KR20180094066A - 유전체 도파관 - Google Patents

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KR20180094066A
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크리스찬 러쉬
마르쿠스 디트만
카를로스 알메이다
차드 윌리엄 모건
리앙 후앙 (빈센트)
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티이 커넥티버티 저머니 게엠베하
타이코 일렉트로닉스 (상하이) 컴퍼니 리미티드
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Abstract

전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관은 클래딩 및 전기 도전성 차폐부를 포함한다. 클래딩은 제 1 유전체 재료로 구성된 몸체를 갖는다. 몸체는 제 1 유전체 재료와 상이한 제 2 유전 재료로 충전되는, 자신을 관통하는 코어 지역을 정의한다. 클래딩은 추가로 몸체의 외부 표면으로부터 원위단부들까지 연장되는 적어도 2개의 리브들을 포함한다. 차폐부는 리브들의 원위단부들과 결합되고 클래딩 주변을 둘러싸서 몸체의 외부 표면과 차폐부의 내부 표면 사이에 에어 갭(air gap)들이 방사상으로 정의된다.

Description

유전체 도파관
[0001] 본 출원은 2015년 12월 14일자로 출원된 중국 특허 출원 번호 제201510922442.6호 및 2016년 1월 21일자로 출원된 미국 특허 출원 번호 제15/002565호를 우선권으로 주장하며, 이들 모두는 그 전체가 본 명세서에서 인용에 의해 포함된다.
[0002] 본원의 청구 대상은 일반적으로 유전체 도파관들에 관한 것이다.
[0003] 유전체 도파관들은 경로를 따라 전자기파들의 형태로 신호들을 전달하기 위해 통신 애플리케이션들에서 사용된다. 유전체 도파관들은 통신 디바이스들을 연결하기 위한, 예컨대, 안테나를 라디오 주파수 송신기 및/또는 수신기에 연결하기 위한 통신 송신 라인들을 제공한다. 개방된 공간의 파동(wave)들은 모든 방향들로 전파되지만, 유전체 도파관들은 일반적으로 파동들을 제한하고 정의된 경로를 따라 파동들을 인도하며, 이는 도파관들이 비교적 긴 거리들에서 고주파수 신호들을 송신하도록 허용한다.
[0004] 유전체 도파관들은 적어도 하나의 유전체 재료를 포함하고, 통상적으로 둘 또는 그 초과의 유전체 재료들을 갖는다. 유전체는 인가된 전기장에 의해 분극될 수 있는 전기 절연 재료이다. 유전체 재료의 분극률(polarizability)은 유전 상수 또는 비유전율이라는 값으로 표현된다. 주어진 재료의 유전 상수는 정의상 1인 진공의 유전율에 대한 비(ratio)로서 표현되는 그의 유전체 유전율이다. 제 2 유전체 재료보다 큰 유전 상수를 갖는 제 1 유전체 재료는 제 2 유전체 재료보다, 분극화에 의해 더 많은 전하(electrical charge)를 저장할 수 있다.
[0005] 일부 알려진 유전체 도파관들은 코어 유전체 재료 및 코어 유전체 재료를 둘러싸는 클래딩 유전체 재료를 포함한다. 코어 유전체 재료 및 클래딩 유전체 재료의 각각의 유전 상수들은, 치수들 및 다른 파라미터들에 더하여, 도파관을 통과하는 전자기장이 도파관 내에 어떻게 분포되는지에 영향을 미친다. 알려진 유전체 도파관들에서, 전자기장은 통상적으로 코어 유전체 재료, 클래딩 유전체 재료 및 심지어 부분적으로는, 클래딩 유전체 재료의 외부(예를 들어, 도파관 외측의 공기 내에서)를 통해 방사상으로 연장되는 분포를 갖는다.
[0006] 유전체 도파관의 클래딩 외측에서 주변 환경으로 연장되는 전자기장의 부분들과 연관된 여러 이슈들이 있다. 첫째, 도파관 외측의 전자기장의 부분들은 다수의 유전체 도파관들이 케이블에 함께 번들링될 때 높은 크로스토크 레벨들을 생성할 수 있으며, 크로스토크의 레벨은 도파관들을 통한 높은 변조 주파수 전파에 따라 증가한다. 둘째, 공기 중의 일부 전자기장은 도파관 내에서 전파되는 전자기장들보다 빠르게 이동할 수 있으며, 이는 분산(dispersion)이라는 바람직하지 않은 전기 효과로 이어진다. 분산은 신호의 일부 주파수 컴포넌트들이 신호의 다른 주파수 컴포넌트와 상이한 속도로 이동하여 신호 간 간섭을 초래할 때 발생한다. 셋째, 유전체 도파관은 인간의 손이 유전체 도파관을 터치하는 것과 같이 전자기장과 상호작용하는 외부 물리적 영향들로 인한 간섭 및 신호 저하를 경험할 수 있다. 마지막으로, 도파관 외측의 전자기장의 부분들은 도파관의 굴곡(bend)들을 따라 손실될 수 있는데, 그 이유는, 억제되지 않은 필드들(uncontained fields)은 도파관의 윤곽들을 따르는 대신 직선으로 방출되는 경향이 있기 때문이다.
[0007] 이러한 이슈들 중 적어도 일부에 대한 하나의 잠재적 솔루션은 예컨대, 클래딩 층의 직경 또는 클래딩 층을 둘러싸는 유전체 외부 재킷 층의 직경을 증가시킴으로써 유전체 도파관들의 전체 직경을 증가시키는 것이다. 유전체 재료의 양을 증가시는 것은 보다 양호한 필드 봉쇄(field containment)를 제공하고 도파관 외측으로 전파되는 전자기장의 양 또는 범위를 감소시킨다. 그러나, 유전체 도파관의 크기를 증가시키는 것은, 도파관의 유연성 감소, 재료 비용들의 증가 및 주어진 영역 또는 공간에 들어갈 수 있는 도파관들의 수의 감소(예를 들어, 도파관들의 밀도 감소)를 포함하는 다른 단점들을 도입한다.
[0008] 다른 잠재적인 솔루션은 도파관의 외부 유전체 층과 결합되고 도파관의 전체 둘레를 둘러싸는 전기 도전성 차폐 층을 제공하는 것이다. 그러나, 도전성 재료로 유전체 도파관을 완전히 감싸는 것은, 전자기장들 중 일부들이 도전성 재료에서 표면 전류를 유도하기 때문에 도파관들에서 바람직하지 않게 높은 에너지 손실 레벨들(예를 들어, 삽입 손실 및/또는 리턴 손실)을 야기할 수 있다. 높은 손실 레벨들은 전자기파가 도파관을 통해 전파되는 유효 길이를 단축시킨다. 또한, 전파되는 전자기파들과 상호작용하는 외부 금속 차폐 층들은 엄한 컷오프 주파수들을 갖는 바람직하지 않은 전파 모드들을 허용할 수 있다. 예를 들어, 일부 특정 주파수들에서, 차폐 층들은 원하는 필드 전파를 완전히 중단하거나 "컷 오프"할 수 있다.
[0009] 수락 가능하게 낮은 손실 레벨들을 제공하고 원치않는 모드 전파를 회피하면서, 비교적 간결한 크기 및 외부 영향(예를 들어, 크로스토크 및 다른 간섭)에 대한 감소된 민감도를 갖는 고주파수 전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관에 대한 필요성이 남아있다.
