本發(fā)明涉及可用于太赫茲頻率范圍內(nèi)的波導，所述波導是柔性的并且可在某種程度上被彎曲和扭轉(zhuǎn)多次。其基于電介質(zhì)波導。

背景技術：

為了在太赫茲范圍內(nèi)引導電磁波，在大多數(shù)情況下使用波導。這樣的波導提供足夠高的傳輸質(zhì)量，但是它們具有不能被彎曲的剛性的結構。特別地當使用在測試設置中時，有時需要去適應信號輸入輸出的機械公差。在較低頻率下，當可以使用像是同軸線纜的線纜時，裝置之間的線纜布線非常簡單，因為線纜是柔性的并且可適應于各種需要。此外，可以使用鉸接線。這些相對昂貴。

德國專利DE 32 34 699 C2公開了由波紋管體制成的用于毫米波的柔性波導。該管體可以至少以大的半徑和小的角度彎曲。使該管體適應可包括亞毫米波長的太赫茲范圍中的頻率會使得管體極其昂貴且易碎。

德國公布DE 32 44 746 Al公開了使用電介質(zhì)波導的用于毫米波的柔性波導。這里，電介質(zhì)波導具有波紋外輪廓以增大柔性。這樣的波導甚至可以以相對小的半徑彎曲。缺點是它具有相對高的損耗并且以相對高的水平輻射。

另一個電介質(zhì)波導解決方案公開在德國公布DE 21 15 380中。該電介質(zhì)波導在其末端處和其長度上由桿(post)支撐。該電介質(zhì)波導可被彎曲，但是它需要相對復雜的支撐手段并且必須與任何其它物體保持距離。

歐洲專利EP 0 304 141 B1公開了內(nèi)建進線纜中的電介質(zhì)波導。該線纜可以被彎曲以及像線纜一樣以其它方式操作。缺點是它的具有圍繞電介質(zhì)芯體的多個層的相對復雜的結構。這些附加的層引起更高頻率下不期望的損耗。由于其復雜結構該電介質(zhì)波導相對昂貴。

另一基于電介質(zhì)波導的線纜公開在美國專利US 6,573,813 B1中。該線纜也非常復雜和昂貴。

具有電介質(zhì)內(nèi)導體和金屬化的外導體的同軸波導線纜公開在EP 2 363 913 Al中。內(nèi)導體由包括從中心軸環(huán)(collar)向外輻射的多個臂的環(huán)形盤或底座墊片(bay spacer)支撐。

CN 102478410 A公開了光纖傳感器。光纖傳感器被保持在管體中，當管體變形時光纖被彎曲或延伸。因此管體的變形改變了光纖的衰減。

US 5,215,338 A公開了用于線纜的柔性支撐護套、軟管等。它具有內(nèi)孔，包括外絕緣材料的完整的線纜通過該內(nèi)孔送入。

GB 489 007 A公開了具有用于保持中心導體的螺旋支撐結構的同軸線纜。

US 3,365,534公開了具有由電介質(zhì)絞線保持的內(nèi)導體的同軸線纜。

EP 0 318 198 Al公開了電介質(zhì)線纜，該電介質(zhì)線纜具有由覆層包圍的芯體。

技術實現(xiàn)要素：

要由本發(fā)明解決的問題是以相對低的成本提供用于RF信號的波導，所述波導可用于千兆赫茲或太赫茲頻率范圍內(nèi)，且所述波導是柔性的并且因此優(yōu)選地是可彎曲和可扭轉(zhuǎn)的。操作應與線纜是可比的。

在獨立權利要求中描述了問題的解決方案。從屬權利要求涉及本發(fā)明的進一步改進。

此處，太赫茲頻率范圍被認為是從0.1THz到10THz的頻率范圍。盡管這是用于本發(fā)明的優(yōu)選的頻率范圍，顯然本發(fā)明也會以更高和/或更低的頻率工作。

