TW201543091A

TW201543091A - 導波體

Info

Publication number: TW201543091A
Application number: TW104103270A
Authority: TW
Inventors: Takeshi Tsukahara; Shigeyuki Hoshikawa; Mikiji Tanaka; Mio Tanaka
Original assignee: Molex Inc
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2015-01-30
Publication date: 2015-11-16
Also published as: WO2015117076A1; TWI612349B; US20160351986A1; CN105940330A; JP2015144336A; JP6196167B2; US9985332B2

Abstract

一種導波體包括：一實心的誘電體(51)；以及一外部導體(61)，包覆在所述誘電體(51)的外周，所述誘電體(51)的橫斷面是長方形的且具有在一對長邊(51a)上向外凸出的一形狀，且所述外部導體(61)的內表面緊密地附著於所述誘電體(51)的外表面。通過使誘電體與長方形的橫斷面的長邊對應的表面向外凸出，誘電體緊密地附著於外部導體，由此，穩定且降低傳輸損失、簡化結構及製造過程、降低成本、且提高穩定性。

Description

導波體

本發明是有關於一種導波體，特別是指一種用於傳輸高頻波的導波體。

已提案導波體用於傳輸諸如毫米波和微米波等的高頻波(參見例如專利文獻1)。

圖9為現有技術的一導波體的一立體圖。

在該圖中，851是由一柔順(supple)的高分子材料製成且具有一橢圓形橫截面的一誘電體棒(dielectric rod)。另外，861是捲繞在誘電體棒851表面上的金屬帶。該金屬帶由具有一低電阻的薄的銅箔製成。高頻波通過封閉在內部的誘電體棒851傳輸。

[專利文獻1]：日本特許公開8-195605。

然而，因為金屬帶861捲繞在誘電體棒851的表面上，所以現有的導波體內部的誘電體棒851不能具有一方形的斷面形狀。因此，具有一般的方形的斷面形狀的一導波體不能設置成用於微米波和毫米波等的一導波體。即使金屬帶861緊密地捲繞在具有一長方形的斷面形狀的一誘電體棒851上，所述金屬帶和誘電體棒851在長方形的長邊處的表面之間也會產生小的間隙。當誘電體棒851和金屬帶861之間存在有間隙時，傳輸損失(loss)變得不穩定，而且不能穩定地傳輸高頻帶的電磁波。

本申請的一目的在於通過提供一種導波體來解決現有的導波體相關的上述問題，在所述導波體中，一誘電體的與一長方形的橫斷面的長邊對應的表面向外凸出，且所述誘電體緊密地附著(adhere)於外部導體，由此，穩定且降低傳輸損失、簡化結構及製造過程、降低成本且提高穩定性。

本申請是一導波體，其包括：一實心的誘電體；以及一外部導體，包覆在所述誘電體的外周；所述誘電體的橫斷面是長方形的且具有在一對長邊上向外凸出的一形狀，且所述外部導體的內表面緊密地附著於所述誘電體的外表面。

在本申請的另一導波體中，所述誘電體是使用擠出成形方法連續製造的一棒狀或線狀的部件。

在本申請的另一導波體中，所述外部導體是通過在該部件上成型加工一膜狀的平板導體而連續地包覆在所述誘電體的外周的一中空的筒狀的部件。

在本申請的另一導波體中，當所述誘電體行進時，所述平板導體在所述成型加工中逐漸變形以從兩側包封誘電體，左右的側緣沿在所述誘電體的行進方向上延伸的一直線狀的接合部接合且所述平板導體緊密地附著於誘電體的外周，以形成一中空的筒狀的外部導體。

在本申請的另一導波體中，所述誘電體包括：一第一誘電體；以及一第二誘電體，層疊在第一誘電體的兩側上。

在本申請的另一導波體中，所述第一誘電體的折射率大於所述第二誘電體的折射率。

在本申請的另一導波體中，所述誘電體包括埋設於內部的一內部導體，所述內部導體具有與誘電體的橫斷面的一長邊對應地露出的一外表面，所述露出的外表面緊密地附著於所述外部導體的一內表面。