[0010] 일 실시예에서, 전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관이 제공된다. 유전체 도파관은 클래딩 및 전기 도전성 차폐부를 포함한다. 클래딩은 제 1 유전체 재료로 구성된 몸체를 갖는다. 몸체는 제 1 유전체 재료와 상이한 제 2 유전 재료로 충전되는, 자신을 관통하는 코어 지역을 정의한다. 클래딩은 추가로 몸체의 외부 표면으로부터 원위단부들까지 연장되는 적어도 2개의 리브들을 포함한다. 차폐부는 리브들의 원위단부들과 결합되고 클래딩 주변을 둘러싸서 몸체의 외부 표면과 차폐부의 내부 표면 사이에 에어 갭(air gap)들이 방사상으로 정의된다.
[0011] 다른 실시예에서, 전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관이 제공된다. 유전체 도파관은 클래딩 및 전기 도전성 차폐부를 포함한다. 클래딩은 제 1 유전체 재료로 구성된 몸체를 갖는다. 몸체는 제 1 유전체 재료와 상이한 제 2 유전 재료로 충전되는, 자신을 관통하는 코어 지역을 정의한다. 클래딩은 추가로 몸체의 외부 표면으로부터 원위단부들까지 연장되는 적어도 3개의 리브들을 포함한다. 차폐부는 리브들의 원위단부들과 결합되고 클래딩 둘레로 둘러싸서 클래딩의 몸체의 외부 표면과 차폐부의 내부 표면 사이에 다수의 에어 갭들이 방사상으로 정의된다. 차폐부는 다수의 선형 벽들 및 인접한 선형 벽들 사이의 교차부의 코너들을 갖는 다각형 단면 형상을 갖는다. 리브들의 원위단부들은 차폐부의 코너와 결합된다.
[0012] 또 다른 실시예에서, 전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관이 제공되며, 이 유전체 도파관은, 제 1 유전체 재료를 포함하고 코어 지역 주위에 배열되는 클래딩, 및 코어 지역 내에 배열되는 코어 부재를 포함하고, 코어 부재는 제 1 유전체 재료와 상이한 제 2 유전체 재료를 포함하고, 클래딩은 코어 부재의 외부 표면으로부터 원위단부들까지 연장되는 적어도 2개의 리브들을 더 포함한다. 클래딩은 외부 쉘을 포함하며, 외부 쉘은 리브들의 원위단부들과 결합되고 코어 부재 주변을 둘러싸서 코어 부재의 외부 표면과 쉘의 내부 표면 사이에 에어 갭들이 방사상으로 정의된다.
[0013] 도 1은 실시예에 따라 형성된 유전체 도파관의 상부 사시도이다.
[0014] 도 2는 도 1에 도시된 라인(2-2)을 따라 취해진 도 1에 도시된 유전체 도파관의 실시예의 단면도이다.
[0015] 도 3은 유전체 도파관의 다른 실시예의 단면도이다.
[0016] 도 4는 다른 실시예에 따른 유전체 도파관의 단면도이다.
[0017] 도 5는 다른 실시예에 따른 유전체 도파관의 단면도이다.
[0018] 도 6은 다른 실시예에 따른 유전체 도파관의 단면도이다.
[0019] 도 7은 다른 실시예에 따라 형성된 유전체 도파관의 사시도이다.
[0020] 도 8은 다른 실시예에 따라 형성된 유전체 도파관의 사시도이다.
[0021] 도 9는 도 8에 도시된 유전체 도파관의 단면도이다.
[0022] 도 10은 2개의 상이한 도파관 외부 직경들에 대한 주파수의 함수로서 감쇠를 도시하는 도면이다.
[0023] 본원에서 설명된 하나 또는 그 초과의 실시예들은 전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관에 관한 것이다. 유전체 도파관의 실시예들은, 원치않는 모드 전파 또는 바람직하지 않게 높은 손실 레벨들을 도파관에 도입하지 않는 동시에, 크로스토크 및 다른 외부 간섭을 감소시키는 방식으로 도파관의 외측 상에 배치된 도전성 차폐부를 갖는다. 더 낮은 손실 레벨들은 도파관들이, 정의된 경로를 따라 더 멀리 신호들을 전달하도록 허용한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 유전체 연장 구조들은 클래딩 층을 넘어 연장되고 금속 호일과 같은 전기 도전성 차폐부를 지지한다. 연장 구조들은 선택적으로, 유전체 도파관의 클래딩 층의 부분으로서 압출 성형될 수 있다. 연장 구조들은 클래딩의 외부 표면 또는 경계로부터 떨어지거나 이격된 위치들에서 차폐부와 결합되고 이를 지지하여서, 공기-충전 갭들 또는 포켓들이 클래딩과 차폐부 사이에 정의된다, 연장 구조들은 가능한 많은 공기로 충전되는, 클래딩과 차폐부 사이의 공간 또는 가능한 한 낮은 유전 상수를 갖는 다른 유전체 재료를 유지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 유전체 도파관의 길이를 따른 클래딩과 차폐부 사이의 체적 또는 공간 대부분은 공기가 차지할 수 있다. 이 전략은 유전체 도파관의 삽입 손실을 수락 가능하게 낮은 레벨로 유지하고, 주파수 컷오프들을 야기할 수 있는 바람직하지 않은 전파 모드들의 발생을 회피하거나 적어도 감소시키고, 유전체 도파관의 합당한 외부 직경을 유지하고, 크로스토크 및 다른 외부 간섭에 대한 차폐를 제공한다.
[0024] 도 1은 실시예에 따라 형성된 유전체 도파관(100)의 상부 사시도이다. 유전체 도파관(100)은 2개의 통신 디바이스들(도시되지 않음) 사이의 신호들의 송신을 위해 유전체 도파관(100)의 길이를 따라 전자기파들 또는 전자기장들의 형태로 신호들을 전달하도록 구성된다. 통신 디바이스들은 안테나들, 라디오 주파수 송신기들 및/또는 수신기들, 컴퓨팅 디바이스들(예를 들어, 데스크톱 또는 랩톱 컴퓨터들, 태블릿들, 스마트 폰들 등), 미디어 저장 디바이스들(예를 들어, 하드 드라이브들, 서버들 등) , 네트워크 인터페이스 디바이스들(예를 들어, 모뎀들, 라우터들 등) 등을 포함할 수 있다. 유전체 도파관(100)은 120 내지 160 GHz(gigahertz)와 같은 테라헤르츠 미만의 라디오 주파수 범위에서 고속 신호들을 송신하는데 사용될 수 있다. 이 주파수 범위의 고속 신호들은 5 밀리미터 미만의 파장들을 갖는다. 유전체 도파관(100)은 변조된 RF(radio frequency) 신호들을 송신하는데 사용될 수 있다. 변조된 RF 신호들은 데이터 쓰루풋을 증가시키기 위해 직교 수학 도메인들에서 변조될 수 있다. 유전체 도파관(100)은 또한 본원에서 "도파관"(100)으로서 지칭될 수 있다.