在優(yōu)選的實施例中，柔性波導組件包括柔性波導線纜和至少一個波導凸緣連接器。優(yōu)選地，柔性波導線纜具有兩個末端，第一波導凸緣連接器在其第一末端處，第二波導凸緣連接器在其第二末端處?？赡苡邢袷峭S連接器的其它連接器在柔性波導線纜的末端處。也可能有不同類型的連接器在柔性波導線纜的不同末端處。

柔性波導線纜至少包括被包含和/或包圍在管體內(nèi)的電介質(zhì)波導芯體。一般地，管體可以是外套膜。優(yōu)選地，管體包括形成分段管體的多個管體段。通過參考這樣的分段管體公開進一步的實施例作為最優(yōu)選的實施例，盡管顯然可以使用任何其它種類的管體。優(yōu)選地，相鄰管體段之間的至少一個連接是可傾斜的和/或可樞轉(zhuǎn)的。進一步優(yōu)選的是電介質(zhì)波導芯體被線(threads)、絲(filaments)或繩(strings)(此處稱作線)保持在管體內(nèi)，并且最優(yōu)選地是保持在管體段內(nèi)。不像是同軸系統(tǒng)，分段管體沒有主波傳輸(primary wave transmission)功能。它只用作電介質(zhì)波導芯體的機械支撐和機械保護。

RF信號的傳輸通過電介質(zhì)波導芯體單獨地執(zhí)行。波導優(yōu)選地不同于引導TEM波的同軸線纜或者用于引導TE或TM波的金屬波導。代替的，優(yōu)選的是電介質(zhì)波導芯體傳送具有所有六個場分量的雜波。

在緊靠電介質(zhì)波導芯體處可能有近場。電介質(zhì)波導芯體優(yōu)選地包括具有高于空氣的介電系數(shù)的電介質(zhì)材料。最優(yōu)選地，電介質(zhì)波導芯體包括具有低介電損耗的材料。進一步優(yōu)選的是，電介質(zhì)波導芯體的材料是相對同質(zhì)的，以減少損耗、反射和輻射。最優(yōu)選地，電介質(zhì)波導芯體包括聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯(PE)或高密度聚乙烯(HDPE)中的至少之一。電介質(zhì)波導芯體可具有不同的截面。優(yōu)選地它具有矩形、橢圓或圓形截面。波導芯體的尺寸優(yōu)選地適應于RF信號的頻率，所述RF信號的頻率可以在從千兆赫茲到太赫茲的范圍。用于RF信號的電介質(zhì)波導不同于具有圍繞芯體的附加的覆層的光纖。其進一步的在使用的傳輸模式上不同。

如果像是金屬部分的導電體或者甚至另一電介質(zhì)波導芯體緊密靠近電介質(zhì)波導芯體，則電介質(zhì)波導芯體可能輻射或者呈現(xiàn)更高的衰減。兩電介質(zhì)波導芯體的緊密接近還會導致交叉耦合。這些不利影響隨著電介質(zhì)波導芯體的彎曲或扭轉(zhuǎn)增加。因此，分段管體的另一目的是，至少保持在電介質(zhì)波導芯體和其它元件之間的最小距離。優(yōu)選的是，分段管體以及最優(yōu)選地單獨的管體段包括隔離材料。優(yōu)選地，分段管體和最優(yōu)選地管體段包括塑料材料。進一步優(yōu)選的是，塑料材料自身是損耗材料，維護(assert)電介質(zhì)波導芯體的任何輻射信號的介電損耗。可替換地，管體段可包括有這樣的介電損耗材料或可被介電損耗材料覆蓋(像是涂布或涂覆)。這樣的介電損耗材料可以是碳。在另一實施例中，至少一個管體段包括導電材料和/或金屬。這樣的管體段可由黃銅制成或可具有帶金屬涂覆的塑料體。這樣金屬化的或金屬的管體段和其組成的管體可具有一些屏蔽效果，但是不參與傳導電磁波或RF信號。