本申請能夠提供一種導波體，其中，誘電體的與一長方形的橫斷面的長邊對應的表面向外凸出。這樣，所述誘電體緊密地附著於外部導體，且傳輸損失穩定並減少。這簡化了導波體的結構及製造過程、降低了成本且提高了穩定性。

41‧‧‧間隙

50‧‧‧導波體

51‧‧‧誘電體

51a、63a‧‧‧長邊

51b‧‧‧短邊

51c‧‧‧凹槽部

52‧‧‧第一誘電體

53‧‧‧第二誘電體

61‧‧‧外部導體

61a‧‧‧接合部

62‧‧‧平板導體

62a‧‧‧側緣

63‧‧‧內部導體

71‧‧‧擠出機

71a‧‧‧料斗

71b‧‧‧加熱缸

71c‧‧‧模具

71d‧‧‧擠出頭

72‧‧‧送出機

72a‧‧‧送出輥

73、76‧‧‧輸送輥

74‧‧‧水槽

75‧‧‧檢查機

77‧‧‧捲取機

77a‧‧‧捲取輥

78‧‧‧成型夾具

78a‧‧‧模具孔部

78b‧‧‧模具部

78c‧‧‧引導部

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施例詳細說明中清楚地呈現，其中：圖1為本申請的一第一實施例的導波體的一立體圖；圖2為本申請的第一實施例的導波體的一橫斷面圖；圖3為相對於本申請的第一實施例的一對比較用的範例的斷面圖，其中，圖3(a)為一第一例的一視圖，而圖3(b)為一第二例的一視圖；圖4為用於本申請的第一實施例的誘電體的製造方法的一示意圖；圖5為用於將外部導體包覆於本申請的第一實施例的誘電體的方法的一示意圖；圖6為本申請的第二實施例的導波體的一橫斷面圖；圖7為用於本申請的第二實施例的誘電體的製造方法的一示意圖；圖8為本申請的第三實施例的導波體的一橫斷面圖；及圖9為現有技術的一導波體的一立體圖。

接下來為參照附圖的本申請的實施例的一具體說明。

圖1為本申請的一第一實施例的導波體的一立體圖，圖2為本申請的第一實施例的導波體的一橫斷面圖，而圖3為用於和本申請的第一實施例做比較的一對範例的斷面圖。在圖3中，(a)為一第一例的一視圖，而(b)為一第二例的一視圖。

在這些圖中，50是本實施例的導波體，為用於傳輸諸如微米波和毫米波等的高頻帶的電磁波的傳輸路徑。一導波體50通常是一長的部件。在圖1示出的例子中，為了方便起見，長度被縮短，且外部導體61在一端削除一部分，以示出內部結構。

在本實施例中，用於說明導波體50的各個部分的構成與操作的諸如上、下、左、右、前、後等的方向指示是相對的而不是絕對的。它們取決於導波體50及它的構件在這些圖中所示出的方位。當導波體50或它的構件的方位改變時，解釋將根據方位的改變而改變。

導波體50包括：一棒狀或線狀的誘電體51；以及一外部導體61，包覆在誘電體51的外周面上。誘電體51可由諸如合成樹脂等的一柔性的誘電體材料製成。例如，氟樹脂(諸如聚四氟乙烯)、環烯烴聚合物(COP)樹脂、環烯烴共聚物(COC)樹脂、聚丙烯(PP)樹脂以及聚乙烯(PE)樹脂等。

外部導體61是由諸如金屬等的一高導電性的材料製成。例如，銅、金、銀、鋁以及這些元素的合金等。所述導電性材料以膜狀或箔狀的形式被使用。然而，也可以採用將一金屬箔(諸如銅箔或金箔)與一聚酯膜(諸如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET))層疊得到的一複合膜。根據這些材料的組合，誘電體51的外表面和外部導體61的內表面彼此化學附著或物理附著。