[0025] 도파관(100)은 수직 또는 높이(elevation) 축(191), 횡방향 축(192) 및 종방향 축(193)에 대해 배향된다. 축들(191-193)은 서로 수직이다. 높이 축(191)은 대체로 중력과 평행한 수직 방향으로 연장하는 것처럼 보이지만, 축들(191-193)은 중력에 대해 임의의 특정한 배향을 가질 필요가 없다는 것이 이해된다. 도파관(100)은 제 1 단부(102)와 제 2 단부(104) 사이의 길이를 연장하도록 길게 늘려진다(elongate). 예시된 실시예에서, 도파관은 길이를 따라 종방향 축(193)에 평행하게 연장되지만, 도파관(100)은 도시된 선형 배향을 벗어나 구부러지도록 구성될 수 있다. 유전체 도파관(100)의 길이는, 연결될 2개의 통신 디바이스들 간의 거리, 도파관(100)의 물리적 크기, 구조 및 재료들, 및 도파관(100)을 통해 전파되는 신호들의 주파수, 신호 품질 또는 무결성 요건들, 및 간섭을 야기할 수 있는 외부 영향들의 존재를 포함하는 다양한 팩터들에 의존하여 1 미터 내지 50 미터의 범위에 있을 수 있다. 본원에서 개시된 도파관(100)의 하나 또는 그 초과의 실시예들은 10-25 미터 범위의 길이들을 가지며 정의된 표준들에 따라 수락 가능한 신호 품질로 120 내지 160 GHz 사이의 주파수들을 갖는 고속 전자기 신호들을 전달할 수 있다. 단일 도파관(100)의 길이 보다 긴 거리만큼 이격되는 통신 디바이스들을 연결하기 위해, 도파관(100)은 하나 또는 그 초과의 다른 도파관들(100)과 결합될 수 있다(예를 들어, 단대단 또는 측대측(side-to-side)).
[0026] 도파관(100)은 제 1 유전체 재료로 형성되는 몸체(106)를 갖는 클래딩(110)을 포함한다. 실시예에서, 클래딩(110)의 몸체(106)는 제 1 및 제 2 단부들(102, 104) 사이에서 도파관(100)의 전체 길이로 연장된다. 대안적으로, 몸체(106)의 하나 또는 둘 모두의 단부들은 리세싱되거나 도파관(100)의 대응하는 단부들(102, 104)로부터 돌출될 수 있다. 클래딩(110)의 몸체(106)는 몸체(106)의 길이를 따라 자신을 관통하는 코어 지역(112)을 정의한다. 코어 지역(112)은 제 1 유전체 재료와 상이한 제 2 유전 재료로 충전된다. 본원에서 사용된 바와 같이, 유전체 재료들은 인가된 전자기장에 의해 분극될 수 있는 전기 절연체들이다. 몸체(106)의 제 1 유전체 재료는 코어 지역(112)의 제 2 유전체 재료를 둘러싼다. 클래딩(110)의 몸체(106)의 제 1 유전체 재료는 본원에서 클래딩 재료로서 지칭되고, 코어 지역(112)의 제 2 유전체 재료는 본원에서 코어 재료로서 지칭된다. 코어 재료는 클래딩 재료의 유전 상수 값과 상이한 유전 상수 값을 갖는다. 코어 지역(112)의 코어 재료는 고상 또는 기상일 수 있다. 예를 들어, 코어 재료는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PTFE(polytetrafluoroethylene) 등과 같은 고체 폴리머(solid polymer)일 수 있다. 대안적으로, 코어 재료는 공기(air)와 같은 하나 또는 그 초과의 가스들일 수 있다. 공기는 약 1.0의 낮은 유전 상수를 갖는다.
[0027] 코어 재료 및 클래딩 재료의 각각의 유전 상수들은 유전체 도파관(100) 내에서 전파되는 전자기장(또는 파)의 분포에 영향을 미친다. 일반적으로, 유전체 도파관을 통한 전자기장은 적어도 1 내지 15 범위의 유전 상수들을 갖는 재료들에 대해서, 보다 큰 유전 상수를 갖는 재료 내에 집중된다. 일 실시예에서, 코어 지역(112)의 코어 재료의 유전 상수는 클래딩 재료의 유전 상수보다 커서, 전자기장들은 일반적으로 코어 지역(112) 내에 집중되지만, 전자기장들 중 소량의 부분들이 클래딩(110)의 몸체(106) 내에 그리고/또는 몸체(106)의 외측에 분포될 수 있다. 다른 실시예에서, 코어 재료의 유전 상수는 클래딩 재료의 유전 상수보다 작아서, 전자기장들은 일반적으로 클래딩(110)의 몸체(106) 내에 집중되고, 몸체(106)의 내부 및/또는 몸체(106)의 외측에 방사상으로 코어 지역(112) 내에 소량의 부분들을 가질 수 있다.
[0028] 일 실시예에서, 클래딩(110)은 추가로 몸체(106)의 외부 표면(116)으로부터 바깥쪽으로 연장되는 적어도 2개의 리브(rib)들(108)을 포함한다. 리브(108)는 외측 표면(116)에 고정된 근위단부(118)로부터 외측 표면(116)으로부터 떨어진 원위단부(120)로 연장되는 높이를 각각 갖는다. 리브들(108)은 제 1 및 제 2 단부들(102, 104) 사이에서 클래딩(110)의 몸체(106)의 실질적으로 전체 길이로 종방향으로 연장된다. 실시예에서, 리브들(108)은 몸체(106)와 일체로 형성되어서, 클래딩(110)은 몸체(106) 및 그로부터 연장되는 리브들(108) 둘 모두를 포함하는 단일의 원-피스 구조이다. 대안적으로, 리브들(108)은 예컨대, 접착제 또는 다른 본딩제, 기계적 패스너 등을 통해 몸체(106)에 장착되는 별개의 이산 컴포넌트일 수 있다.
[0029] 유전체 도파관(100)은 추가로, 클래딩(110) 주변을 둘러싸는 전기 도전성 차폐부(114)를 포함한다. 차폐부(114)는 차폐부(114)에 전기 도전성 성질들을 제공하는 하나 또는 그 초과의 금속들로 구성된다. 차폐부(114)는 크로스토크 및 신호 송신을 저하시키는 다른 형태의 간섭에 대하여 도파관(100)에 대한 전자기 차폐를 제공한다. 예시적인 실시예에서, 차폐부(114)는 클래딩(110)의 몸체(106)의 전체 외부 표면(116)과 직접 결합되지 않아서, 적어도 일부의 에어 갭들(127)이 몸체(106)의 외부 표면(116)과 차폐부(114)의 내부 표면(128) 사이에 방사상으로 정의된다. 예를 들어, 차폐부(114)는 클래딩(110)의 둘레 주위에서 리브들(108)의 원위단부들(120)과 결합된다. 원위단부들(120)이 몸체(106)의 외부 표면(116)으로부터 이격되기 때문에, 리브들(108)은 외부 표면(116)으로부터 이격된 거리에서 차폐부(114)의 적어도 일부를 유지하여 그 사이에 에어 갭(127)을 정의한다. 하나 또는 그 초과의 실시예들에서, 차폐부(114)의 내부 표면(128)은 리브들(108)의 원위단부(120)와 결합되고 몸체(106)의 외부 표면(116)과 결합되지 않는다. 따라서, 개별 에어 갭들(127)이 인접한 리브들(108) 사이에서 원주방향으로 형성되고, 에어 갭들(127)은 몸체(106)의 외부 표면(116)과 차폐부(114)의 내부 표면(128) 사이에서 방사상으로 연장된다. 대안적인 실시예에서, 차폐부(114)의 내부 표면(128)은 몸체(106)의 외부 표면(116)의 (전부가 아닌) 일부 부분들과 결합된다. "에어 갭들"로서 설명되지만, 갭들(127)은 공기 대신에 또는 공기에 추가로, 공기 이외의 다른 하나 또는 그 초과의 가스들이 차지할 수 있다.