本發(fā)明解決的另一問題是要保持電介質(zhì)波導芯體在分段管體內(nèi)。測試已經(jīng)示出，保持電介質(zhì)波導芯體精確地在分段管體的中心處不是必要的。代替的，保持電介質(zhì)波導芯體近似地在中心處就足夠了。因此，在彎曲或扭轉(zhuǎn)分段管體期間，電介質(zhì)波導芯體稍微改變其位置是可接受的。這對于電介質(zhì)波導芯體的傳輸特性沒有顯著影響。在有多個電介質(zhì)波導芯體在共同的管體的實施例中，電介質(zhì)波導芯體應被布置為保持彼此間和到管體壁的最大距離。另一方面，理想的是，以到導電介質(zhì)波導芯體的最小接觸將電介質(zhì)波導芯體保持在分段管體內(nèi)。保持手段應具有與電介質(zhì)波導芯體的最小接觸表面。這個問題通過由線(絲)保持電介質(zhì)波導芯體來解決。優(yōu)選地，線是細且柔性的構件，其能主要地承受拉力。線可具有顯著地小于如從現(xiàn)有技術可知的釘、臂或盤的截面，并因此使得更少的電介質(zhì)材料靠近電介質(zhì)波導芯體。優(yōu)選地，這些線在與管體的中心軸近似地呈直角的平面中橫貫分段管體。優(yōu)選地，線是可以是像是尼龍的材料的塑料材料，并且具有與電介質(zhì)波導芯體的厚度相比較小的直徑。優(yōu)選地，線具有圓形截面，這允許將線與正與線接觸的電介質(zhì)波導芯體之間的接觸面積最小化。最優(yōu)選地，有至少兩條線在與電介質(zhì)波導芯體的中心軸呈直角的近似同一平面中，優(yōu)選地在線之間形成90度角。優(yōu)選的是，線形成交叉，交叉的軸接近分段管體中心軸。優(yōu)選地，電介質(zhì)波導芯體被保持在管體的中心。

在實施例中，可以有兩對線形成電介質(zhì)波導芯體適合的間隙用于保持電介質(zhì)波導芯體。在可替換的實施例中，電介質(zhì)波導芯體可迂回通過多對細線的交叉點，這些交叉點在分段管體的中心軸方向上被分隔開。

在另一實施例中，可有薄的保持板或膜近似地與分段管體的中心軸呈直角。它們優(yōu)選地包括電介質(zhì)材料。

分段管體允許引導和保護電介質(zhì)波導芯體。由于段是相對于彼此可傾斜的且可樞轉(zhuǎn)的，管體可以被彎曲和/或扭轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，至少一個管體段具有弧形外接口部分以接合另一管體段的弧形內(nèi)接口部分。最優(yōu)選地，至少一個管體段具有弧形外接口部分和弧形內(nèi)接口部分。這些部分可通過連接部分連接。第一管體段通過第一管體段的弧形外接口部分保持到第二管體段，與第二管體段的弧形內(nèi)接口部分重疊。優(yōu)選的是，弧形外接口部分和弧形內(nèi)接口部分具有彼此適合的球面段形狀。為了組裝管體段，優(yōu)選地在第一管體段的弧形外接口部分在第二管體段的弧形內(nèi)接口部分上方的情況下推和/或卡接第一管體段。為限制傾斜和樞轉(zhuǎn)的程度，可設置凹陷和突起。優(yōu)選地，在弧形內(nèi)接口部分的外側有外突起，外突起優(yōu)選地形成突起緣。這可與設置在弧形外接口部分的內(nèi)側的內(nèi)突起接合。傾斜僅對第一管體段的外突起與第二管體段的內(nèi)突起接觸的角度是可能的。為了限制樞轉(zhuǎn)的程度，可在弧形外接口部分的內(nèi)側處設置第二內(nèi)突起，并且可在管體段的弧形內(nèi)接口部分處設置外凹陷。外凹陷與第二內(nèi)突起接合。第二內(nèi)突起具有等于或小于外凹陷的寬度的寬度。如果寬度近似地相同，則樞轉(zhuǎn)是不可能的。與第二內(nèi)突起相比外凹陷越大，樞轉(zhuǎn)的程度越大。一般地，可使用凹陷代替突起，而使用突起代替凹陷。此外優(yōu)選的是，至少一個管體段具有至少一個用于保持電介質(zhì)波導芯體的手段。優(yōu)選地，這意味著包括至少一個第一線和第二線。進一步優(yōu)選的是，第一線和第二系線被布置成近似地呈直角以形成具有接近分段管體的中心部分的交叉點的交叉。電介質(zhì)波導芯體可被這些線保持成接近分段管體的中心。