在本實施例中，誘電體51是將熔融的誘電體材料從後述的模具71c的特定形狀的開口擠出以賦予一特定的橫截面形狀、然後固化擠出的產品的擠出方法連續製造的一實心的棒狀或線狀的部件。外部導體61由後述的膜狀的平板導體62採用成型加工(forming process)、然後連續地塑性加工形成用來包覆誘電體51的外周面呈中空筒狀。外部導體61的內表面附著於誘電體51的外表面。在本實施例中，附著意味著充分的附著，或者意味著使外部導體 61的內表面和誘電體51的外表面完全不能分離的附著。

誘電體51的橫斷面形狀是長方形，且理想的是具有彼此相對的一對長邊51a、彼此相對的一對短邊51b，完全平行的直線形成所述一對長邊51a，完全平行的直線形成所述一對短邊51b。

然而，當誘電體51使用所述擠出成形(extrusion molding)方法製造時，很難得到一橫斷面形狀是如圖3(a)所示的標準的長方形。當模具71c的開口是標準的長方形時，如圖3(b)所示，上、下表面上會有一些所謂的拉力(pull)，且長邊51a上形成向內凹入的凹面。這在這些表面和圍繞這些表面的外部導體61之間產生沿縱向(沿誘電體51的長軸)延伸的間隙41。需要注意的是，為了更容易理解，圖3(b)中放大了長邊51a的凹的程度和間隙41的大小。

當產生間隙41時，電磁波在間隙41處發生干涉，電磁波的傳輸損失增加，使電磁波的穩定傳輸變得不可能。當誘電體51的橫斷面形狀是長方形時，傳輸電磁波的電場的方向平行於短邊51b(圖3的上下方向)。當產生上下的間隙41時，電場是不穩定的，而且傳輸損失增加。

即使使用所述擠出成形方法能夠得到如圖3(a)所示的具有一標準的長方形的橫斷面形狀的一誘電體51，誘電體51在厚度方向(圖3的上下方向)上也會有一些彎曲，而產生的拉力會導致半徑方向外側對應的長邊51a上產生向內凹入的凹面，且間隙41將在所述長邊和對應的外部導體61之間沿縱向產生。

如圖2所示，當本實施例中的導波體50的誘電體51是具有四個角及四條邊的長方形時，它的橫斷面形狀在至少所述一對長邊51a上稍微向外凸出。需要注意的是，為了更容易理解，圖2中放大了長邊51a的凸出程度。為了更容易理解，圖1中也放大了誘電體51的上下的側表面的凸出程度。在實際中，橫斷面形狀看上去是標準的長方形，且一對長邊51a看上去是直的且彼此平行。

長邊51a的凸出程度C由下式定義，其中，A為一對長邊51a的最遠的點之間的距離，而B為短邊51b的長度。C=(A-B)/2B。這裡，C=0.05~0.25，優選C=0.1~0.2，且更優選C=0.1。

當使用所述擠出成形方法製造本實施例中的誘電體51時，上下表面上沒有所謂的引力，長邊51a不會向內凹入。由此，所述長邊和包覆外周的外部導體61之間基本上不會沿縱向產生間隙41。因此，本實施例中的導波體50能穩定地傳輸電磁波。當誘電體51和外部導體61彼此化學附著時，它們形成一體。當它們彼此物理附著時，誘電體51的任何變形會使外部導體61緊密地附著且摩擦(rub against)誘電體51的外表面，且外部導體61保持基本上無間隙41。由此，本實施例中的導波體50即使當它彎曲時也能穩定地傳輸電磁波。

在本實施例中，一對短邊51b優選是直的且彼此平行，如圖2所示。

接下來是這種導波體50的製造方法的一詳細說明。

圖4為示出用於本申請的第一實施例的誘電體的製造方法的一示意圖，而圖5為示出用於將外部導體包覆於本申請的第一實施例的誘電體的方法的一示意圖。

如上所述，誘電體51是使用所述擠出成形方法製造的一長的棒狀或線狀的部件，且如圖4所示，使用一擠出機71製造。擠出機71包括：一料斗71a，收容用於製作誘電體51的諸如合成樹脂等的誘電體材料；一加熱缸71b，用於熔融並擠出由料斗71a供給的誘電體材料；以及一模具71c，具有連接到加熱缸71b的出口的一特定形狀的開口。料斗71a中的誘電體材料通常為樹脂粒料。一旋轉螺杆安裝於加熱缸71b內，且所述旋轉螺杆使誘電體材料在加熱缸71b內移動、使所述誘電體材料熔融、且從所述出口連續擠出所述熔融誘電體材料。從加熱缸71b的出口擠出的誘電體材料通過模具71c的開口，以得到具有如圖2所示的橫斷面形狀的一連續的棒狀或線狀的誘電體51。

