KR20130091315A

KR20130091315A - 동축 도체 구조물

Info

Publication number: KR20130091315A
Application number: KR1020137000750A
Authority: KR
Inventors: 마틴 로렌츠; 카이 눔센; 크리스토프 뉴마이어; 나탈리 스페츠
Original assignee: 스피너 게엠베하
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2011-07-11
Publication date: 2013-08-16
Also published as: CN103201896A; DE102010027251A1; US20130112477A1; EP2593987A1; DE102010027251B4; AU2011278711B2; WO2012007148A1; US9312051B2; CN103201896B; AU2011278711A1

Abstract

본 발명은 분산 관계의 맥락에서 형성된 주파수 대역 중 적어도 하나의 대역 내에서 RF 신호파의 TEM 모드를 간섭 없이 전송하기 위한 동축 도체 구조물에 관한 것이며, 상기 동축 도체 구조물은 내부 도체(IL) 및 상기 내부 도체에 대해 방사 방향으로 이격된 외부 도체(AL), 및 상기 내부 도체 및 외부 도체의 축 방향으로 연장되는 공통의 도체 섹션을 포함하고, 상기 내부 도체 및 외부 도체 사이에 각각 방사 방향으로 이격되어 장착되고 각각 내부 도체를 완전히 둘러싸는 전기 경로를 가진 n 개의 전기 전도성 링형 구조물들이 상기 도체 섹션을 따라 인접한 2개의 링형 구조물 사이의 등간격을 유지하면서 공간적으로 주기적 시퀀스로 상기 도체 섹션을 따라 배치된다.

Description

동축 도체 구조물{COAXIAL CONDUCTOR STRUCTURE}

본 발명은 RF-신호파의 TEM-기본 모드의 간섭 없는 전송을 위한 동축 도체 구조물에 관한 것이다.

RF-신호파의 TEM-기본 모드용 동축 도체의 전송 품질은 신호 주파수의 증가에 따라 떨어지며, 특히 더 높은 주파수에서는 더 높은 차수의 바람직하지 않은 모드, 예컨대 TE₁₁-모드, TE₂₁-모드 등이 전파될 수 있는데, 이 모드들은 모드 전환 프로세스에 의해 간섭 점들에서 활성화되어 TEM-기본 모드와 중첩될 수 있다.

특히, 독일의 주파수 사용 플랜에 규정된 RF 신호의 기존 전송 범위의 미래의 확대 또는 변경과 관련해서, 더 높은 주파수에 대해, 가능한 큰 직경을 가진 동축 라인을 통한 RF 신호의 TEM-기본 모드의 가능한 간섭 없는, 고주파 신호 전송을 가능하게 함으로써, 가능한 큰 전송 용량이 단지 적은 손실로 전송될 수 있게 하는 조치가 필요하다.

Konoplev, I.V. 등의 논문; "Wave interference and band gap control in multiconductor one-dimensional Bragg structures", Journal of applied Physics, 제 97권, 제 7호, 페이지 073101-073101-7, 2005년 4월, DOI: 10.10631/1.1863425 에는 일차원 동축 브래그 구조물이 설명되며, 상기 브래그 구조물은 건설적인 및 파괴적인 간섭에 의해 전자기파의 전파 특성에 의도된 영향을 주기 위해 사용된다. 이를 위해, 동축 웨이브 가이드 구조물의 내부 도체 벽 및 외부 도체 벽에 홈형 리세스가 주기적으로 구조화되어 제공되고, 상기 리세스의 구조적 설계는 파형 동축 도체 구조물을 통해 안내되는 RF-파의 반사 특성에 상이하게 작용한다.

본 발명의 과제는 동축 도체 구조물을 따른 RF-신호의 전송 품질을 현저히 개선하는 것이다.

상기 과제는 청구항 제 1항에 의해 해결된다. 본 발명에 따른 동축 도체 구조물의 바람직한 실시예들 및 개선예들은 종속 청구항들에 제시되고 실시예를 참고로 설명된다.

본 발명에 따른 동축 도체 구조물은 외부 도체와 내부 도체 사이에 각각 주기적 등간격으로 동축 라인을 따라 전기 전도성의, 링형으로 형성된 구조물들(간략히 링 구조물이라 함)이 삽입되고, 상기 링 구조물들이 각각 완전히 둘러싸는, 즉 링 원주 방향으로 폐쇄된 전류 경로를 제공하면, RF-신호파용 동축 라인의 전송 특성이 현저히 변화된다는 사실을 기초로 한다. 링형으로 형성된 구조물들은 별도의 구조물로서 형성되고 각각 내부 도체 및 외부 도체에 대해 방사방향으로 이격되어 배치된다.

