TW202302989A - 鉸接式波導 - Google Patents

Abstract

鉸接式波導系統、裝置、及方法。相鄰剛性波導段在鉸接接頭處連接。接頭處的內部天線允許接頭處360度旋轉能力。多個此類接頭可連接多對相鄰波導段，以形成機械波導臂。該臂可經鉸接，以各種速度及運動方向在多個方位及定向中將能量施用器置放於該臂的末端處。提供六個自由度，用於使用機械波導臂定向施用器以將能量自發生器傳輸至物件，諸如岩石。鉸接式波導可用於基於微波的岩石採礦系統，該系統具有微波發生器、鉸接式機械波導臂、及施用器。

Description

鉸接式波導

以引用任何優先權申請案的方式併入

本申請案主張2021年2月22日提交的題為「鉸接式波導」的美國臨時申請案第63/152248號、2021年2月22日提交的題為「微波能量直接施加於地下岩石表面」的美國臨時申請案第63/152294號、及2021年2月22日提交的題為「微波能量施用器」的美國臨時申請案第63/152253號的優先權，以上申請案中之各者的全部內容以引用的方式併入本文中並構成本說明書的一部分，以供所有用途。

這一開發通常係關於波導，特別是鉸接式波導系統，該系統可用於基於微波的岩石採礦系統，以及其他事項。

波導用於導引電磁能，諸如微波。在波導中具有可旋轉接頭可允許波導移動，這可允許在某些應用中增強效能。習知旋轉波導接頭存在高訊號及/或能量損失。因此，需要改善鉸接式波導，以解決現存解決方案的這些及其他缺點。

本文揭示的實施例各個具有幾個態樣，其中沒有一個單獨態樣是對本發明的所需屬性負完全責任的。在不限制本發明的範疇的情況下，現在將簡要討論其更顯著的特徵。在考慮這一討論之後，特別是在準備好題為「實施方式」的部分之後，人們將理解本文描述的實施例的特徵如何提供比與波導中旋轉接頭有關及與基於微波的岩石採礦方法有關的現存系統、裝置、及方法更多的優勢。

以下揭示內容描述一些實施例的非限制性實例。舉例而言，所揭示的裝置、系統及方法的其他實施例可包括亦可不包括本文描述的特徵。此外，所揭示的優勢及益處可僅適用於本發明的某些實施例，且不應用於限制本發明。描述用於鉸接式波導的系統、裝置、及方法。

在一個態樣中，基於微波的岩石採礦系統包括微波發生器、機械臂、及天線。機械臂與發生器連接並包含複數個波導段。波導段是剛性的，並用以導引由微波發生器產生的微波穿過其中，以施加於岩石。複數個波導段中的第一波導段與第二波導段在接頭處可旋轉地附接在一起。天線至少部分定位於接頭內。天線包括第一伸長天線段及附接至第一天線段並自第一天線段延伸的第二伸長天線段。第一天線段用以自第一波導段接收微波，而第二天線段用以將微波傳輸至第二波導段。

可實施各種態樣的各種實施例。在一些實施例中，天線為T形。

在一些實施例中，接頭包含可旋轉連接器，將第一波導段與第二波導段可旋轉地附接在一起，且其中天線不接觸可旋轉連接器。

在一些實施例中，接頭界定旋轉軸，第一波導段用以繞旋轉軸相對於第二波導段旋轉，且其中第一天線段垂直於旋轉軸定向。

在一些實施例中，第二天線段平行於旋轉軸定向。

在一些實施例中，接頭界定旋轉軸，第一波導段用以繞旋轉軸相對於第二波導段旋轉，且其中第二天線段平行於旋轉軸定向。

在一些實施例中，第一波導段及第二波導段具有四邊形橫截面剖面。

在一些實施例中，橫截面剖面為矩形。

在一些實施例中，接頭界定旋轉軸，第一波導段用以繞旋轉軸相對於第二波導段旋轉，且其中第一波導段界定與旋轉軸相交的中心軸。

在一些實施例中，中心軸與第一天線段相交。

在一些實施例中，接頭界定旋轉軸，第一波導段用以繞旋轉軸相對於第二波導段旋轉，且其中第二波導段界定與旋轉軸相交的中心軸。

在一些實施例中，中心軸與第二天線段相交或抵接。

在一些實施例中，系統進一步包含兩個或兩個以上接頭。

在一些實施例中，系統進一步包含機械臂末端處的施用器，用以將微波聚焦成波束。

在另一態樣中，用於傳輸微波的波導系統包括複數個波導段及一天線。波導段是剛性的並用以導引微波穿過其中。複數個波導段中之第一段及第二段可旋轉地附接於接頭處。天線至少部分定位於接頭內。天線包括第一伸長天線段及附接至第一天線段並自第一天線段延伸的第二伸長天線段。第一天線段用以自第一波導段接收微波，而第二天線段用以將微波傳輸至第二波導段。