[0030] 차폐부(114)는 클래딩(110)을 완전히 둘러싼다. 예를 들어, 차폐부(114)는 실질적으로 도파관(100) 및/또는 클래딩(110)의 전체 길이로 연장되는 중공 실린더 또는 프리즘이다. 차폐부(114)는 그의 길이를 따라 차폐부(114)를 통하는 캐비티(130)를 형성한다. 캐비티(130)는 도파관(100)의 제 1 단부(102) 및 제 2 단부(104)에서 개방된다. 클래딩(110)이 캐비티(130) 내에 배치된다. 실시예에서, 차폐부(114)의 외부 표면(132)은 도파관(100)의 외부 경계를 정의한다. 아래에서 보다 상세히 설명되는 바와 같이, 차폐부(114)는 클래딩(110)의 형상과 일치(conform)할 수 있다. 예를 들어, 차폐부(114)는 클래딩(110) 주위에 감겨질 수 있거나 또는 차폐부(114)는 열 및/또는 고압의 인가에 응답하여 압축되거나 또는 좁아지는 열-수축 튜빙(heat-shrink tubing)일 수 있다. 대안적으로, 차폐부(114)는 강성 또는 반-강성 벽들을 갖는 금속 프리즘과 같이 클래딩(110)과 일치하지 않는 미리-형성된 용기일 수 있다.
[0031] 대안적인 실시예에서, 도파관(100)은 추가로, 차폐부(114)의 내부에서 방사상으로 클래딩(110)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 외부 재킷(도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 리브들(108)은 클래딩(110)으로부터 외부 재킷을 통해 연장되거나 외부 재킷의 외부 표면으로부터 연장될 수 있다. 외부 재킷은 유전체 재료로 구성된다. 에어 갭들은 재킷의 외부 표면과 차폐부(114)의 내부 표면(128) 사이에 정의된다.
[0032] 도 2는 도 1에 도시된 라인(2-2)을 따라 취해진 도 1에 도시된 도파관(100)의 실시예의 단면도이다. 예시된 실시예에서, 클래딩(110)의 몸체(106)는 원형 단면 형상을 갖는다. 몸체(106)의 직경은 1 내지 10 mm, 또는 보다 구체적으로 2 내지 4 mm일 수 있다. 코어 지역(112)은 직사각형 단면 형상을 갖는다. 코어 지역(112)의 직사각형 형상은 대략적으로 수평 또는 수직 방향으로 그것을 관통하여 전파되는 전자기파들의 필드 분극을 지지할 수 있다. 코어 지역(112)의 단면적은 0.08 내지 3 mm2, 보다 구체적으로 0.1 내지 1 mm2일 수 있다. 예시된 실시예에서, 코어 지역(112)은 고체 코어 부재(solid core member)(122)로 충전된다. 코어 부재(122)는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, PTFE, 폴리스티렌, 폴리이미드, 폴리아미드 등(이들의 결합들을 포함함)과 같은 (코어 재료를 정의하는) 적어도 하나의 유전체 폴리머 재료로 구성된다. 코어 부재(122)는 코어 부재(122)의 외부 표면(124)과 코어 지역(112)을 정의하는 몸체(106)의 내부 표면(126) 사이에 어떠한 틈들 또는 갭들도 존재하지 않도록 코어 지역(112)을 충전한다. 클래딩(110)은 코어 부재(122)의 길이를 따라 코어 부재(122)와 결합되고 이를 둘러싼다. 대안적인 실시예에서, 코어 재료는 고체 코어 부재(122) 대신에 공기 또는 다른 가스-상 유전체 재료일 수 있다.
[0033] 클래딩(110)의 몸체(106)는 폴리프로필렌, 폴리에틸렌, PTFE, 폴리스티렌, 폴리이미드, 폴리아미드 등(이들의 결합들을 포함함)과 같은 유전체 폴리머 재료로 구성된다. 이들 재료들은 일반적으로 도파관(100)이 더 긴 거리들에 대한 신호들을 송신하도록 허용하는 낮은 손실 특성들을 갖는다. 클래딩 재료가 코어 재료와 상이하여서, 코어 부재(122)와 클래딩(110)의 몸체(106) 사이의 계면을 가로질러 도파관(100)의 유전 상수가 변한다. 실시예에서, 리브들(108)은 클래딩(110)의 몸체(106)와 동일한 유전체 폴리머 재료로 구성된다. 예를 들어, 리브들(108)은 몸체(106)의 외부 표면(116)으로부터 돌출하는 일체형 연장부들일 수 있다. 따라서, 리브들(108)은 몸체(106)와 일체로 형성되어서, 클래딩(110)은 단일의 원-피스 구조일 수 있다. 클래딩(110)은 압출, 금형, 연신(drawing), 융합 등에 의해 제조될 수 있다. 대안적인 실시예에서, 리브들(108)은 몸체(106)와 별개로 형성되고, 접착제, 기계적 패스너 등에 의해 형성 이후에 몸체(106)에 고정될 수 있다.
[0034] 예시된 실시예에서, 클래딩(110)은 4개의 리브들(108)을 포함한다. 리브들(108)은 몸체(106)로부터 방사상으로 각각 연장된다. 예를 들어, 근위단부들(118)로부터 원위단부들(120)까지의 리브들(108)의 높이들은 몸체(106)의 원형 단면의 중심에서 서로 교차하는 축들 또는 광선들(133)을 따라 배향된다. 또한, 예시된 실시예에서 리브들(108)은 몸체(106)의 원주 주위에서 서로 균등하게 이격된다. 보다 구체적으로, 리브들(108)은 몸체(106)의 원주 주위에서 약 90도 각도로 서로 이격된다. 리브들(108) 중 적어도 일부는 몸체(106)의 외부 표면(116)으로부터 동일한 방사상 높이로 연장된다. 예를 들어, 예시된 실시예에서, 4개의 리브들(108) 모두는 대체로 서로 동일한 높이뿐만 아니라 대체로 동일한 폭을 갖는다. 코어 지역(112)의 직사각형(oblong) 형상을 무시한, 리브들(108) 및 몸체(106)를 포함하는 클래딩(110)의 단면 형상은, 몸체(106)의 중심을 통해 연장되는 적어도 4개의 대칭 라인들(예를 들어, 광선들(133)을 따른 2개의 대칭 라인들, 높이 축(191)을 따른 하나의 라인 및 횡방향 축(192)을 따른 하나의 라인)을 따라 대칭적이다. 도 2에 도시된 클래딩(110)은 차폐부(114)의 캐비티(130)에서 중심에 로케이팅된다.
[0035] 차폐부(114)는 구리, 알루미늄, 은 등을 포함하는 하나 또는 그 초과의 금속들 또는 금속 합금들로 형성될 수 있다. 대안적으로, 차폐부(114)는 유전체 폴리머 내에 금속 입자들을 분산시킴으로써 형성된 도전성 폴리머일 수 있다. 차폐부(114)는 금속 호일, 도전성 테이프, 시트 금속의 얇은 패널, 도전성 열 수축 튜빙 등의 형태일 수 있다. 차폐부(114)는 클래딩(110) 주위에 호일 또는 테이프를 비교적 단단히 감거나 권취함으로써 클래딩(110)에 적용될 수 있다. 열 수축 튜빙의 경우에, 클래딩(110)이 캐비티(130) 내로 삽입될 수 있고, 그 후 열 및/또는 고압이 적용되어 차폐부(114)를 수축시키고 클래딩(110)의 윤곽들을 따르게 한다. 강성 또는 반-강성 벽들을 갖는 미리-형성된 차폐부(114)의 경우에, 클래딩(110)이 캐비티(130) 내로 로딩되고, 인터퍼런스 피트(interference fit), 접착제 또는 기계적 패스너를 통해 제 위치로 유지될 수 있다.