종래의 동축 라인을 따른 TEM-기본 모드의 전파 특성을 고려하면, 즉 외부 도체 및 내부 도체가 중간에 놓인 유전체에 의해, 분사 다이어그램의 범주에서 전기적으로 절연되면, 식 e^j ⁽ ^ax ^-βz) 에 따른 RF-신호파의 주파수(f) 또는 각 주파수(ω)와 전파 상수(β) 사이의 선형 관계가 주어지는지가, 즉 ω=cβ인지가 검출된다. 상기 선형 관계는 분산 다이어그램 ω(β)(도 2 참고)에서 소위 광 속도 라인(TEM)으로서 형성된다. 주파수 증가에 따라 하한 주파수 - TE₁₁-모드에 대한 소위 차단 주파수(f_co)- 부터, 종래의 동축 라인을 따라 더 높은 차수의 바람직하지 않은 전파 모드, TE₁₁, TE₂₁, TE₃₁, TE₄₁, TM₁₁ 등이 형성되므로, f_CO 보다 높은 주파수에서 TEM-기본 모드가 항상 더 높은 차수의 모드에 의해 중첩된다.

이에 반해, 전기 전도성 링 구조물(R)이 도 1a 및 도 1b에 따라 각각 방사방향으로 이격되어 동축 라인의 외부 도체(AL)와 내부 도체(IL) 사이에 제공되면, 이것이 도 2a에 도시된 TE₁₁ 및 TE₂₁-모드용 전파 모드에 도 2b에 도시된 방식으로 작용한다. 동축 도체 구조물을 따른 링들의 규칙적인 삽입에 의해 길이 p를 가진 주기성이 생긴다(도 1b 참고). 분산 다이어그램에서, 도 2a에서와 같이 ω(β)이 아니라, ω(φ)이 고려되고, 여기서 φ=βp는 길이 p를 가진 유닛 셀을 따른 각각의 파의 위상 차이이다. TE₁₁-모드가 광 속도 라인(TEM)의 더 높은 주파수를 향해 밀착된 도 2a의 상태와는 달리, TE₁₁-모드의 전파 특성이 심하게 편평해지고(도 2b 참고), 더 높은 주파수에 대해 상한 주파수(f_co _, _upper)에 의해 제한된다.

분산 다이어그램을 더 정확히 관찰하면, 각각의 전파 모드에 대해 2개의 전파 채널이 본 발명에 따라 형성된 동축 라인을 따라 형성되는 것을 알 수 있다; 내부 전파 채널(ic=내부 코어)은 내부 도체(IL)와 링(R) 사이에 형성되고, 외부 전파 채널(oc=외부 코어)은 링(R)과 외부 도체(AL) 사이에 형성된다. 링 구조물을 포함하는 동축 도체의 구조를 적합하게 선택하면, 내부 전파 채널을 따라 전파되는 TE_11,ic-모드와 외부 전파 채널을 따라 전파되는 2개의 TE₂₁ _, _oc-모드 및 TE₁₁ _, _oc-모드 사이에 주파수 대역 윈도우(Δf)가 형성된다. 한편으로는 저주파수에서 TE₁₁-모드가 외부 전파 채널에서 전파되고, 즉 TE₁₁ _, _oc-모드를 형성하고 더 높은 주파수를 향해 편평하게 하고, 다른 한편으로는 더 높은 주파수에서 내부 전파 채널을 따라 전파될 수 있는 TE₁₁ _, _ic-모드 및 외부 전파 채널을 따라 전파될 수 있는 TE₂₁ _, _oc-모드가 형성된다.

TE₁₁ _, _oc-모드에 관련된 상기 편평화에 의해, 더 높은 주파수에 대해 TE₂₁ _, _oc-모드 또는 TE₁₁ _, _ic-모드의 2개의 하한 주파수들 중 더 낮은 주파수(f_co _, _lower)에 의해 커버되며 TEM-모드가 간섭 없이 전파될 수 있는, 즉 더 높은 간섭 모드에 의해 영향을 받지 않는 주파수 대역 윈도우(Δf)가 형성된다.

본 발명에 따른 조치에 의해, 링 및 동축 파라미터의 적합한 디자인 시에 예컨대 약 6.8 GHz 내지 10.6 GHz 사이의 주파수 대역 윈도우가 TEM 모드의 간섭 없는 전파를 위해 형성되어 이용된다. 이 사실은 내부 도체와 외부 도체 사이에 배치된 링을 포함하며 동축 도체 구조물에 대해 길이 방향으로 주기성(p)으로 반복되는 유닛 셀의 이론적 분석에 의해 주기적 경계 조건과 관련해서 Bloch-Floquet 이론을 기초로 유도될 수 있다. 따라서, 상한 및 하한 주파수가 동축 도체 구조물을 특성화할 수 있는 구조 크기에 따라 결정될 수 있다.