可實施各種態樣的各種實施例。在一些實施例中，接頭包含可旋轉連接器，將第一波導段與第二波導段可旋轉地附接在一起，且其中天線不接觸可旋轉連接器。

在一些實施例中，接頭界定旋轉軸，第一波導段用以繞旋轉軸相對於第二波導段旋轉，且其中第一天線段垂直於旋轉軸定向。

在一些實施例中，接頭界定旋轉軸，第一波導段用以繞旋轉軸相對於第二波導段旋轉，且其中第二天線段平行於旋轉軸定向。

在一些實施例中，第一波導段及第二波導段具有四邊形橫截面剖面。

在一些實施例中，接頭界定旋轉軸，第一波導段用以繞旋轉軸相對於第二波導段旋轉，且其中第一波導段界定與旋轉軸相交的中心軸。

在一些實施例中，中心軸與第一天線段相交。

在一些實施例中，接頭界定旋轉軸，第一波導段用以繞旋轉軸相對於第二波導段旋轉，且其中第二波導段界定與旋轉軸相交的中心軸。

在一些實施例中，中心軸與第二天線段相交。

以下詳細描述是針對熱調節系統、裝置、及方法的特定實施例。在本說明書中，參考圖式，其中為了清楚起見，類似部分或步驟可始終用類似數字指定。在本說明書中，對「一個實施例」、「一實施例」、或「在一些實施例中」之引用意謂結合實施例描述的特定特徵、結構、或特性包括於本發明的至少一個實施例中。在說明書的各種位置中出現的片語「一個實施例」、「一實施例」、或「在一些實施例中」不一定全部是指同一實施例，分開的或替代的實施例亦不一定與其他實施例相互排斥。此外，描述可由一些實施例而非其他實施例展示的各種特徵。類似地，描述各種需求，這些需求可能是一些實施例之需求，但可能並非其他實施例之需求。現在將詳細闡述本發明的實施例，其實例在隨附圖式中示出。在可能的情況下，整個圖式將使用相同的參考號來指代相同或相似的部件。

第1A圖是用於基於微波的岩石採礦系統100的一實施例之透視圖，該系統具有鉸接式波導系統200。使用基於微波的岩石採礦系統需要可控且靈活地移動施用器，同時使行進穿過波導的微波能量損失最小。本文描述的系統、裝置、及方法允許六個自由度，用於使用由波導段形成的機械臂來定向施用器，並在一或多個可旋轉接頭處具有最小的能量損失。接頭包括天線，允許接頭處的能量損失最小，同時在接頭處提供完整的360度旋轉。藉由在機械波導臂中包括複數個此類接頭，該臂可鉸接，以將施用器定位於該臂的末端處，以任意所需方位、以任意所需定向、以任意速度、及在任意方向上，同時確保微波能量穿過波導的最大傳輸。

如第1A圖中所示，系統100可包括微波發生器103、施用器滑軌105、及/或處理室107。施用器滑軌105可定位成面對一層岩石109，用於開採岩石109，例如，預處理及/或破碎岩石109。處理室107可包括用以容納任何洩漏的壁及/或屏障。微波發生器103、施用器滑軌105、及/或處理室107可包括控制系統110，用於控制微波的產生及波導系統200的鉸接，以控制微波對岩石109之施加。本文中使用的「鉸接」具有其通常及慣用意義，包括但不限於旋轉、平移、及空間中的三維定向。岩石109可能位於山中、洞穴、採石場、或其他位置。在一些實施例中，微波發生器103、施用器滑軌105、及/或處理室107可為移動的，並用以在整個礦場行進。

第1B圖是施用器滑軌105之特寫透視圖，顯示波導系統200的鉸接部分。施用器滑軌105可包括波導系統200或其部分。波導系統200可包括可鉸接機械臂104。如本文所述，機械臂104可由複數個剛性波導段204、208、或更多段形成。單個臂104可由任意數目的波導段形成，諸如兩個、三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、十個或更多個段。機械臂104可與微波發生器103通訊，例如，連接至微波發生器103。微波發生器103可產生微波，微波行進穿過由機械臂104的連接波導段界定的內部通道。機械臂104可藉由在其一或多個接頭210處旋轉波導段中之一或多者來鉸接。各個接頭210處的一或多個致動器可導致個別接頭210旋轉。致動器的非限制性實例包括具有連接各個波導段204、208的杠桿的外部馬達、盤餅形馬達結構、及可延伸支柱。致動器可經控制，自主控制及/或由操作者控制。可有任意數目的機械臂104。可有一個、兩個、三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、十個或更多個機械臂104。各個機械臂104可具有任意數目的可旋轉接頭210。在各個機械臂104中，可有一個、兩個、三個、四個、五個、大小、七個、八個、九個、十個或更多個旋轉接頭210。

基於微波的系統100可包括一或多個微波施用器108。施用器108可連接至波導系統200。舉例而言，施用器108可定位於機械臂104的遠端處。施用器108可連接至機械臂104的終端波導段。施用器108可用以將離開施用器的微波聚焦及/或集中成例如波束，以施加至岩石109。可藉由機械臂104的鉸接來控制施用器相對於岩石109的方位及/或移動。控制系統110可控制機械臂104，以便以所需方式定位及/或移動施用器108。可控制機械臂104，使得施用器108具有相對於岩石109的所需定向、與岩石109的距離、沿岩石109的行進速度、及/或沿岩石109的行進方向等。使用帶有波導段的機械臂104可提供具有許多自由度的多接頭機械臂104的益處。

第2圖是波導系統200的接頭210的實例實施例之透視圖。如本文所述，接頭210中之一或多者可包括於基於微波的系統100的機械臂104中。波導系統200可包括複數個剛性波導段，舉例而言，第一波導段204及第二波導段208。波導段204、208可用以附接至機械臂104的較長波導段。所示波導段204、208可為連接器或基座構件，用以附接至機械臂104的其他波導段。波導段204、208可為剛性的，舉例而言，由金屬或其他適合材料形成。波導段204、208可能並非撓性的。波導段204、208可沿其長度具有相對高的剛度。與其連接的任何較長波導段可具有與波導段204、208類似的性質，例如，剛性、金屬性、矩形等。