[0036] 차폐부(114)는 다각형 단면 형상을 갖는다. 예시된 실시예에서, 차폐부(114)는 4개의 선형 벽들(136) 및 인접한 벽들(136) 사이의 교차부들의 코너들(138)을 갖는 직사각형(예를 들어, 직사각형 또는 정사각형)이다. 도 2에 도시된 코너들(138)은 형상이 비스듬하거나 경사지고 대응하는 인접한 벽들(136) 사이에서 90도 각도들을 형성하지 않는다. 코너들(138)은 리브들(108)의 원위단부들(120)과 결합되고 이에 의해 지지된다. 도 2의 리브들(108)의 원위단부들(120)은 편평하며, 차폐부(114)의 코너들(138)은 편평한 단부들(120)과 일치할 수 있어, 도시된 비스듬하거나 경사진 형상들을 발생시킨다. 차폐부(114)의 벽들(136) 각각은 2개의 인접한 리브들(108)의 원위단부들(120) 사이에서 선형으로 연장된다. 실시예에서, 벽들(136) 중 적어도 일부는 몸체(106)의 외부 표면(116)에 직접 결합되지 않는다. 따라서, 에어 갭들(127)이 몸체(106)로부터 이격된 벽들(136)을 따라 차폐부(114)의 내부 표면(128)과 외부 표면(116) 사이에서 방사상으로 정의된다.
[0037] 예시된 실시예에서, 4개의 개별 에어 갭들(127)이 차폐부(114)와 클래딩(110) 사이에 정의된다. 각각의 리브(108)는 제 1 측(140) 및 대향하는 제 2 측(142)을 포함한다. 에어 갭들(127)은 리브들(108)의 제 1 및 제 2 측들(140, 142) 둘 모두를 따라 정의된다. 예를 들어, 제 1 에러 갭(127A)은, 제 1 리브(108A)와 제 1 리브(108A)에 인접한 제 2 리브(108B) 사이에서 몸체(106)의 외부 표면(116)의 세그먼트(144)에 의해 부분적으로 정의되는 폐쇄된 영역 또는 공간이다. 폐쇄된 영역은 또한 제 1 리브(108A)의 제 2 측(142) 및 제 2 리브(108B)의 제 1 측(140)에 의해 정의된다. 폐쇄된 영역은 추가로, 몸체(106)의 세그먼트(144)에 대향하는 제 1 벽(136A)을 따른 차폐부(114)의 내부 표면(128)에 의해 정의된다. 제 1 벽(136A)은 2개의 인접한 코너들(138A, 138B) 사이에서 연장된다. 인접한 코너들(138A, 138B)은 각각, 제 1 및 제 2 리브들(108A, 108B)의 원위단부들(120)과 결합된다. 예시된 실시예에서, 다른 에어 갭들(127)은 에어 갭(127A)과 동일하거나 또는 적어도 유사한 크기 및 형상을 가질 수 있다.
[0038] 리브들(108)이 클래딩(110)의 몸체(106)로부터 차폐부(114)까지 연장되는 고체 유전체 재료들이지만, 실시예에서, 몸체(106)와 차폐부(114) 사이의 단면적 대부분은 공기가 차지한다. 따라서, 리브들(108)은 리브들(108) 사이에 비교적 큰 에어 갭들(127)을 제공하기 위해 비교적 얇은 폭들을 가질 수 있다. 그러나, 리브들(108)은 리브들(108)에 인가되는 인장력 및 다른 힘들로부터 구부러지거나 변형됨 없이 차폐부(114)를 지지하기 위한 구조적으로 견실한 베이스를 제공하기에 충분히 넓게 되도록 설계된다. 적어도, 인접한 리브들(108) 사이에서 외부 표면(116)을 따른 각각의 세그먼트(144) 대부분은 차폐부(114)에 의해 결합되는 대신 공기에 노출된다. 예시된 실시예에서, 차폐부(114)의 벽들(136)이 세그먼트들(144) 중 어느 것과도 결합되지 않기 때문에, 리브들(108) 사이의 각각의 세그먼트들(144) 전체가 공기에 노출된다. 예를 들어, 리브들(108)은 몸체(106)로부터 방사상으로 연장되어서, 리브들(108)의 원위단부들(120)은 원형 몸체(106)가 내접되는 가상 정사각형의 둘레를 넘어 돌출한다. 원위단부들(120) 중 적어도 하나가 가상 정사각형의 둘레를 넘어 돌출하지 않는 경우, 선형 벽들(136) 중 하나 또는 그 초과가 몸체(106)의 외부 표면(116)의 세그먼트들(144) 중 하나 또는 그 초과와 결합될 것이다.
[0039] 공기는 코어 부재(122) 및/또는 클래딩(110)에 대해 사용되는 고체 폴리머들(예를 들어, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 및 PTFE)의 유전 상수들보다 낮은 약 1.0의 낮은 유전 상수를 갖는다. 더 낮은 유전 상수로 인해, 클래딩(110) 주위에 공기를 제공하는 것은, 클래딩(110) 주위에 고체 폴리머 재킷을 제공하는 것에 비해, 도파관(100)의 코어 지역(112) 및 클래딩(110) 내에서 전자기장 봉쇄를 개선시킨다. 코어 지역(112) 및 클래딩(110) 내의 전자기장들의 더 양호한 봉쇄는 전자기장들 중 일부가 도전성 차폐부(114)와 상호작용할 때 발생할 수 있는 손실 및 바람직하지 않은 전파 모드들을 감소시킴으로써 신호 송신을 개선한다.
[0040] 또한, 공기에 의해 제공되는 개선된 봉쇄는 도파관(100)의 전체 직경이 고체 폴리머 재킷 층을 갖는 기준 도파관(reference waveguide) 보다 작게 되도록 허용한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 차폐부(114)는 16mm2의 총 단면적에 대해 4mm의 높이 축(191)을 따르는 높이 및 4mm의 횡방향 축(192)을 따르는 폭을 가질 수 있다. 더 낮은 유전 상수 및 공기의 필드 봉쇄 성질들로 인해, 몸체(106)와 유사한 클래딩과 차폐부(114)와 유사한 차폐부 사이에 고체 유전체 폴리머 외부 재킷을 갖는 기준 유전체 도파관은 에어 갭들(127)을 갖는 예시된 실시예와 동일한 필드 봉쇄를 달성하기 위해 16 mm2보다 큰 전체 단면적을 가질 필요가 있을 것이다. 예를 들어, 사용되는 재킷의 고체 유전체 재료에 의존하여, 기준 도파관의 전체 영역의 단면적은 20 mm2 또는 그 초과일 수 있다. 기준 도파관의 증가된 크기는 감소된 유연성, 증가된 재료 비용, 주어진 크기의 도파관들의 번들에서 더 낮은 도파관 밀도 등으로 인해 바람직하지 않다.
[0041] 도 3은 유전체 도파관(100)의 다른 실시예의 단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예의 컴포넌트들과 유사한, 도 3에 도시된 실시예의 컴포넌트들은 동일한 참조 번호들로 식별된다. 도 1 및 도 2에 도시된 도파관(100)의 실시예와 같이, 예시된 실시예에서의 도파관(100)은, 몸체(106)의 외부 표면(116)으로부터 직사각형 차폐부(114)의 코너들(138)로 방사상으로 연장되는 4개의 리브들(108)을 갖는 클래딩(110)의 대체로 원형 몸체(106)를 갖는다. 그러나, 클래딩(110)의 몸체(106)는 차폐부(114)의 캐비티(130) 내에서 중심에 있지 않다. 예를 들어, 몸체(106)는 다른 3개의 코너들(138A, 138B, 138C)에 대한 몸체(106)의 위치보다 하나의 코너(138D)에 더 가깝게 배치된다. 클래딩(110)의 코어 지역(112)이 원형 몸체(106)의 중심에 있더라도, 코어 지역(112)은 차폐부(114)에 대해 오프셋된다. 다른 실시예에서, 코어 지역(112)은 차폐부(114)에 대한 보다 중심 위치에서와 같이, 원형 몸체(106)에 대해 오프셋될 수 있다.