從擠出機71擠出的誘電體51通過一水槽74時冷卻固化，通過一檢查機75以檢查表面有無缺陷，經由多個輸送輥76輸送，經由一捲取機77的一捲取輥77a收卷，且存儲在捲取輥77a上。

接下來，如圖5所示，誘電體51被使用所述成型加工製造的一外部導體61包覆。具有所述橫斷面形狀的連續的棒狀或線狀的誘電體51從捲取輥77a放出，且經由一輸送裝置(未示出)沿箭頭A的方向輸送。在該圖中，62是由一導電性材料製成的一細長的、帶狀的平板導體。這是包覆誘電體51之前的外部導體61。

平板導體62與誘電體51一起行進，使左右的側緣62a沿誘電體51的一個表面(優選橫斷面的一個長邊51a對應的一個表面)在誘電體51的行進方向上延伸。當誘電體51通過成型夾具(jig)78時，成型夾具78塑性加工平板導體62，從而使平板導體62從兩側包封誘電體51。左右的側緣62a沿在縱向(誘電體51的行進方向)上延伸的一直線狀的接合部61a接合，形成一中空的筒狀的包覆誘電體51的外部導體61。

在該圖示出的例子中，成型夾具78包括：一平板狀的引導部78c；一模具部78b，形成在引導部78c的前端(誘電體51的行進方向前側端)；以及一模具孔部78a，在模具部78b的前端開口。模具部78b具有越靠近前端內部尺寸越小的一圓形漏斗形狀。當從誘電體51的行進方向觀察時，模具孔部78a具有與圖2示出的導波體相同的外形形狀。各部分的尺寸也與圖2示出的導波體50的外形尺寸相同。這樣，與誘電體51一起行進的平板導體62能被引導到成型夾具78的模具部78b的內表面上，且逐漸變成從兩側包封誘電體51的一筒狀。當它通過模具孔部78a時，左右的側緣62a沿接合部61a接合且形成一體，以形成如圖1和圖2所示的緊密地附著於誘電體51外周的表面的一角筒狀的外部導體61。

以這種方式得到的導波體50可再次收捲在捲取輥77a上用於存儲，或者可被切成一預定長度的多個部分用於存儲。

這裡，所製造的誘電體51在捲取輥77a上存儲之後，它被送入成型工序，以使一外部導體61包覆誘電體51。然而，在圖4示出的檢查機75和捲取機77之間的位置，誘電體51也可以緊接著通過成型夾具78之後被包覆一外部導體61。

在本實施例中，導波體50具有一實心的誘電體51以及包覆誘電體51的一外部導體61。誘電體51的橫斷面是長方形的且具有在一對長邊51a上稍微向外凸出的形狀。外部導體61的內表面緊密地附著於誘電體51的外表面。

這樣，誘電體51和外部導體61彼此緊密地附著，傳輸損失穩定且減少。導波體50的製造容易，導波體50的結構更簡單，且成本降低。而且能夠生產一更可靠的導波體50。

誘電體51是採用所述擠出成形方法連續製造的一棒狀或線狀的部件。由此，能夠穩定地且低成本地得到一高品質的誘電體51。

外部導體61是採用所述成型加工使用一膜狀的平板導體62包覆誘電體51連續形成的一中空的筒狀的部件。由此，能穩定地且低成本地得到一高品質的外部導體61，且外部導體61的內表面能夠緊密地附著於誘電體51 的外表面。