波導段204、208可具有相同或不同的橫截面剖面。在一些實施例中，波導段204、208可具有四邊形橫截面剖面。在一些實施例中，波導段204、208可具矩形橫截面剖面，其中同一較長長度的兩個相對長邊垂直於同一較短長度的兩個相對短邊。橫截面剖面設計成允許單模波傳播。在一些實施例中，波導段可具有其他橫截面剖面，舉例而言，三邊形、五邊形、六邊形、七邊形、八邊形或更多邊形。在一些實施例中，波導段204、208可具有圓頭或圓形橫截面剖面，舉例而言，包括但不限於圓形或橢圓形橫截面剖面。

波導段204、208可具有對應於橫截面剖面的若干側壁219以及後壁或蓋225。舉例而言，具有四邊形橫截面剖面的波導段204、208可具有四個縱向側壁219及一後壁或蓋225。波導段204、208可具有至少一個開口末端，開口末端界定開口220，開口至形成於其中的縱向通道221。通道221可具有本文所述的橫截面剖面。微波能量可行進穿過通道221。通道221可自微波發生器103至施用器108連續。由於機械臂104的鉸接，通道221可沿曲折路線延伸。通道221路徑可由於臂104鉸接而改變。通道221可延伸至第一波導段204中，穿過接頭210（諸如穿過通道的連接部分，連接部分可在旋轉連接器部分處），並進入第二波導段208中。開口220可具有對應於波導段204、208的橫截面剖面的形狀。能量可接收至開口220中之一者中，接著自開口220中之另一者離開。

波導段204、208可包括凸緣222，凸緣222在開口220處自側壁219徑向向外延伸。開口220可具有與由通道221界定的波導段204、208的橫截面剖面相對應的大小。凸緣222可延伸超出波導段204、208的側壁219的外表面。凸緣222可具有延伸穿過凸緣222的一或多個開口223。開口223可具有圓形形狀。邊界可具有任意數目的開口223，舉例而言，一個、五個、十個、十五個、二十個、或更多個開口223。開口223可接收諸如螺栓的緊固件，以將剛性波導段連接在一起以形成通道221。通道221在機械臂104的相鄰接頭210之間可為直的或線性的。通道221可沿第一方向線性延伸穿過第一波導段204、在接頭210處沿垂直於第一方向的第二方向線性延伸並朝向第二波導段208、且接著沿垂直於第二方向並沿第二波導段208的第三方向線性延伸。

接頭210可包含旋轉連接器212。第一波導段204及第二波導段208可透過旋轉連接器212在接頭210處彼此可旋轉地附接或連接。旋轉連接器212可可旋轉地連接波導段204、208的個別末端。在一些實施例中，波導系統200可包括兩個以上的波導段以及相應數目的接頭210及旋轉連接器212。旋轉連接器212可由金屬或其他適合材料製成。旋轉連接器212可包括可旋轉部分。波導段及/或可旋轉的旋轉連接器212可用以由致動器211旋轉，致動器211可由控制系統110控制，以便旋轉連接器212的個別部分所附接至的波導段204、208。在一些實施例中，旋轉連接器212可位於其他位置，舉例而言，在接頭210的側面、頂部、或底部上。各個接頭210處可有一或多個旋轉連接器。

接頭210可包括致動器211中之一或多者，用以引起及/或控制機械臂104的鉸接以及施用器108的相應運動。致動器211可為例如機電致動器、液壓致動器、電熱致動器、或其他適合致動器。致動器211可包括馬達，馬達經命令以引起及/或控制旋轉連接器212及/或波導段204、208的移動。致動器211可位於旋轉連接器212處或附近，舉例而言，位於可旋轉連接波導段的相對末端之間。致動器211可例如透過傳動直接旋轉或間接旋轉旋轉連接器212及/或波導段204、208。在一些實施例中，致動器211可不位於接頭210處。致動器211可控制波導段204、208的旋轉，從而使波導段204、208繞旋轉連接器212旋轉。舉例而言，致動器211可控制連接至波導段204、208的支柱之移動。致動器211可連接至波導段中之一者，例如，靠近致動器211正在旋轉的接頭210中之一者。

旋轉連接器212及/或致動器211可定位於接頭210的外部上，舉例而言，微波通道221的外部。將旋轉連接器212及與接頭210的運動有關的其他組件定位於接頭210外部上可提供防止這些組件及波導系統200的通道221內的電磁微波能量之間的相互作用或干擾之益處。旋轉連接器212及/或致動器211可包括一或多個感測器，以協助控制及/或旋轉機械臂104。旋轉控制可取決於方位、力、或其他參數。

波導系統200可包括天線系統或天線216。天線216可位於通道221內。天線216可在接頭210的內部。天線216可由能夠進行電磁傳輸的材料組成，諸如銅金屬。天線216可允許將微波能量自第一波導段204傳輸至第二波導段208，同時減輕接頭210處的微波能量損失。本文例如參考第3A圖至第6B圖進一步描述天線216。