[0042] 코너(138D)와 결합되는 리브(108D)는 다른 리브들(108A, 108B, 108C)보다 작은 방사상 높이를 갖는다. 또한, 몸체(106)의 외부 표면(116)은 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 달리, 2개의 벽들(136C, 136D)을 따라 차폐부(114)의 내부 표면(128)과 결합된다. 그러나, 차폐부(114)는 몸체(106)의 전체 둘레와 결합되진 않는다. 코너(138D)에 대향하고 몸체(106)로부터 가장 멀리있는 코너(138B)에 가깝게 배치된 2개의 큰 에어 갭들(127A, 127B)을 포함한 다수의 에어 갭들(127)이 몸체(106)와 차폐부(114) 사이에 정의된다.
[0043] "중심 도파관"으로서 지칭되는, 도 1 및 도 2에 도시된 유전체 도파관(100)의 실시예는 "코너 도파관"으로서 지칭되는, 도 3에 도시된 도파관(100)의 실시예 및 전기 도전성 차폐부가 없는 기준 도파관과 함께 실험적으로 테스트되었다. 3개의 도파관들은 120-160 GHz의 범위에 걸쳐 테스트되었다. 140GHz에서 기준 도파관의 삽입 손실은 0.882dB/m(미터당 데시벨)로 측정된 반면에, 중심 도파관 및 코너 도파관의 삽입 손실들은 각각 0.950dB/m 및 1.267dB/m이었다. 중심 도파관 및 코너 도파관의 삽입 손실들은 어떠한 차폐부도 없는 기준 도파관보다 약간만 높았다. 따라서, 중심 도파관 및 코너 도파관 둘 모두는, 크로스토크 및 다른 간섭에 대한 차폐(이는 기준 도파관에는 없음)를 제공하면서, 수락 가능하게 낮은 손실 레벨들을 가질 수 있다. 둘 중에서, 반사 손실과 관련하여, 0.950dB/m의 중심 도파관은 1.267dB/m의 코너 도파관보다 약간 양호한 것으로 테스트되었다.
[0044] 도 4는 다른 실시예에 따른 유전체 도파관(100)의 단면도이다. 예시된 실시예에서, 클래딩(110)의 몸체(106)는 원형 단면 형상 및 몸체(106)로부터 방사상으로 연장되는 3개의 리브들(108)을 갖는다. 도 1 및 도 2에 도시된 실시예와 같이, 리브들(108)은 몸체(106) 주위에서 서로 원주방향으로 균등하게 이격된다. 보다 구체적으로, 리브들(108)은 약 120도 각도로 서로 이격된다. 몸체(106)로부터 원위단부들(120)까지의 리브들(108)의 방사상 높이들은, 차폐부(114)의 벽들(136)이 몸체(106)의 외부 표면(116)과 결합되지 않도록 몸체(106)로부터 충분한 거리를 두고 차폐부(114)를 지지하고 유지하도록 비교적 높을(또는 길) 수 있다. 도파관(100)은 예시된 실시예에서 3개의 에어 갭들(127)을 정의한다.
[0045] 차폐부(114)는 삼각형 단면 형상을 발생시키도록 리브들(108) 주위에 감겨진 금속 호일 또는 도전성 테이프일 수 있다. 대안적으로, 차폐부(114)는 리브들(108)과 일치하는 도전성 열 수축 튜빙일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 리브들(108)의 원위단부들(120)은 둥글게 되어서, 차폐부(114)는 도 1 및 도 2에 도시된 경사진 코너들(138)과 대조적으로 곡선 코너들(138)을 갖는다. 클래딩(110)의 몸체(106)는 일반적으로 차폐부(114)의 캐비티(130) 내에서 중심에 있다.
[0046] 도 5는 다른 실시예에 따른 유전체 도파관(100)의 단면도이다. 도 5에서, 클래딩(110)의 몸체(106)는 4개의 코너들(150)을 갖는 직사각형 단면 형상을 갖는다. 몸체(106)에 형성된 코어 지역(112)은 원형 단면 형상을 갖는다. 클래딩(110)은 추가로 몸체(106)의 코너들(150)로부터 대체로 방사상으로 연장되는 4개의 리브들(108)을 포함한다. 4개의 리브들(108) 각각은 코너들(150) 중 상이한 하나로부터 연장된다. 리브들(108)은, 차폐부(114)의 벽들(136) 중 어느 것도 몸체(106)의 외부 표면(116)과 직접 결합되지 않도록 몸체(106)로부터 이격된 위치에서 차폐부(114)를 지지 및 유지한다. 도파관(100)은 도 5에서 4개의 에어 갭들(127)을 정의한다.
[0047] 위에서 도시되고 설명된 유전체 도파관(100)의 실시예들은 모두 3개 또는 4개의 리브들(108)을 갖지만, 다른 실시예들은 4개 초과의 리브들(108) 또는 4개 미만의 리브들(108)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 6은 클래딩(110)의 몸체(106)로부터 바깥쪽으로 연장되는 2개의 리브들(108)을 포함하는, 다른 실시예에 따른 유전체 도파관(100)의 단면도이다. 2개의 리브들(108) 중 제 1 리브(108A)는 차폐부(114)의 제 1 벽(136A)과 결합되고, 제 2 리브(108B)는 차폐부(114)의 제 2 벽(136B)과 결합된다. 몸체(106)의 외부 표면(116)은 차폐부(114)의 제 3 벽(136C) 및 제 4 벽(136D)과 결합된다. 차폐부(114)의 벽들(136A-D)은 차폐부(114)의 직사각형 단면 형상을 지지하기 위해 적어도 반-강성일 수 있다. 벽들(136A-D)은 얇은 금속 패널들 또는 시트들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 차폐부(114)는 자체-지지되는 미리-형성된 용기일 수 있다. 도시된 바와 같이, 클래딩(110)의 어떠한 부분들도 차폐부(114)를 지지하기 위해 차폐부(114)의 코너들(138)과 결합되지 않는다. 도 6에 도시된 실시예에서, 리브들(108A, 108B)은, 몸체(106)로부터 떨어져 있게 벽(136A-D)을 유지하기 위해 차폐부(114)를 지지하기 보다는, 차폐부(114)의 캐비티(130) 내에 클래딩(110)을 포지셔닝 및 유지하기 위해 사용된다. 예를 들어, 클래딩(110)이 캐비티(130) 내에 쐐기로 고정(wedge)될 수 있어서, 클래딩(110)은 모든 4개의 벽들(136A-D)과 결합되고 차폐부(114)에 대해 수직으로 또는 횡방향으로 이동하거나 회전하는 것이 금지될 수 있다. 도 6에 도시된 도파관(100)은 몸체(106)와 차폐부(114) 사이에 4개의 에어 갭들(127)을 정의한다.
[0048] 본 발명의 또 다른 양상은 도 7 내지 도 10을 참조하여 이제 설명될 것이다. 유전체 도파관들(섬유들라고도 함)은 낮은 손실들로 밀리미터-파 신호들을 송신하는데 사용될 수 있다. 이는 높은 데이터 레이트들(> 10 Gbit/s)을 갖는 통신 링크들에 대해 유용할 수 있다. 이 섬유들의 아이디어는 도파관을 따라 전파되는 파동을 자극하는 것이다. 도파관이 순수 유전체로 구성되고 어떠한 금속도 포함하지 않는 경우, 이동하는 파의 전자기장 분포는 섬유 주위의 매체(일반적으로 공기) 내에서 그리고 유전체 내에서 전파되는 부분들로 세분된다.