在所述成型加工中，平板導體62與誘電體51一起行進，且逐漸變形以從兩側包封誘電體51。左右的側緣62a沿在誘電體51的行進方向上延伸的一直線狀的接合部61接合，以形成緊密地附著於誘電體51的外周面的一中空的筒狀的外部導體61。這樣，能容易地且低成本地得到緊密地附著於誘電體51外周面的一中空的筒狀的外部導體61。

所述成型加工不限於上述的縱向帶捲繞方法。例如，所謂的重疊帶捲繞方法可用於將平板導體62捲繞在誘電體51上。為了保護導波體50的外側，已製成的導波體50還可被包覆樹脂或絕緣帶的一保護層。

接下來是本申請的一第二實施例的一說明。與第一實施例相同的結構的部件以相同的附圖標記表示，且省略這些部件的進一步的說明。還省略與第一實施例相同的所有操作和效果的說明。

圖6為本申請的第二實施例的導波體的一橫斷面圖，而圖7為示出本申請的第二實施例的誘電體的製造方法的一示意圖。

本實施例中的誘電體51，如圖6所示，包括層疊且一體形成在一實心的第一誘電體52的兩側上的實心的第二誘電體53。通過層疊兩種不同類型的誘電體，能容易製造具有四個角及四條邊而且至少在所述一對長邊51a上稍微向外凸出的一橫斷面形狀的一長方形的誘電體51。

第一誘電體52和第二誘電體53可以由不同類型的誘電體材料製成。然而，誘電體材料優選地選擇為使第一誘電體52的折射率大於第二誘電體53的折射率。因為內側的第一誘電體52的折射率大於外側的第二誘電體53的折射率，所以電磁波能有效地封閉於導波體50，且能夠使電場密度穩定。一導電性樹脂可以選擇作為第二誘電體53使用的材料，但是電磁波可能被吸收且可能發生共振現象。因為這大大地增加了傳輸損失，所以不推薦。

本實施例中的誘電體51可以如圖7所示進行製造。

首先，使用在第一實施例中說明的且如圖4示出的裝置製造一連續的棒狀或線狀的第一誘電體52。接下來，將第一誘電體52的一送出輥72a設置於如圖7所示送出機72，且第一誘電體52被放出、沿多個輸送輥73被輸送、然後被導入安裝有一擠出頭71d而不是一模具71c的一擠出機71。擠出成形方法使用的擠出頭71d通常用於一體形成圍繞一電力線纜的一絕緣塗層。從擠出頭71d連續擠出的誘電體51包括如圖6所示的在第一誘電體52的兩側上層疊的一第二誘電體53。

因為誘電體51的製造方法和導波體50的製造方法的其他部分與第一實施例相同，所以省略這些部分的進一步的說明。因為本實施例中的導波體50的其他結構部分與第一實施例相似，所以省略進一步的說明。

在本實施例中，誘電體51包括：一第一誘電體 52；以及第二誘電體53，層疊在第一誘電體52的兩側上。這樣，能低成本地且有效地得到一誘電體52。

第一誘電體52的折射率大於第二誘電體53的折射率。因此，電磁波能有效地封閉於導波體50，且能使電場密度穩定。

接下來是本申請的一第三實施例的一說明。與第一實施例和第二實施例相同的結構的部件以相同的附圖標記表示，且省略這些部件的進一步的說明。還省略與第一實施例和第二實施例相同的所有操作和效果的說明。

圖8為本申請的第三實施例的導波體的一橫斷面圖。

本實施例中的導波體50，如圖中所示，包括設置於誘電體51的內部的一內部導體63。內部導體63是具有一長方形的橫斷面形狀的一實心的棒狀或線狀的部件，且所述導體的縱向與誘電體51的縱向一致。內部導體63埋設在誘電體51的內部，從而使一個表面露出於誘電體51的橫斷面的一長邊51a(在該圖中的下方)。出於這個原因，誘電體51內沿縱向形成一凹槽部51c，以收容內部導體63。