如第3A圖及第3B圖中所示，旋轉連接器212可用以允許第一波導段204及第二波導段208相對於彼此的360度旋轉。不管波導段204、208相對於彼此的旋轉角速度如何，接頭210可以最小的損耗保持微波能量穿過其傳輸的效率及效能。接頭210及/或旋轉連接器212可界定旋轉軸A1。旋轉軸A1可垂直於由第一波導段204及第二波導段208界定的縱軸，如本文關於第4A圖至第5圖進一步描述的，舉例而言。旋轉軸A1可與第一波導段204及第二波導段208的末端相交。旋轉軸A1可與旋轉連接器212同心。

第一波導段204及第二波導段208可用以繞旋轉軸A1相對於彼此旋轉。舉例而言，第一波導段204可在第二波導段208旋轉時靜止，或第一波導段204可在第二波導段208靜止時旋轉，或第一波導段204及第二波導段208可同時旋轉。在一些實施例中，第一波導段204可在第二波導段208靜止時旋轉，接著第一波導段204可在第二波導段208旋轉時靜止，反之亦然。舉例而言，若系統的其他接頭210經鉸接並導致接頭210在空間中平移，則「靜止」可參考局部或移動參考坐標系。「靜止」可參考固定參考坐標系，舉例而言，相對於岩石109。因此，靜止可意謂特定波導段未相對於軸A1旋轉。

在一些實施例中，波導段204、208可在H平面（此處界定為波導的最長側）中圍繞旋轉連接器212旋轉。H平面可指包括行進穿過通道221的電磁微波能量的磁分量或場向量的方向之平面。E平面可指包括行進穿過通道221的電磁微波能量的電分量或場向量的方向之平面。H平面與E平面可相對於彼此九十度角定向。在一些實施例中，天線段可在E平面方向上投影至各個波導段204、208中。各個波導段204、208內的天線幾何形狀可保持與各個波導中電磁場相同。旋轉定向僅需要保持這一恆定投影幾何形狀。

如第3A圖及第3B圖中所示，第一波導段204及第二波導段208可旋轉以面對並沿不同的、不平行的、及/或不對準的方向延伸。如第2圖中所示，第一波導段204及第二波導段208可旋轉以面對相同方向。第一波導段204及第二波導段208可旋轉以相對於彼此以任意角度定位。波導段204、208可圍繞旋轉連接器212旋轉。當各個個別波導段204、208繞接頭210旋轉時，旋轉連接器212可保持平移靜止。

波導系統200的旋轉允許將微波能量施加於精確位置。藉由減少定位波導段204、208、及因此定位施塗器108所需的時間，旋轉進一步允許這一施加以更快的速度發生。為了僅處理、預處理、及/或改變岩石109的預期部分，同時保持岩石109的所有相鄰部分不受影響，精度是必要的。

波導系統200及施用器108的方位及位置可由岩石109的表面起伏及/或定向判定。波導段204、208的定向可由掃描模式判定。掃描模式可藉由光柵掃描或例如用控制系統110產生的規則圖案來產生。圖案可藉由不均勻地或以隨機模式向岩石109施加能量來產生。智慧型模式可由控制系統110應用。智慧型模式可為基於岩石如何回應於所施加能量。預測塑模可用於判定掃描模式。在一些實施例中，感測器可用於追蹤材料如何回應，並指示波導系統200之定位需要改變。可採用各種控制技術，且整個微波系統或施用器可具有各種特徵，舉例而言，與本申請案同一日期提交的題為「具有機械臂波導的基於微波的採礦系統及方法」（代理人案號：OFFW.006A）的美國申請案第____號、與本申請案同一日期提交的題為「微波能量施用器」（代理人案號號：OFFW.008A）的美國申請案第____號、及2021年2月22日提交的題為「微波能量直接施加於地下岩石表面」的美國臨時申請案第63/152294號中描述的特徵，以上申請案中之各者的全部內容以引用的方式併入本文中並構成本說明書的一部分，以供所有用途。

第4A圖是波導系統200的接頭210之側視圖，顯示連接第一波導段204與第二波導段208的旋轉連接器212。第4B圖是接頭210之橫截面圖，沿包括軸A1、W1及W2的平面截取，如第4A圖中所示。第4B圖顯示接頭210的內部天線的一實施例的水平段（如圖中定向）。

旋轉連接器212可具有圓形橫截面剖面。旋轉連接器212可與第一波導段204的第一開口224及第二波導段208的第二開口228對準。旋轉連接器212可為中空的，以允許天線216至少部分定位於旋轉連接器212內。

第一波導段204界定第一波導軸W1並沿其延伸。軸W1可位於第一波導段204的橫截面剖面的幾何中心處，舉例而言，位於矩形剖面的幾何中心處，其可由波導段的內表面界定。類似地，第二波導段208界定第二波導軸W2並沿其延伸，第二波導軸W2可具有與第一波導軸W1描述的相同個別性質，但是相對於第二波導段208而言。如進一步所述，軸W1及/或軸W2可與旋轉軸A1相交。軸W1與軸W2之間的垂直距離可由系統使用的特定應用判定，諸如採礦或其他情境，或礦山類型、岩石類型等。軸W1與軸W2之間的垂直距離可由一些因數判定，諸如第一波導段及第二波導段需要在不彼此阻礙的情況下旋轉，並能夠安裝致動器以精確控制兩個段之間的相對運動。對於機械臂應用，距離可儘可能短，以在許多段上保持高位準的剛度，儘管可在不影響設計的電磁效能的情況下結合額外的外部加強結構。