주파수 윈도우의 상한 주파수(f_co _, _lower)는 2개의 모드들 중 어느 모드가 더 작은 하한 주파수를 갖는지에 따라 TE₂₁ _, _oc-모드 또는 TE₁₁ _, _ic-모드의 2개의 하한 주파수(f_co _, _TE21 _, _oc, f_co _, _TE11 _, _ic)에 의해 근사적으로 하기 방식으로 결정될 수 있다:

상기 식에서,

c:= 광 속도

d₁:= 내부 도체 직경

d₂:= 링의 내부 직경

d₃:= 링의 외부 직경

d₄:= 외부 도체의 내부 직경

d₁ < d₂ < d₃ < d₄

이에 반해, 주파수 윈도우의 하한 주파수(f_co _, _upper)는 링-공진 주파수(f_co _, _TE11ring)에 의해 하기 방식으로 특성화될 수 있다:

또한, TEM-모드의 전파 특성과 관련한 도 2b에 도시된 분산 다이어그램의 정확한 관찰시 높은 주파수에서 편평함이 나타나는데, 상기 편평함에서 TEM-모드는 하기 식이 근사적으로 성립하는 상한 주파수(f_co _, _TEM)에 속한다:

상기 근사 식에서, c는 광 속도에 상응하고, p는 유닛 셀의 축 방향 길이에 상응한다(도 1a 참고). TEM-모드가 설명된 주파수 대역 윈도우(Δf) 내에서 방해 없이 전파될 수 있기 위해, 하기 식이 충족되어야 한다: f_co _, _lower < f_co _, _TEM < 2f_co _, _lower. f_co,lower 에 대해, 형성되는 TE₂₁-모드 또는 TE₁₁-모드의 하한 주파수의 위치에 따라 각각 더 낮은 한계 주파수가 선택된다.

상기 본 발명에 따른 사실을 기초로, 전술한 효과의 강성, 즉 TEM-모드의 간섭 없는 전파가 가능한 밴드 갭의 의도된 발생을 체크하기 위해 다수의 검사가 실시되었다. 하기 실시예는, 본 발명에 따른 조치에 의해 형성되는 주파수 윈도우(Δf) 내에서 TEM-모드의 간섭 없는 전파가 관찰되며 관련 모드의 전파 특성에 대한 의도된 영향이 주어질 수 있는 가능성을 나타낸다.

동축 라인의 본 발명에 따른 실시예에 의해, 동축 라인의 내부 도체와 외부 도체 사이에 삽입된 링형으로 형성된 구조물의 적합한 디자인 및 구조 선택 시에, 링형으로 형성된 구조물이 각각 적어도 하나의 전기 접속 바, 바람직하게는 2개, 3개 또는 그 이상의 전기 접속 바아를 통해 외부 도체와 접속됨으로써 RF-신호의 저역 패스 필터가 구현될 수 있다. 상기 전기 접속 바아들은 2개 또는 그 이상의 접속 바아의 제공시 원주 방향으로 동일하게 분포되어 링형으로 형성된 구조물을 따라 상기 구조물과 외부 도체 사이에 배치된다. 접속 바아들은 링 구조물과 외부 도체 사이의 국부적 전기 접속을 형성하고, 국부적 인덕턴스, 소위 분류기-인덕턴스를 나타낸다. 전술한 바와 같이 내부 및 외부 전파 채널에 대해 상이한 전파 특성이 주어지지만, 이제 TEM-모드의 전파 특성에 대해 주어진다. 내부 도체와 외부 도체 사이에 배치된 링을 포함하며 동축 도체 구조물에 대해 길이 방향으로 주기성(p)으로 반복되는 유닛 셀의 이론적 분석에 의해 주기적 경계 조건과 관련해서 Bloch-Floquet 이론을 기초로, TEM-모드가 전파될 수 없는 밴드 갭이 검출될 수 있다. 상기 링은 적어도 하나의 전기 전도성 접속 바아(이하, 스포크라 함)를 통해 외부 도체와 접속된다. 상기 밴드 갭은 동축 도체 구조물의 구조 크기에 따라 하기 식에 의해 결정될 수 있는 상한 주파수(f_o) 및 하한 주파수(f_u)에 의해 제한된다:

링과 외부 도체 사이에 단 하나의 스포크를 가정하면

2개 또는 다수의 스포크의 경우 유사한 경험적 식이 개발될 수 있다:

L_shunt: 전기 전도성 연결 바아, 소위 스포크의 총 인덕턴스,

C_ic: 링과 내부 도체 사이의 커패시턴스

C_oc: 링과 외부 도체 사이의 커패시턴스

c: 광 속도

μ: 투자율

ε: 유전율

p: 셀 길이

a: 링 간격

l: 스포크 길이[AL-링-스포크에서 l=(d4-d3)/2],

r: 유효 스포크 반경

d₁, d₂, d₃, d₄ 상기 참고.