[0049] 유전체의 tanD로 인해, 섬유 내의 모든 필드 부분들이 감쇠된다. 트레이드-오프가 나타나는데, 높은 유전 상수를 가진 재료를 사용함으로써, 필드는 주로 섬유 내에 포커싱된다. 이는, 이러한 필드 부분은 재료 손실들에 의해 감쇠된다는 것을 의미한다. 손실-팩터를 감소시키기 위해, 낮은 tanD를 갖는 재료가 사용할 수 있거나(이는 찾기 어려울 수 있음), 또는 유전 상수가 감소되어 섬유 주위의 필드 부분들을 증가시킬 수 있다. 이는, 필드가 환경적 영향들에 의해, 즉 섬유에 근접하게 되거나, 그것을 터치하거나, 또는 그것을 금속 오브젝트들에 근접하게 포지셔닝하는 것에 의해 영향을 받을 수 있다는 것을 의미한다.
[0050] 먼저 도 7을 참조하면, 고체 재료로 제조된 코어 부재(122)를 갖는 도파관(100)이 도시된다. 예를 들어, 위에서 언급된 바와 같이, 코어 재료는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, PTFE(polytetrafluoroethylene), 폴리스티렌, 폴리이미드, 폴리아미드 등(이들의 결함들을 포함함)과 같은 고체 폴리머일 수 있다. 이 실시예에 따라, 코어 부재(122)의 유전 상수 값과 상이한 유전 상수 값을 갖는 클래딩은 본질적으로 에어 갭들(127) 내에 포함된 공기에 의해 형성된다. 이들 에어 갭들(127)은 코어 부재(122)의 외부 표면과 코어 부재(122)로부터 이격된 쉘(113)의 내부 표면(128) 사이에 방사상으로 정의된다. 쉘(113)은 예를 들어, 원형 단면 형상을 가질 수 있다. 또한, 물론, 전기 도전성 차폐부(114)에 대해 이전에 고려된 임의의 다른 단면 형상이 또한 쉘(113)에 대해 사용될 수 있다.
[0051] 지지 리브들(108)은 코어 부재(122)와 쉘(113) 사이의 거리를 유지하기 위해 제공된다. 도시된 실시예에서, 4개의 리브들(108)은 코어 부재(122)의 원주 주위에 등거리로 이격되게 배열된다. 리브들(108)은 도파관(100)의 신호 안내 특성들에 크게 영향을 미치지 않게 하기 위해, 가능한 한 얇게 되도록 설계되고, 이에 따라 도파관(100)의 단면적 중 소량만을 커버한다. 예를 들어, 약 0.2 ㎜의 벽 두께는 2 mm2의 단면적을 갖는 코어 부재(122)와 함께 만족스러운 결과를 가져왔다. 물론 다른 값들이 또한 적절히 선택될 수 있다.
[0052] 또한, 이전에 설명된 실시예들과 대조적으로, 쉘(113)이 전기 도전성일 필요는 없다. 예를 들어, 완성된 도파관(100)은 코어 부재(122), 리브들(108) 및 쉘들(113)에 대해 동일한 재료를 사용하여 일체형 압출 부분으로서 제조될 수 있다. 그러나, 쉘(113)은 그럼에도, 그의 외부 표면 상에 전기 도전성 차폐 층으로 코팅될 수 있다.
[0053] 도 8은 코어 부재(122)가 본질적으로 직사각형 단면을 갖는, 이 도파관 개념의 수정을 도시한다. 이 실시예에 따라, 코어 부재(122)의 직사각형 단면의 코너로부터 쉘(113)의 내부 표면까지 연장되는 4개의 리브들(108)이 제공된다. 코어 부재(122)의 임의의 다른 형태의 단면, 예를 들어, 타원형 또는 대체로 다각형이 또한 선택될 수 있다는 것이 당업자에게 자명하다.
[0054] 도 9는 도 8에 도시된 도파관(100)의 특정 실시예가 개략적인 단면도로 도시된다. 쉘(113)에 의해 정의된 바와 같은 도파관(100)의 외부 직경은 OD로 지정된다. 코어 부재(122)는 제 1 측 길이(a) 및 제 2 측 길이(b)를 갖는다. 리브들(108)의 벽 두께는 t로 도시된다. 예를 들어, a = 2mm 및 b = 1mm의 치수들을 갖는 도파관(100)은 유리하게는, 벽 두께 t = 0.2mm 및 쉘(113)의 외부 직경 OD = 5.0mm과 결합될 수 있다는 것을 알 수 있다.
[0055] 또한, 이러한 도파관(100)의 감쇠는 외부 직경(OD)의 변동에 의해 크게 영향을 받지 않는다는 것을 알 수 있다. 이는 도 10에 예시된다. 도 10은 신호 주파수(GHz 단위)의 함수로서 감쇠량(dB/m 단위)의 도면을 도시한다. 곡선들(1001 및 1002)은 각각 5.0 mm 및 5.5 mm의 외부 직경들(OD)에 속한다. 그래프로부터 도출된 바와 같이, 거의 동일한 감쇠가 측정된다. 140 GHz의 송신 주파수에 대해, OD = 5.0 mm에 대한 곡선(1001)은 3.6783484 dB/m에 도달하는 반면에, OD = 5.5 mm에 대한 곡선(1002)은 3.672962 dB/m의 감쇠 값에 도달한다. 이는, 더 큰 외부 직경이 환경(ambience)으로의 전자기장의 누설을 더 낮추고 이에 따라 인접한 도파관에서 크로스-토킹 및 교란들을 감소시키기 때문에 유리하다. 예를 들어, OD = 5.0mm에 대해, 전자기장의 2.22%가 대기(ambient air) 중에 쉘(113) 외측에 있는 반면에, OD = 5.5mm 에 대해, 전자기장의 1.29%만이 대기 중에 쉘(113) 외측에 있다.
[0056] 요약하면, 도 7 내지 도 10을 참조하여 설명된 실시예는 터치-민감도가 없는 저-손실 도파관을 실현할 가능성을 제공한다. 도파관은 고체 저-손실 폴리머 코어(예를 들어, 원형 또는 직사각형) 및 큰 에어 셀들을 갖는 클래딩(프로파일 구조)을 포함한다. (재료의 유전 상수 및 캐리어 주파수에 의존하여) 올바른 코어 치수들을 선택함으로써, 큰 필드 부분이 에어-셀 클래딩에서 전파된다. 공기의 tanD는 0이고, 이에 따라 (t << λ의 폭을 갖는) 리브들의 작은 필렛들만이 파동 전파에 손실을 부가한다. 충분한 외부 직경(> λ)을 선택함으로써, 도파관 경계에 가까운 필드 강도는 어떠한 터치 민감도도 더 이상 검출 가능하기 않을 정도로 충분히 낮다.