內部導體63是具有四個角和四條邊的長方形，但是它還具有在與導波體51的橫斷面的一個長邊51a對應的露出的表面上稍微向外凸出的一橫斷面形狀。長邊63a的形狀一致於(conform to)誘電體51的橫斷面的長邊51a的形狀。因此，在誘電體51的橫斷面中，包括內部導體63 (在該圖中的下方)在內的長邊51a與另一長邊51a(在該圖中的上方)對稱。換句話說，兩側是彼此的鏡像。

內部導體63可由任意類型的導電性材料製成，且可由與外部導體61相同類型的導電性材料製成。這樣，內部導體63在長邊63上的表面緊密地附著於外部導體61的內表面。內部導體62的另一表面緊密地附著於誘電體51。此外，誘電體51的外表面緊密地附著於外部導體61的內表面。

因為導波體50的內部導體63起到外部導體61的一部分的作用，所以導波體50可以說是作用就像一個所謂的脊導波管(ridge waveguide)。因為脊導波管在本領域是公知的(例如，參見小西良弘著，“實用微波技術：理論與實際(第一部分)”，日刊工業新聞社出版，2001年2月21日，第109-111頁)，所以省略了說明。這樣，電磁波在導波體50中的傳輸距離可以延長。

在本實施例中，包括一內部導體63的一誘電體51可以以與第二實施例相同的方式且如圖7所示進行製造。

首先，預先製造的一棒狀或線狀的內部導體63捲繞在一送出輥72a上且如圖7所示的設置於送出機72。然後，內部導體63從送出機72放出，沿多個輸送輥73輸送，然後導入安裝有一擠出頭71d而不是一模具71c的一擠出機71。像第二實施例中說明的擠出頭71d那樣，擠出成形方法使用的擠出頭71d通常用於一體形成圍繞一電力線纜的一絕緣塗層。僅改變了內部形狀。從擠出頭71d連續擠出的誘電體51包括如圖8所示的一埋設的內部導體63。

因為本實施例中的誘電體51的製造方法的其餘部分與第一實施例和第二實施例中的導波體50的製造方法相同，所以省略所述製造方法的進一步的說明。因為本實施例中的導波體50的其餘部分與第一施例和第二實施例中說明的結構相同，所以省略所述結構的進一步的說明。

在本實施例中，誘電體51包括一埋設的內部導體63，且內部導體63具有露出於誘電體51的橫斷面的一長邊51a的且緊密地附著於外部導體61的內表面的一外表面。這樣，內部導體63能起到外部導體61的一部分的作用，且導波體50能起到一脊導波管的作用。

本申請的實施例如上所述，但本申請不以任何方式限於上述實施例。本領域的技術人員應當清楚的是，在本申請的精神和範圍之內的其他各種修改是可能的。

50‧‧‧導波體

51‧‧‧誘電體

61‧‧‧外部導體

Claims

一種導波體，包括：一實心的誘電體；以及一外部導體，包覆在所述誘電體的外周；所述誘電體的橫斷面是長方形的且具有在一對長邊上向外凸出的一形狀，且所述外部導體的內表面緊密地附著於所述誘電體的外表面。
如請求項1所述導波體，其中，所述誘電體是使用擠出成形方法連續製造的一棒狀或線狀的部件。
如請求項1或2所述導波體，其中，所述外部導體是通過在該部件上成型加工一膜狀的平板導體而連續地包覆在所述誘電體的外周的一中空的筒狀的部件。
如請求項3所述導波體，其中，當所述誘電體行進時，所述平板導體在所述成型加工中逐漸變形以從兩側包封誘電體，左右的側緣沿在所述誘電體的行進方向上延伸的一直線狀的接合部接合且所述平板導體緊密地附著於誘電體的外周，以形成一中空的筒狀的外部導體。
如請求項1至4所述導波體，其中，所述誘電體包括：一第一誘電體；以及一第二誘電體，層疊在第一誘電體的兩側上。
如請求項5所述導波體，其中，所述第一誘電體的折射率大於所述第二誘電體的折射率。
如請求項1至4所述導波體，其中，所述誘電體包括埋設於內部的一內部導體，所述內部導體具有與誘電體的橫斷面的一長邊對應地露出的一外表面，所述露出的外表面緊密地附著於所述外部導體的一內表面。