이 경우, 전형적으로 밴드 갭의 상한 주파수(f_o)는 3개의 한계 주파수들 중 어느 것이 가장 작은 값을 갖는지에 따라, 3개의 하한 주파수에 의해, 즉 외부 전파 채널을 따라 전파될 수 있는 TEM-모드에 대한 f_TEM _, _oc, 내부 전파 채널을 따라 전파될 수 있는 TE₁₁ _, _ic-모드에 대한 f_TE11 _, _ic, 각각 역 병렬 E-필드 배향을 가진 2개의 전파 채널 내에서 전파될 수 있는 TEN-모드에 대한 f_TEM _, _mix 에 의해 근사적으로 결정된다.

본 발명에 따른 동축 도체 구조물의 다른 바람직한 실시예에서, 내부 도체와 외부 도체 사이에 링 구조물이 삽입되며, 상기 링 구조물은 그 형태 및/또는 크기와 관련해서 2개의 그룹으로 나눠질 수 있다. 각각의 그룹에는 동일한 구조의 링 구조물들이 포함된다.

동축 도체를 따른 링 구조물의 배치는 링 구조물의 그룹에 속함이 축 방향 시퀀스로 내부 도체와 외부 도체 사이를 따라 2중 주기적으로(bi-periodic) 교대되도록 선택된다. 이 조치에 의해, 동축 도체 구조물을 따른 RF-신호의 전송 품질이 현저히 개선된다.

본 발명에 의해, 동축 도체 구조물을 따른 RF-신호의 전송 품질이 현저히 개선된다.

본 발명은 이하에서 도면을 참고로 하는 실시예로 설명되지만, 본 발명의 사상이 실시예에 제한되지는 않는다.
도 1a 및 도 1b는 내부 도체와 외부 도체 사이에 배치된 다수의 링을 가진 동축 도체 구조물의 사시도 및 링 구조물을 가진 동축 도체 구조물의 종단면도 .
도 2a 및 도 2b는 종래의 동축 라인 및 본 발명에 따라 형성된 동축 도체 구조물의 분산 다이어그램.
도 3은 링 구조물용 고정부를 가진 동축 도체 구조물의 종단면도.
도 4는 변형된 동축 도체 구조물의 개략적인 횡단면도.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 내부 도체, 링 구조물 및 외부 도체 사이의 전기 접속부를 가진 동축 도체 구조물의 커팅 시퀀스.
도 6은 링 구조물의 디스크형 디자인.
도 7은 저역 패스 필터 장치.
도 8은 1-방향 스위칭 소자를 가진 동축 도체 구조물의 종단면도.
도 9a, 9b 및 도 9c는 강력히 용량적으로 결합된 링 구조물을 가진 대안적 실시예.
도 10은 저역 패스를 구현하기 위한 3개의 스포크를 가진 유닛 셀.
도 11은 저역 패스 필터를 나타내는 분산 다이어그램.
도 12는 2중 주기적(bi-periodic) 링 구조물 배치를 가진 동축 도체 구조물의 종단면도.

제 1 실시예는 동축 라인을 따라 3개보다 많은 수(n)의 개별 링들(R)의 주기적 배치를 나타낸다(도 1a 및 도 1b 참고). 이 경우, 2개의 인접한 링들(R) 사이의 축 방향 간격은 동일한 크기로 선택된다. 전기 전도성 재료로 이루어진 링들(R)은 방사 방향 및 축 방향 폭을 가지며, 링 폭, 즉 그 축 방향 폭은 링 두께, 즉 그 방사 방향 폭보다 크다. 전기 전도성 링들은 이상적으로 동축 라인의 내부 도체(IL)와 외부 도체(AL) 사이에 자유 부동 상태로 장착되므로, 각각의 개별 링(R)은 임의의 일정한 포텐셜을 가질 수 있다. 기술적 구현을 위해, 개별 링들(R)이 동축 라인 내에서 링, 인서트, 스포크 등의 형태인 유전성 스페이서(DA)(도 3 참고)에 의해 내부 도체와 외부 도체 사이에 지지되고 고정된다.