[0057] 위의 설명은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도됨이 이해되어야 한다. 예를 들어, 위에서 설명된 실시예들(및/또는 그의 양상들)은 서로 결합되어 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 본 발명의 교시에 특정 상황 또는 재료를 적응시키기 위한 다수의 수정들이 이루어질 수 있다. 본원에서 설명된 치수들, 재료들의 유형들, 다양한 컴포넌트들의 배향들, 및 다양한 컴포넌트들의 수 및 포지션들은 소정의 실시예들의 파라미터들을 정의하기 위한 것으로 의도되며, 결코 제한적이 아니고 단지 예시적인 실시예들이다. 청구항들의 사상 및 범위 내의 다수의 다른 실시예들 및 수정들은 위의 설명을 검토하면 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는, 첨부된 청구항들을 참조하여, 그러한 청구항들에 부여되는 균등물들의 전체 범위와 함께 결정되어야 한다. 첨부된 청구항들에서, "포함하는(including)" 및 "여기서(in which)"라는 용어들은 각각의 용어들 "포함하는(comprising)" 및 "여기서(wherein)"의 평이한 영어 등가물들로서 사용된다. 또한, 이하의 청구항들에서, "제 1", "제 2" 및 "제 3" 등의 용어들은 단지 라벨들로서 사용되며, 그들의 오브젝트들에 수치적 요건들을 부과하도록 의도되진 않는다. 추가로, 이하의 청구항들의 제한들은 의미 + 기능 포멧으로 작성된 것이 아니며, 그러한 청구항 제한들이, 추가의 구조가 없는 기능의 서술에 이어 "~를 위한 수단"이라는 문구를 명시적으로 사용하지 않는 한, 35 U.S.C. § 112(f)에 기초하여 해석되도록 의도되지 않는다.

Claims (26)

  1. 전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관으로서,
    제 1 유전체 재료로 구성된 몸체를 갖는 클래딩 ― 상기 몸체는 상기 제 1 유전체 재료와 상이한 제 2 유전체 재료로 충전되는, 상기 몸체를 관통하는 코어 지역을 정의하고, 상기 클래딩은 상기 몸체의 외부 표면으로부터 원위단부(distal end)들까지 연장되는 적어도 2개의 리브(rib)들을 더 포함함 ― ; 및
    전기 도전성 차폐부를 포함하고, 상기 전기 도전성 차폐부는 상기 리브들의 원위단부들과 결합되고 상기 클래딩 주변을 둘러싸서 상기 몸체의 외부 표면과 상기 차폐부의 내부 표면 사이에 에어 갭(air gap)들이 방사상으로 정의되는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 차폐부는 상기 몸체의 외부 표면과 직접 결합되지 않는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 몸체와 상기 차폐부 사이에 정의된 단면적 대부분은 공기가 차지하는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 코어 지역을 충전하는 제 2 유전체 재료는 공기 또는 고체 유전체 폴리머(solid dielectric polymer) 중 적어도 하나인,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 차폐부는 랩(wrap), 열 수축 튜빙(heat shrink tubing) 또는 미리-형성된 용기(pre-formed container) 중 적어도 하나인,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 리브들은 상기 몸체로부터 방사상으로 연장되는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 클래딩의 몸체는 원형 단면 형상을 가지며, 상기 리브들은 서로 원주방향으로 균등하게 이격되는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 리브들은 단일의 원-피스(one-piece) 클래딩으로서 상기 몸체에 일체화되어, 상기 리브들은 상기 제 1 유전체 재료로 구성되는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 차폐부의 내부 표면은 캐비티를 형성하고, 상기 클래딩의 몸체는 상기 캐비티의 중심에 위치되는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 클래딩의 몸체는 4개의 코너들을 갖는 직사각형 단면 형상을 가지며, 상기 유전체 도파관은 상기 코너들 중 상이한 하나로부터 각각 연장되는 4개의 리브들을 갖는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 유전체 도파관은 적어도 3개의 리브들을 포함하고, 상기 차폐부는 인접한 리브들의 원위단부들 사이에서 선형으로 연장되는 벽들을 갖는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 클래딩의 몸체는 제 1 단부와 대향하는 제 2 단부 사이에서 길이로 연장되고, 상기 리브들 각각은 상기 제 1 단부와 상기 제 2 단부 사이에서 상기 몸체의 실질적으로 전체 길이로 연장되는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 리브들은 상기 몸체에 위치되는 각각의 근위단부와 각각의 원위단부와 사이에 정의되는 방사상 높이를 가지며, 상기 리브들 중 적어도 일부는 동일한 방사상 높이를 갖는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  14. 전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관으로서,
    제 1 유전체 재료로 구성된 몸체를 갖는 클래딩 ― 상기 몸체는 상기 제 1 유전체 재료와 상이한 제 2 유전체 재료로 충전되는, 상기 몸체를 관통하는 코어 지역을 정의하고, 상기 클래딩은 상기 몸체의 외부 표면으로부터 원위단부(distal end)들까지 연장되는 적어도 3개의 리브(rib)들을 더 포함함 ― ; 및
    전기 도전성 차폐부를 포함하고, 상기 전기 도전성 차폐부는 상기 리브들의 원위단부들과 결합되고 상기 클래딩 주변을 둘러싸서 상기 클래딩의 몸체의 외부 표면과 상기 차폐부의 내부 표면 사이에 다수의 에어 갭들이 방사상으로 정의되고, 상기 차폐부는 다수의 선형 벽들 및 인접한 선형 벽들 사이의 교차부들의 코너들을 갖는 다각형 단면 형상을 가지며, 상기 리브들의 원위단부들은 상기 차폐부의 코너들과 결합되는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 리브들 각각은 제 1 측 및 대향하는 제 2 측을 가지며, 상기 에어 갭들은 상기 리브들의 제 1 측 및 제 2 측 둘 모두를 따라 정의되는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 차폐부는 상기 몸체의 외부 표면과 직접 결합되지 않는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 에어 갭들 중 적어도 하나는 2개의 인접한 리브들 사이에서 상기 몸체의 외부 표면의 세그먼트, 상기 2개의 인접한 리브들 및 2개의 인접한 코너들 사이에서 연장되는 상기 벽들 중 하나를 따른 상기 차폐부의 내부 표면에 의해 정의되는 폐쇄된 영역이고, 상기 2개의 인접한 코너들 각각은 상기 2개의 인접한 리브들 중 대응하는 것과 결합되는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 차폐부의 내부 표면은 캐비티를 정의하고, 상기 클래딩의 몸체는 상기 캐비티의 중심에 위치되는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 클래딩의 몸체는 원형 단면 형상을 가지며, 상기 리브들은 서로 원주방향으로 균등하게 이격되는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 리브들은 상기 몸체로부터 방사상으로 연장되고, 상기 리브들은 단일의 원-피스 클래딩으로서 상기 몸체에 일체화되어, 상기 리브들은 상기 제 1 유전체 재료로 구성되는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  21. 전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관으로서,
    제 1 유전체 재료를 포함하는 클래딩 ― 상기 클래딩은 코어 지역 주위에 배열됨 ― ;
    상기 코어 지역 내에 배열되는 코어 부재를 포함하고,
    상기 코어 부재는 상기 제 1 유전체 재료와 상이한 제 2 유전체 재료를 포함하고, 상기 클래딩은 상기 코어 부재의 외부 표면으로부터 원위단부들까지 연장되는 적어도 2개의 리브들을 더 포함하고,
    상기 클래딩은 외부 쉘을 포함하며, 상기 외부 쉘은 상기 리브들의 원위단부들과 결합되고 상기 코어 부재 주변을 둘러싸서 상기 코어 부재의 외부 표면과 상기 쉘의 내부 표면 사이에 에어 갭들이 방사상으로 정의되는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 코어 부재, 상기 적어도 2개의 리브들 및 상기 쉘은 동일한 재료로 일체로 제조되는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 쉘은 본질적으로 원형 단면 형상을 갖는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 코어 부재는 직사각형, 원형 또는 타원형 단면 형상을 갖는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 코어 부재는 원형 단면 형상을 가지며, 상기 리브들은 서로 원주방향으로 균등하게 이격되는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 코어 부재는 다각형 단면 형상을 가지며 상기 리브들은 상기 다각형의 코너들 각각으로부터 상기 쉘까지 연장되는,
    전자기 신호들을 전파하기 위한 유전체 도파관.
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