旋轉連接器212可為同軸管。可在旋轉連接器212與波導段204、208之間的接觸點處使用一或多個軸承235。軸承235的大小可根據預期的力來判定，因此允許旋轉連接器212按預期工作。波導段204、208可透過軸承235相對於旋轉連接器212旋轉。軸承235可各個具有靜止側及旋轉側，以允許相對運動。軸承可為徑向軸承、推力軸承、或其他適合之類型。可有一或多個襯套237在波導段之間延伸，並位於軸承235的徑向內側。軸承235可與襯套237接觸或相對於襯套237旋轉。在一些實施例中，波導段204及/或208可包括突起部，其可為圓柱形，自個別段的側壁219延伸並進入旋轉連接器212或形成旋轉連接器212的部分。舉例而言，突起部可替換或延伸至襯套237中。

天線216可包括第一天線段216A及第二天線段216B。如進一步描述的，段216A、216B可彼此遠離延伸。如第4B圖中所示，第二天線段216B可沿旋轉軸A1延伸穿過通道221的一部分。第二天線段216B可自第一波導段204內的通道221的第一部分延伸至第二波導段208內的通道221的第二部分。第二天線段216B可與旋轉連接器210、及/或與其中界定的通道221的部分同心。第二天線段216B可具有與軸W1及W2相交或抵接的末端，舉例而言，在第一波導段204及第二波導段208的幾何中心處。如進一步描述的，第二天線段216B可將微波能量自第一天線段216A傳輸至第二波導段208。

天線段216A、216B可為圓柱形、漸縮、錐形、或其他形狀。天線段216A、216B可伸長。天線的內部幾何結構可能在電磁學上並不重要，而有設計必要性來減少質量，諸如挖空、或結合用於冷卻流體流動的通道。天線段216A、216B之間的連接可釘牢或銅焊或熔接。非永久性附件可允許拆卸以進行維護及維修。可判定壁厚，以充分覆蓋表面效應。

第5圖是波導系統200的接頭210之前視圖。如本文所述，波導系統200可包括天線216。第6A圖及第6B圖顯示天線216及旋轉連接器212，且為了清晰起見，移除第一波導段204及第二波導段208。

天線216可定位於接頭210內或在接頭210內部。天線216可位於旋轉中心內或其附近。天線216可定位成更靠近波導段204、208的後壁225而非開口220。天線216的定位可避免與任何周圍結構接觸，諸如旋轉連接器212及波導段204、208的壁。這一「無接觸」組態可防止天線216及周圍結構的磨損。缺乏接觸可進一步允許周圍結構由薄且低質量的材料製成。此外，波導系統200的結構元件與天線216之間的分離提高效率，因為其允許更緊湊的鉸接。此外，本文描述的實施例提供低反射損耗之益處。舉例而言，取決於頻率，反射損耗可優於-40dB。

天線216可包括第一天線段216A。天線216可包括第二天線段216B。第一天線段216A及第二天線段216B可伸長。天線段216A、216B可具有管狀形狀。天線段216A、216B可至少部分中空。

天線段216A、216B可具有各種位置及定向。天線段216A、216B可完全在波導段204、208內部。因此，天線216的沒有任何部分位於通道221外部或波導段204、208外部。如所示的，第一天線段216A可界定中心縱向天線軸並沿其延伸。天線軸A2可與第一天線段216A的橫截面剖面的幾何中心同心，或定位第一天線段216A的橫截面剖面的幾何中心。天線軸A2可位於波導通道221的幾何中心處。天線軸A2可垂直於波導軸W1。天線軸A2可垂直於旋轉軸A1。天線軸A2可與波導軸W1及/或旋轉軸A1相交。

此外，天線段216A、216B可至少部分或全部位於接頭的一側或另一側上。第一天線段216A可完全在一側上，而第二天線段216B可橫穿接頭。舉例而言，波導軸W1可在接頭210的第一側上與旋轉軸A1及天線軸A2相交。波導軸W2可與旋轉軸A1相交，並在與第一側相對的接頭210的第二側上與第二天線段216B相交、抵接、或延伸至第二天線段216B附近。此外，橫向軸A3可由第二波導段208的剖面的幾何中心界定並延伸穿過其中，如第5圖中所示。橫向軸A3可在第二波導段208的通道221內與波導軸W2及/或旋轉軸A1相交。如所示的，第二天線段216B可延伸至軸A3處並終止於軸A3。

第一天線段216A可延伸至第一波導段204之側壁219的內表面。第一天線段216A可接觸側壁219、或諸如配件、支架等的中間結構及/或由其支撐。第二天線段216B可自第一天線段216A延伸，且不接觸任何其他結構。因此，第二天線段216B可在微波通道221內懸浮，並僅接觸第一天線段216A。在第一天線段216A與第二天線段216B之間的連接處，可存在各個天線段的終止點。雖然描述兩個天線段216A、216B，但天線216可由一個、兩個或兩個以上的段構成，諸如三個、四個、五個、六個、七個、八個、九個、十個或更多個段。各種組態可有助於製造及裝配至結構中。這樣做可保持天線216的外表面幾何形狀。因此，天線216可相對於第一波導段204靜止，並與第一波導段204一起旋轉。第二天線段216B可相對於第二波導段208旋轉。第二天線段216B可為全向的，使得微波能量360度傳輸，從而允許兩個波導段204、208的完全相對旋轉，如所描述的。