전형적으로 형성된 링(R)의 변형예에서, 전형적으로 원형인 동축 대칭이 아니며 내부 도체(IL')와 외부 도체(AL')를 포함하는 동축 도체 구조물에서도 본 발명에 따른 효과가 나타난다. 각각 임의로 선택된 도체 횡단면을 가진 내부 도체(IL') 및 외부 도체(AL')를 포함하는 배치가 도 4에 개략적으로 도시되며, 상기 도체들 사이에 무접촉으로, 즉 내부 도체(IL') 및 외부 도체(AL')와의 전기 접속 없이, 마찬가지로 임의의 링 구조를 가진 링형으로 형성된 구조물(R')이 삽입된다. 링형으로 형성된 구조물(R')의 축 방향으로 주기적으로 반복되는 배치와 더불어 충족되어야 하는 중요한 요구 조건은 내부에 놓인 내부 도체(IL') 둘레로 링형으로 형성된 개별 구조물(R')을 따라 완전히 폐쇄된 전류 경로이다. 이 요구 조건은 다른 모든 실시예에, 따라서 도 1에 따른 실시예에도 적용된다.

다른 실시예는 도 1a 및 도 1b에 도시된 실시예에 따른 링 배치에 기초하고, 내부 도체(IL)와 링(R) 사이에(도 5a 참고) 또는 링(R)과 외부 도체(AL) 사이에(도 5b 참고) 또는 내부 도체(IL)와 링(R) 사이 및 링(R)과 외부 도체(AL) 사이에(도 5c 참고) 각각 적어도 하나의 국부적 전기 접속부(EV)를 포함한다. 전기 접속부들(EV)은 바람직하게 핀형 금속 도체 구조물로서 형성되고, 그것의 열 전도성으로 인해 개별 컴포넌트 사이의 국부적 가열 브릿지로서 사용된다. 전기 접속점들은 축 방향 시퀀스로 배치된 모든 링들(R)에 동일한 위치 및 정렬로 배치되거나 또는 링 원주 방향으로 미리 정해질 수 있는 회전으로, 바람직하게는 링마다 각각 90°또는 180 °회전되어 축 방향 링 시퀀스로 배치된다.

도 6은 디스크형으로 형성된 링형 구조물(R)을 가진 실시예를 도시하고, 상기 링형 구조물의 축 방향 폭이 그것의 방사방향 폭보다 작다. 여기에 도시된 내부 도체(IL)는 길이 방향으로 직경 점프를 가지며, 즉 각각의 링 구조물(R)의 영역에서 내부 도체(IL)의 직경은 도 6에 도시된 바와 같이, 2개의 링 구조물들(R) 사이에 있는 내부 도체 섹션에 비해 줄어들게 형성된다. 내부 도체(IL)의 반경에서 이러한 점프는 RF-신호 전송을 위한 개선된 조정에 기여한다. 똑같이, 외부 도체(AL)에 내부 횡단면의 상응하지만 여기에 도시되지 않은 점프를 제공하는 것이 가능하다. 내부 도체 및 외부 도체의 동축 센터링을 위해 유전 스페이서 디스크(ST)가 2개의 링 구조물들(R) 사이에 삽입된다.

도 7은 내부 도체(IL)와 외부 도체(AL)의 공통 도체 섹션(LA)을 가진 본 발명에 따라 형성된 동축 도체 구조물의 실시예를 도시한다. 상기 도체 섹션을 따라 n=5 개의 전기 전도성 링형 구조물들(R1 내지 R5)이 제공되는데, 상기 링형 구조물들(R1 내지 R5)은 각각 내부 도체(IL)와 외부 도체(AL) 사이에 방사 방향으로 장착되며 각각 내부 도체(IL)를 완전히 둘러싸는 전기 경로를 갖는다. 링 구조물들(R1 내지 R5)은 도체 섹션(LA)을 따라 인접한 2개의 링 구조물들 사이의 등간격을 유지하면서 공간적으로 주기적 시퀀스로 배치된다. 도시된 경우, 동축 라인의 내부 도체(IL)의 직경은 링 구조물이 없는 영역에서 링 구조물들(R1 내지 R5)이 배치된 상기 공통 도체 섹션(LA)에서보다 더 크게 형성된다. 개별 링 구조물들(R1 내지 R5)이 여기서는 내부 도체(IL)에 대해 각각 2개의 전기 전도성 접속 구조물, 소위 스포크에 의해 지지되고 내부 도체(IL)와 접속된다. 이러한 배치는 높은 주파수일 때 주파수 윈도우 내에서 TEM-모드의 간섭 없는 전파와 관련해서 전술한 특성을 가지며, 또한 예컨대 대역 제거 필터 또는 저역 패스 형태의 높은 에지 가파름을 가진 필터 특성을 갖는다. 높은 에지 가파름은 제거 영역에서 전송 제로 점들의 형성과 관련되고, 상기 전송 제로 점은 스포크 인덕턴스 및 중간 링 커패시턴스(CL)의 상호 작용에 의해 생긴다. 필터 특성을 가진 도체 섹션(LA)의 입력부 및 출력부에서 개선된 조정을 위해, 즉 제 1 및 마지막 링 구조물(R1 및 R5)의 영역에서 반사의 감소를 위해 상기 링 구조물들이 그 밖에 동일하게 형성된 링 구조물들(R2, R3, R4)에 비해 변형되어 형성되고, 예컨대 상기 링 구조물들(R1 및 R5)은 더 작은 링 직경을 갖는다. 물론, 조정 부재들로서 사용되는 링 구조물들(R1 및 R5)에서의 다른 조정 조치들이 예컨대 특별한 재료 선택, 링 폭, 링 두께 등에 의해 실시될 수 있다.

