する。

図３は、本発明の第２の実施形態による波の伝搬のためのアセンブリ２０を示す。

図１及び２のものと同じ参照を担う図３の成分は、以後再び説明されないであろう同じ対象を表す。

波の伝搬のためのこのアセンブリ２０は、１ＧＨｚと１０ＴＨｚとの間の周波数の波を導くための導波路２１を含む。

この導波路２１は、この場合では、中心穴２２を有する十字形状の横断面を示す細長い固体片である。この構造は有利には、伝搬のモードの数を増加すること、及び損失を最小化することを提供する。

図４は、８０ＧＨｚの周波数に関する伝搬の最初の３つのモードに関する、及び、アセンブリへ適用される外乱の無い場合の図１及び２において説明された波の伝搬のためのアセンブリ１０に関する、電場の計算された空間分布を示す。

図５は、図１の波の伝搬のためのアセンブリ１０のロバスト性の試験を示し、水溶液によって満たされた２つのブロック３０、３１は、保護カバー１２の外面の周りを局所的に包むことに到達して、このアセンブリを手動でつかむ効果をシミュレートする。

図１及び２のものと同じ参照を担う図５の成分は、以後再び説明されないであろう同じ対象を表す。

これらの誘電体ブロック３０、３１は、８０の電気誘電率を示し、波の伝搬のための前記アセンブリ１０における波の伝搬のための主要な攪乱を構成する。

図６から８は、８０ＧＨｚの周波数に関する伝搬の最初の３つのモードに関する、及び、外部接触が２つの誘電体ブロック３０、３１を介してこのアセンブリへ適用されるとき、図１及び２において説明された波の伝搬のためのアセンブリ１０に関する、電場の計算された空間分布を示す。これらの結果は、ANSYS Inc.社, Canonsburg, PA 15317, USA製のシミュレーションソフトウェアを用いて得られた。

それらは、本発明の波の伝搬のためのアセンブリによってもたらされる優位点を明確に示す。図４の波の伝搬のためのアセンブリにおいて生成された力線と、図６から８において表されるような、外乱の存在する場合における波の伝搬のためのアセンブリにおいて生成される力線との比較は、ブロック３０、３１の存在が、大幅には力線を変更しないことを示す。

以下の表は、本発明の波の伝搬のためのアセンブリの性能レベルを定量的なやり方において示すことを提供する。

信号の送信は、一方では伝搬の最初の２つのモードに関する、図１の、十字形状の断面を有する導波路を含むアセンブリに関して、及び他方では矩形断面のみを有する導波路に関して計算される。この送信は、ブロック３０、３１の存在する場合において、及びこれらのブロック３０、３１の無い場合において計算される。アセンブリ及び矩形断面の導波路は、ｚ軸において１５ｍｍのオーダーにおける縦寸法Ｌを示す。保護カバーは、０．５ｍｍの厚さＷを示す。

この表は、得られる結果が保護カバーによって囲まれていない導波路のものと比較される場合に、本発明の波の伝搬のためのアセンブリに関して得られる低い信号損失を明確に示す。

ブロック３０、３１の存在に起因した損失は、数十デシベル（ｄＢ）のオーダーにおいてのみであるように計算される。

そのため、本発明は、特に経済的なコストで、波の伝搬のための強く信頼性の高いアセンブリを得ることを提供する。

このアセンブリは、オンボード電子システムにおいて、又は、データ処理センターにおいて統合され得て、銅等の既存のデータ送信ケーブル又は光ファイバーケーブルを置き換える。

Claims (10)

1. １ＧＨｚと１０ＴＨｚとの間の周波数の波の伝搬のためのアセンブリであって、
   （ａ）前記波を導くための導波路（１１、２１）であって、前記導波路（１１、２１）がプラスチック材料から製造され、前記波の一部が前記導波路（１１、２１）の内部を伝搬し、前記波の他の一部が前記導波路（１１、２１）の外側を伝搬する、導波路（１１、２１）と、
   （ｂ）前記導波路（１１、２１）と保護カバーとの間で１以上の空間（１３〜１６）を区切る前記導波路（１１、２１）を囲む保護カバー（１２）であって、その１つの空間又は複数の空間において、前記導波路（１１、２１）の外側を伝搬する波が含まれ、そのため、前記保護カバー（１２）が外乱からこれらの波を保護するためのバリアを形成する、保護カバーと、
   を含み、
   前記保護カバー（１２）がプラスチックで作製され、前記保護カバー（１２）が前記導波路（１１、２１）と同じプラスチック材料から製造され、前記保護カバーと前記導波路が単一片であることを特徴とする、アセンブリ。
2. ガス流体によって、前記空間が満たされる、又は前記複数の空間（１３〜１６）が満たされることを特徴とする、請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記導波路（１１、２１）のものより低い誘電率を有する材料によって、前記空間が満たされる、又は前記複数の空間（１３〜１６）が満たされることを特徴とする、請求項１に記載のアセンブリ。
4. 前記保護カバー（１２）が、円形の又は実質的に円形の横断面を示すことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のアセンブリ。
5. 前記導波路（１１、２１）が、固体である又は１以上の穴を含む、正方形、矩形又は十字形状の横断面を示すことを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のアセンブリ。
6. 前記保護カバー（１２）及び前記導波路（１１、２１）が、ポリウレタン（ＰＵ）、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、マイラー（ＰＥＴ）、プレキシグラス（ＰＭＭＡ）、ポリビニル（ＰＶＣ）、ポリ塩化物、ポリビニル、ナイロン（ＰＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）、及びこれらの成分の組み合わせを含む群から選択される少なくとも１つの材料から製造されることを特徴とする請求項１から５の何れか一項に記載のアセンブリ。
7. 前記導波路（１１、２１）が、電磁波を生成するための１以上の不規則性を含む導波路であることを特徴とする請求項１から６の何れか一項に記載のアセンブリ。
8. 前記保護カバー（１２）が、電磁波を生成するための１以上の不規則性を含み、前記不規則性が前記保護カバーの断面の局所的な変更であることを特徴とする請求項７に記載のアセンブリ。
9. 請求項１から８の何れか一項に記載の波の伝搬のためのアセンブリを含み、前記アセンブリの各々の端が、リンクコネクタに結合されて、機器の２つの項目が前記アセンブリに接続されることを可能にすることを特徴とする通信リンク。
10. 請求項１から８の何れか一項に記載の波の伝搬のためのアセンブリを含むことを特徴とする、１ＧＨｚと１０ＴＨｚとの間の周波数帯において電磁波を送受信するためのデバイス。

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