第二天線段216B可至少部分定位於第一波導段204、旋轉連接器212、及/或第二波導段208內。第二天線段216B可自第一天線段216A延伸。第二天線段216B可自第一天線段216A上的中心定位點延伸。第二天線段216B可平行於旋轉軸A1定向。第二天線段216B可沿旋轉軸A1定位。第二天線段216B可界定與旋轉軸A1重合的中心縱軸並沿其延伸。第一天線段216A與第二天線段216B可形成T形。第二天線段216B可垂直定位於波導系統200內，及/或第一天線段216A可水平定向，如圖中定向。第一天線段216A可沿通道221的長尺寸定向，舉例而言，平行於矩形剖面的長尺寸。第二天線段216B可沿通道221的短尺寸定向，舉例而言，平行於矩形剖面的短尺寸。第二天線段216B的第一末端可連接至第一天線段216A，舉例而言，在中點處或沿第一天線段216A的其他位置。第一天線段216A及第二天線段216B可為連接在一起的分離部件，或其可為單個、完整件。第一天線段216A可在一或多個方向（舉例而言，如所示的兩個相反方向）上自第二天線段216B延伸。第二天線段216B的第二末端可延伸至旋轉連接器212中。第二天線段216B的第二末端可延伸至第二波導段208中。第二天線段216B的第二自由端可位於旋轉軸A1與橫向軸A3的交點處。天線216因此可具有帶有垂直段的「T」形，如圖所示。

在一些實施例中，天線216可單獨固定於第一波導段204上。天線216可透過第一天線段216A固定至第一波導段204。第一天線段216A的第一末端可連接至第一波導段204的第一壁。第一天線段216A的第二末端可連接至第一波導段204的第二壁。第二天線段216B可單獨耦接至第一天線段216A。

在一些實施例中，第一天線段216A及/或第二天線段216B可處於其他位置及/或定向。舉例而言，天線216的定向可翻轉，使得第一天線段216A位於第二波導段208內，且第二天線段216B延伸至第一波導段204中並終止於第一波導段204等。天線216可為雙向的，並用以經由通道221在兩個方向上傳輸能量，即使天線216在接頭210內處於單一定向（例如，無需翻轉天線216）。作為進一步實例，軸A2可自波導通道221的幾何中心偏移，舉例而言，自波導軸W1偏移，或垂直向上或垂直向下，如圖中所定向。第二天線段216B的下部末端可比橫向軸A3延伸得更遠，或不延伸至橫向軸A3。在一些實施例中，天線段216A及/或216B可為線性的、非線性的、彎曲的、其他輪廓的、或其組合。天線216可不具有T形。天線216可具有其他形狀，諸如L形。舉例而言，第一段216A可為所示長度的一半，而第二段216B自第一段216A的末端延伸。因此，可實施根據本文描述的接收及傳輸原理的天線216的各種適合形狀。各種結構可允許天線216剛性地貼在固定波導的結構上。這在幾何上精確地定位天線216，以便在鉸接接頭上最大限度地傳輸能量。其結果是，能量傳輸不會隨旋轉定向變化，並對諸如振動的機械環境較不敏感。天線直徑亦可最佳化，以便更佳地傳輸及冷卻。

波導系統200可接收並導引由微波發生器103產生的微波能量或訊號穿過其中。能量可接收至第一波導段204中並穿過第一波導段204，且透過天線216傳輸至第二波導段208。天線216可充當雙導體。能量可與第一段216A接觸，能量可轉換成通過第一段216A及第二段216B的電流，且微波能量可離開第二波導段216B並進入波導段。因此，天線216可用作能量發射器，自第一波導段216A經由接頭210（諸如經由旋轉連接器212）並進入第二波導段216B中，且反射量最小。第一波導段204可用作入口。第二波導段208可用作出口。天線216因此可接收及傳輸能量。天線216橋接或連接第一波導段204與第二波導段208。第一天線段216A可吸收電磁波。接著，電磁波可順著第二天線段216B傳輸或行進。接著，第二波導段208可導引能量穿過其中。波導系統200是雙向的，因為其可在與旋轉角度相對應的兩個方向上發射能量。如本文所述的波導系統200可保持穿過其中行進的能量的極化。天線216可為電導體，其可由任何適合的材料製成。由於銅的電阻損耗非常低，故可使用銅。該材料亦可為材料之組合，諸如內部金屬或非導電基板與高導電外部塗佈層。天線216的設計及位置置放於波導內，使得其在精確頻率或頻帶上諧振，以最大效率自一個末端至另一末端吸收及發射功率。

波導系統200傳輸的能量可由一或多個感測器實時量測。一或多個感測器可附接至波導系統200。一或多個感測器可附接至波導段204、208。可量測自微波發生器103發射的能量。可量測經由施用器108傳輸至岩石109中的能量。可在波導系統200中的兩個方向上量測能量，舉例而言，進入能量及退出能量。亦可量測傳輸及/或反射功率。可量測進入周圍環境的功率。藉由追蹤及/或量測能量及/或功率，使用者可看到實際施加於岩石及/或材料的功率及/或能量。此外，可使用能量傳輸及反射量測來判定溫度。這可為有益的，因為岩石的電磁特性可隨溫度變化。此類量測可指示一或多個接頭210的損耗程度。

在一些實施例中，一或多個感測器亦可用以追蹤岩石或材料表面處及/或內部開裂的可聞及/或可見指示。透地雷達亦可用於實時及/或退化後判定。

對本發明所述實施的各種修改對熟習此項技術者而言是顯而易見的，且本文界定的一般原則可施加於其他實施方式，而不偏離本發明的精神或範疇。因此，本發明並不旨在限於本文所示的實施，而是賦予與本文所揭示的專利申請範圍、原則及新穎特徵一致的最廣泛範疇。「實例」一詞在本文中專指「用作實例、例子、或說明」。除非另有說明，否則本文中描述為「實例」的任何實施不一定解譯為優先於或優於其他實施。