본 발명에 따라 형성된 동축 도체 구조물의 분산 특성을 조절하기 위해, 도 8에 따른 다른 실시예는 예컨대 PIN-다이오드 또는 버랙터 형태의 스위칭 가능한 소자(WS)를 사용한다. 링 구조물(R)과 외부 도체(AL) 사이에 각각 스위칭 가능한 소자(WS)가 삽입되고, 상기 소자는 스위칭 가능한 소자(WS)에 인가되는 전압에 따라 도전 또는 차단 상태로 바뀔 수 있는 것으로 가정한다. 스위칭 상태에 따라 링 구조물(R)과 외부 도체(AL) 사이의 아이들링 또는 단락이 가능하다. 따라서, 2개의 상이한 분산 관계 사이로 이리 저리 스위칭할 수 있다. 예컨대, 주어진 주파수에서 TEM-모드를 전파 가능한 상태와 사라지는 상태 사이로 전환할 수 있다. 선행 기술 PIN-다이오드-스위치와 비교하면, 본 발명에 따라 형성된 동축 도체 구조물의 다이오드는 훨씬 더 작은 파워를 스위칭하면 되는데, 그 이유는 용량성 전압 분배기로 인해 전체 전압이 그들에 인가되지 않기 때문이다. 대안으로서 또는 조합적으로, 스위칭 가능한 소자가 내부 도체(IL)와 각각의 링 구조물(R) 사이에 제공될 수 있다. 도 8에 도시된 실시예에서, 링 구조물(R)은 국부적인 전기 접속부(EV)를 통해 내부 도체(IL)와 접속되고, 핀형 전기 접속부(EV)의 공간적 배향은 2개의 인접한 링 구조물들(R) 사이에서 90°만큼 변한다. 또한, 스위칭 가능한 소자(WS')는 대안으로서 또는 조합적으로, 길이 방향으로 인접한 2개의 링들(R) 사이에 바람직하게는 다이오드의 형태로 직렬 방향으로, WS라고 하는 분류기 다이오드(shunt diode)와는 반대로 제공될 수 있다.

TEM-모드의 프로파일 또는 전파 특성과 관련해서 본 발명에 따라 형성된 동축 도체 구조물의 분산 특성에 대한 다른 조절은 2개의 인접하게 배치된 링 구조물들의 용량성 결합에 의해 이루어질 수 있다. 이와 관련한 분석 결과, 2개의 인접한 링 구조물들 사이의 커패시턴스가 클수록, 적어도 TEM-기본 모드와 관련해서 가능한 간섭 없는 전파에 대한 효과가 더 바람직하게 형성될 수 있는 것으로 나타났다.

결합 커패시턴스(CL)를 가능한 크게 선택하기 위해, 도 9a, 도 9b, 도 9c에는 동축 도체 구조물의 내부 도체(IL)와 외부 도체(AL) 사이에 각각 삽입된 링 구조물(R)을 형성하기 위한 3개의 대안적 조치가 도시된다. 경우 a)에는 종래의 링으로서 형성된 링 구조물(R)이 가능한 크게 선택된 링 두께를 가지므로, 축 방향으로 마주 놓인 링 단부면이 가능한 큰 면적을 갖는다. 경우 b)에는 링 직경이 다른, 2개의 그룹의 링 구조물들(RG1, RG2)이 제공된다. 2개의 그룹의 링 구조물들(RG1, RG2)이 각각 도 9b에 나타나는 형태로 축 방향 중첩을 갖도록 배치된다. 이 경우에도 2개의 인접한 링 구조물들 사이의 용량성 유효 면이 커진다(화살표 참고). 경우 c)에서도 2개의 인접한 링 구조물들(R)의 축 방향 중첩이 이용된다. 이 경우에는 링 구조물들(R)이 축 방향으로 계단형으로 형성된 링 길이방향 단면을 가지므로, 축 방향의 상호 중첩이 가능해진다.

도 10은 내부 도체(IL)와 외부 도체(AL) 사이에 이격되어 배치된 링 구조물(R)을 가지며, 상기 링 구조물과 내부 도체(IL)의 방사방향 간격이 상기 링 구조물과 외부 도체(AL)의 방사방향 간격보다 작게 설정된, 본 발명에 따라 형성된 동축 도체 구조물의 유닛 셀을 사시도로 도시한다. 링 구조물(R)은 도시된 실시예에서 3개의 전기 전도성 접속 바아(EV), 소위 스포크를 통해 외부 도체(AL)와 접속된다. 스포크들(EV)은 내부 도체(IL) 둘레에 원주 방향으로 동일하게 분포되어 배치된다. 각각의 스포크(EV)는 분류기(shunt)-인덕턴스를 형성하고, 도 10에 도시된 바와 같이 축 방향으로 차례로 배치된 유닛 셀의 다중 배치를 나타내는 동축 라인을 따른 TEM-모드의 전파 특성에 결정적인 영향을 준다.

TEM-모드의 전파 특성에 대한 영향의 방식은 도 11에 도시된 분산 다이어그램에 나타난다. 도 11의 다이어그램은 도 2b의 분사 다이어그램과 동일하게 관계 ω(φ)를 나타내고, 여기서 φ=βp는 길이(p)를 가진 유닛 셀을 따른 각각의 파의 위상 차이이다. 이 경우에도 유닛 셀 길이가 p 인 것이 가정된다.

TEM-모드는 광 속도 라인과는 달리, 도 2a, 도 2b에서와 같이, 3개의 모드로 나눠지며, 그 중 하나의 모드는 실질적으로 내부 전파 채널 내에서 내부 도체(IL)와 링 구조물(R) 사이로 전파되는 TEM-모드 부분(TEM_ic)에 상응하고, 다른 모드는 실질적으로 외부 전파 채널 내에서 링 구조물(R)과 외부 도체(AL) 사이에 전파되는 TEM-모드 부분(TEM_oc)에 상응하며, 제 3 전파 모드는 각각 역 병렬의 E-필드 배향을 가진 2개의 전파 채널 내에서 전파되는 TEM-모드(TEM_mix)에 상응한다.

이러한 분할로 인해, TEM-모드 부분(TEM_ic, TEM_oc 및 TEM_mix) 중 어느 것도 전파될 수 없는 밴드 갭(BL)이 생긴다. 따라서, 밴드 갭(BL)은 도시된 경우 하기식에 성립하는 상한 및 하한 주파수(fo 및 fu)에 의해 제한된다:

L_shunt: 전기 전도성 연결 바아, 소위 3중 스포크 배치의 스포크의 총 인덕턴스,

C_ic: 링과 내부 도체 사이의 커패시턴스

C_oc: 링과 외부 도체 사이의 커패시턴스

c: 광 속도

μ: 투자율

ε: 유전율

p: 셀 길이

a: 링 간격

l: 스포크 길이[AL-링-스포크에서 l=(d4-d3)/2],

r: 유효 스포크 반경

링(R)과 외부 도체(AL) 사이에 전기 전도성 스포크(EV)의 제공에 의한, TEM-모드의 전파 특성에 대해 일종의 제거 영역을 형성하는 상기 밴드 갭(BL)의 발생은 저역 패스 장치의 형태로 사용될 수 있다. 물론, 밴드 갭의 스펙트럼 위치 및 그것의 스펙트럼 폭은 스포크(EV)의 수, 배치, 형태 및 크기의 상응하는 선택에 의해 그리고 내부 도체와 외부 도체 사이에 링 배치의 상응하는 선택에 의해 최적의 형태로 각각의 기술적 요구에 따라 조정될 수 있다.

도 12에는 내부 도체(IL)와 외부 도체(AL) 사이에 배치된 링 구조물(R_A, R_B)을 가진 동축 도체 구조물의 실시예가 도시되며, 상기 링 구조물들은 그 형태 및 크기와 관련해서 2개의 그룹으로 나눠진다. 서로 동일한 구조의 링구조물들(R_A)은 도시된 실시예에서 각각 서로 동일한 구조로 형성된 링 구조물(R_B)의 1/2 축 방향 길이를 갖는다. 동축 도체 구조를 따라 축 방향으로 2중 주기적 배치, 즉 R_A, R_B, R_A, R_B, R_A, R_B에 의해, 동축 도체 구조를 따른 RF-신호들의 전송 품질이 개선된다.