本發明中在分開實施的上下文中描述的某些特徵亦可在單個實施中組合實施。反之，在單個實施的上下文中描述的各種特徵亦可在多個實施中分開實施或在任意適合的子組合中實施。此外，儘管上文可將特徵描述為在某些組合中起作用，甚至最初亦如此主張，但在一些情況下，可自主張之組合中刪除一或多個特徵，且該主張之組合可指向子組合或子組合之變體。

類似地，雖然操作在圖式中以特定次序描繪，但這不應理解為此類操作需要以所示的特定次序或以順序次序執行，亦不需要執行所有操作以達成所需結果。此外，其他實施在以下申請專利範圍之範疇內。在一些情況下，申請專利範圍中聲明的動作可以不同次序執行，並仍然達成所需結果。

熟習此項技術者將理解，一般而言，本文使用的術語通常旨在作為「開放」術語（例如，術語「包括(including)」應解釋為「包括但不限於」，術語「具有(having)」應解釋為「至少具有」，術語「包括(includes)」應解釋為「包括但不限於」等）。熟習此項技術者將進一步理解，若引入請求項聲明的具體數目是有意的，則將在請求項中明確聲明此意圖，而在沒有此聲明的情況下，不存在此意圖。舉例而言，為幫助理解，以下所附專利申請範圍可含有介紹性片語「至少一者」及「一或多者」之使用，以引入請求項聲明。然而，此類片語之使用不應解譯為意謂由不定冠詞「一(a)」或「一(an)」引入的請求項聲明將含有此類引入之請求項聲明的任何特定請求項限制為含有僅一個此類聲明的實施例，即使同一請求項包括引導性片語「一或多者」或「至少一者」以及諸如「一(a)」或「一(an)」的不定冠詞（例如，「一(a)」及/或「一(an)」通常應解釋為是指「至少一者」或「一或多者」）；使用定冠詞用於引入請求項聲明亦是如此。此外，即使明確敘述引入請求項聲明的特定數目，熟習此項技術者將理解，此類聲明通常應解釋為意謂至少是所聲明數目（例如，沒有其他修飾語的「兩個聲明」的直接聲明，通常意謂至少兩個聲明、或者兩個或兩個以上聲明）。此外，在使用類似於「A、B、及C等中之至少一者」的約定情況下，一般而言，這一構造是在熟習此項技術者將理解所述約定的意義上進行的（例如，「具有A、B、及C中至少一者的系統」將包括但不限於具有單獨A、單獨B、單獨C、A與B一起、A與C一起、B與C一起、及/或A、B、及C一起等的系統）。在使用類似於「A、B、或C等中之至少一者」的約定情況下，一般而言，這一構造是在熟習此項技術者將理解所述約定的意義上進行的（例如，「具有A、B、或C中之至少一者的系統」將包括但不限於具有單獨A、單獨B、單獨C、A與B一起、A與C一起、B與C一起、及/或A、B、及C一起等的系統）。熟習此項技術者將進一步理解，無論在說明書、申請專利範圍、或圖式中，呈現兩個或兩個以上替代性術語的幾乎任何析取詞及/或片語均應理解為設想包括術語中之一者、術語中之任意者、或兩個術語的可能性。舉例而言，片語「A或B」將理解為包括「A」或「B」或「A及B」之可能性。

100:系統 103:微波發生器 104:可鉸接機械臂 105:施用器滑軌 107:處理室 108:微波施用器 109:岩石 110:控制系統 200:波導系統 204:第一波導段 208:第二波導段 210:可旋轉接頭 211:致動器 212:旋轉連接器 216:天線 216A:第一天線段 216B:第二天線段 219:側壁 220:開口 221:通道 222:凸緣 223:開口 224:第一開口 225:後壁或蓋 228:第二開口 235:軸承 237:襯套 A1:旋轉軸 A2:天線軸 A3:橫向軸 W1:第一波導軸 W2:第二波導軸

本發明的前述及其他特徵將自以下描述及所附申請專利範圍、以及結合隨附圖式變得更加明顯。理解這些圖式僅描繪根據本發明的幾個實施例，且並不認為是對其範疇之限制，將經由使用隨附圖式以額外特定性及細節描述本發明。在以下詳細描述中，參考構成本文的一部分的隨附圖式。在圖式中，除非上下文另有規定，否則類似符號通常標識類似組件。詳細描述、圖式、及申請專利範圍中描述的說明性實施例並不意謂是限制性的。可利用其他實施例，並可進行其他改變，而不偏離本文所呈現的標的物之精神或範疇。將容易理解，如本文一般描述並在圖式中示出的，本發明的諸態樣可以廣泛多種不同的組態來配置、替換、組合、及設計，所有這些組態均是明確設想的，並成為本發明的部分。

第1A圖是具有鉸接式波導的基於微波的岩石採礦系統的實施例之透視圖。

第1B圖是第1A圖的系統的鉸接式波導之透視圖。

第2圖是用於可旋轉連接第一波導段與第二波導段並可用於第1A圖及第1B圖的系統中的波導接頭的實施例之透視圖。

第3A圖及第3B圖是第2圖的波導接頭之透視圖，圖式波導段的各種旋轉定向。

第4A圖是第2圖的波導接頭之側視圖。

第4B圖是波導接頭之橫截面圖，沿包括第4A圖中所示軸A1、W1、及W2的平面截取，顯示接頭的內部天線之實施例的垂直段（如圖中定向）。

第5圖是第2圖的波導接頭之前視圖，顯示內部天線的水平段及垂直段（如圖中定向）的部分。

第6A圖是第4A圖及第5圖的內部天線及可旋轉連接器之前視圖，為清晰起見，與波導段隔離顯示。

第6B圖是內部天線及可旋轉連接器之橫截面圖，沿包括軸A1及A2的平面截取，如第6A圖中所示，顯示天線及連接器的各種特徵。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

200:波導系統

204:第一波導段

208:第二波導段

210:可旋轉接頭

211:致動器

212:旋轉連接器

216:天線

216A:第一天線段

216B:第二天線段

219:側壁

220:開口

221:通道

222:凸緣

223:開口

225:後壁或蓋

Claims (23)

1. 一種用於基於微波的岩石採礦系統，該系統包含： 一微波發生器； 一機械臂，其與該發生器連接並包含複數個波導段，其中該些波導段是剛性的並用以導引由該微波發生器產生的多個微波穿過其中，以用於施加於岩石，且其中該複數個波導段中之第一波導段與第二波導段在一接頭處可旋轉地附接在一起；及 一天線，其至少部分定位於該接頭內，該天線包含一第一伸長天線段及一第二伸長天線段，該第二伸長天線段附接至該第一天線段並自該第一天線段延伸，其中該第一天線段用以自該第一波導段接收多個微波，而該第二天線段用以將多個微波傳輸至該第二波導段中。
2. 如請求項1所述之系統，其中該天線為T形。
3. 如請求項1所述之系統，其中該接頭包含一可旋轉連接器，該可旋轉連接器將該第一波導段與該第二波導段可旋轉地附接在一起，且其中該天線不接觸該可旋轉連接器。
4. 如請求項1所述之系統，其中該接頭界定一旋轉軸，該第一波導段用以繞該旋轉軸相對於該第二波導段旋轉，且其中該第一天線段垂直於該旋轉軸定向。
5. 如請求項4所述之系統，其中該第二天線段平行於該旋轉軸定向。
6. 如請求項1所述之系統，其中該接頭界定一旋轉軸，該第一波導段用以繞該旋轉軸相對於該第二波導段旋轉，且其中該第二天線段平行於該旋轉軸定向。
7. 如請求項1所述之系統，其中該第一波導段及該第二波導段具有多個四邊形橫截面剖面。
8. 如請求項7所述之系統，其中該些橫截面剖面為矩形。
9. 如請求項1所述之系統，其中該接頭界定一旋轉軸，該第一波導段用以繞該旋轉軸相對於該第二波導段旋轉，且其中該第一波導段界定與該旋轉軸相交的一中心軸。
10. 如請求項9所述之系統，其中該中心軸與該第一天線段相交。
11. 如請求項1所述之系統，其中該接頭界定一旋轉軸，該第一波導段用以繞該旋轉軸相對於該第二波導段旋轉，且其中該第二波導段界定與該旋轉軸相交的一中心軸。
12. 如請求項11所述之系統，其中該中心軸與該第二天線段相交或抵接。
13. 如請求項1所述之系統，其進一步包含兩個或兩個以上接頭。
14. 如請求項1所述之系統，其進一步包含該機械臂的一末端處的一施用器，該施用器用以將該些微波聚焦成一波束。
15. 一種用於傳輸多個微波的波導系統，該系統包含： 複數個波導段，其中該些波導段是剛性的並用以導引多個微波穿過其中，且其中該複數個波導段中之第一段與第二段可旋轉地附接於一接頭處；及 一天線，其至少部分定位於該接頭內，該天線包含一第一伸長天線段及一第二伸長天線段，該第二伸長天線段附接至該第一天線段並自該第一天線段延伸，其中該第一天線段用以自該第一波導段接收多個微波，而該第二天線段用以將多個微波傳輸至該第二波導段中。
16. 如請求項15所述之系統，其中該接頭包含一可旋轉連接器，該可旋轉連接器將該第一波導段與該第二波導段可旋轉地附接在一起，且其中該天線不接觸該可旋轉連接器。
17. 如請求項15所述之系統，其中該接頭界定一旋轉軸，該第一波導段用以繞該旋轉軸相對於該第二波導段旋轉，且其中該第一天線段垂直於該旋轉軸定向。
18. 如請求項15所述之系統，其中該接頭界定一旋轉軸，該第一波導段用以繞該旋轉軸相對於該第二波導段旋轉，且其中該第二天線段平行於該旋轉軸定向。
19. 如請求項15所述之系統，其中該第一波導段及該第二波導段具有多個四邊形橫截面剖面。
20. 如請求項15所述之系統，其中該接頭界定一旋轉軸，該第一波導段用以繞該旋轉軸相對於該第二波導段旋轉，且其中該第一波導段界定與該旋轉軸相交的一中心軸。
21. 如請求項20所述之系統，其中該中心軸與該第一天線段相交。
22. 如請求項15所述之系統，其中該接頭界定一旋轉軸，該第一波導段用以繞該旋轉軸相對於該第二波導段旋轉，且其中該第二波導段界定與該旋轉軸相交的一中心軸。
23. 如請求項22所述之系統，其中該中心軸與該第二天線段相交。

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