AL 외부 도체
DA 유전성 스페이서
EV 전기 접속부
IL 내부 도체
LA 공통의 도체 섹션
R 링형으로 형성된 구조물, 링 구조물
R1, R2, R3, R4, R5 링
R_u, R_O 링 세그먼트
ST 스페이서 디스크
VL 접속 라인
WS 스위칭 가능한 소자
WS' 스위칭 가능한 소자
BL 밴드 갭

Claims

분산 관계의 맥락에서 형성된 주파수 대역 중 적어도 하나의 대역 내에서 RF 신호파의 TEM-모드를 간섭 없이 전송하기 위한 동축 도체 구조물로서, 상기 동축 도체 구조물은 내부 도체 및 상기 내부 도체에 대해 방사 방향으로 이격된 외부 도체, 및 상기 내부 도체 및 외부 도체의 축 방향으로 연장되는 공통의 도체 섹션을 포함하고, 상기 내부 도체 및 외부 도체 사이에 각각 방사 방향으로 이격되어 장착되고 각각 내부 도체를 완전히 둘러싸는 전기 경로를 가진 n 개의 전기 전도성 링형 구조물들이 상기 도체 섹션을 따라 인접한 2개의 링형 구조물 사이의 등간격을 유지하면서 공간적으로 주기적 시퀀스로 상기 도체 섹션을 따라 배치되는, 동축 도체 구조물.
제 1 항에 있어서,
상기 링형 구조물들이 상기 내부 도체 및 외부 도체에 대해 전기 절연되어 장착되는 것을 특징으로 하는 동축 도체 구조물.
제 1 항에 있어서,
적어도 하나의 링형 구조물이 상기 내부 도체 및/또는 외부 도체와 전기 접속되는 것을 특징으로 하는 동축 도체 구조물.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
n 이 3 보다 크거나 같은 것을 특징으로 하는 동축 도체 구조물.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 링형 구조물들은 상기 공통의 도체 섹션의 방사 방향으로 보다 길이 방향으로 더 큰 폭을 가지고 동축 도체의 상기 내부 도체와 상기 외부 도체 사이에 동심으로 배치된 링의 형태로 또는 상기 공통의 도체 섹션의 길이 방향으로 보다 큰 방사방향 폭을 가진 디스크의 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 동축 도체 구조물.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 링형 구조물 및 상기 내부 도체 및/또는 상기 외부 도체 사이에 및/또는 길이 방향으로 인접한 2개의 링형 구조물들 사이에 스위칭 가능한 소자가 바람직하게는 다이오드 또는 버랙터의 형태로 삽입되는 것을 특징으로 하는 동축 도체 구조물.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 길이 방향으로 인접하게 배치된 적어도 2개의 링형 구조물들이 부분적으로 길이 방향으로 중첩되는 것을 특징으로 하는 동축 도체 구조물.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 링형 구조물들이 상기 내부 도체 및 외부 도체로부터 분리된 컴포넌트로서 형성되는 것을 특징으로 하는 동축 도체 구조물.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 링형 구조물들이 2개의 그룹으로 나눠질 수 있고,
상기 링형 구조물들이 그룹마다 동일하게 형성되지만, 형태 및/또는 크기에 있어서 2개의 그룹 간에 구별되고, 및
상기 링형 구조물들이 각각 교대로 그룹에 속하면서 축 방향으로 연장된 공통의 도체 섹션을 따라 축 방향으로 배치되는 것을 특징으로 하는 동축 도체 구조물.
RF-출력을 스위칭하기 위한 제 6 항에 따른 동축 도체 구조물의 용도.
주파수의 필터링을 위한, 특히 저역 패스 필터로서 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 동축 도체 구조물의 용도.
제 11 항에 있어서, 링형으로 형성된 구조물과 상기 외부 도체 사이에 적어도 하나의 전기 전도성 접속 바아가 배치되고, 상기 접속 바아는 상기 링형으로 형성된 구조물을 상기 외부 도체와 국부적으로 전기 단락시키는 것을 특징으로 하는 용도.
제 12 항에 있어서, 2개 또는 다수의 전기 전도성 접속 바아의 제공 시에 상기 접속 바아들은 상기 내부 도체 둘레에 동일하게 분포되어 배치되는 것을 특징으로 하는 용도.