在優(yōu)選實施例中，分段管體的至少一個末端(優(yōu)選地兩個末端都)被連接到波導凸緣連接器。這樣的波導凸緣連接器優(yōu)選地包括第一管體適配器，該適配器優(yōu)選地調(diào)整成適合于管體段。附加到管體適配器優(yōu)選地是至少一個用于接合電介質(zhì)波導芯體的接口部件。進一步優(yōu)選的是，這些接口部件還提供電介質(zhì)波導芯體的機械固定，使得如果例如柔性波導線纜被彎曲成小半徑，電介質(zhì)波導芯體也不能被拉出接口部件。此外，接口部件可使電介質(zhì)波導芯體適應于中空(hollow)的金屬波導。這可以通過電介質(zhì)波導芯體的錐形末端完成。

附圖說明

以下將通過示例的方式描述本發(fā)明，而沒有對總體的發(fā)明構思的限制，基于參照附圖的實施例的示例。

圖1示出了柔性波導組件。

圖2示出了呈直的形式的柔性波導組件。

圖3示出了柔性波導組件的截面視圖。

圖4示出了耦接在一起的一些管體段。

圖5示出了與分段管體的中心軸成直角的視圖。

圖6示出了分段管體的透視圖。

圖7示出了管體段的第一視圖。

圖8示出了管體段的第二視圖。

圖9示出了管體段的截面視圖。

圖10示出了傾斜的管體段。

圖11a到11d示出了保持線的第一實施例。

圖12a和12b示出了通過交叉的線的另一種支撐。

圖13a和123b示出了具有不相交線的另一實施例。

圖14示出了三條線。

圖15示出了圖13a、13b的組合。

圖16更詳細地示出了波導凸緣連接器。

具體實施方式

在圖1中，示出柔性波導組件10。它包括柔性波導線纜11，第一波導凸緣連接器12在該柔性波導線纜11的第一末端處，第二波導凸緣連接器13在其第二末端處。在示出的實施例中，柔性波導組件被彎曲成環(huán)并且被扭轉(zhuǎn)。

在圖2中，圖1的柔性波導組件10以未被彎曲和扭轉(zhuǎn)的直的形式示出。此處的組件具有與圖1中的實施例數(shù)量不同的管體段。由于柔性設計，可選擇任何數(shù)量的管體段帶來寬范圍的長度。

在圖3中，示出了圖2的波導組件的截面視圖。在組件10的中心，有電介質(zhì)波導芯體40通過逼近通過電介質(zhì)波導芯體的長度的軸來定義電介質(zhì)波導芯體軸。柔性波導線纜11包括多個管體段20a到20p。如果這些以直的形式對齊，它們形成具有分段管體中心軸的分段管體。分段管體的左末端連接到包括第一管體適配器34的第一波導凸緣連接器12，該第一管體適配器34優(yōu)選地被調(diào)整成適合于管體段的弧形內(nèi)接口部分。在分段管體的右側是包括第二管體適配器36的第二波導凸緣連接器13，該第二管體適配器36優(yōu)選地被調(diào)整成適合于管體段的弧形外接口部分。附接到這些第一和第二管體適配器的優(yōu)選地是用于接合電介質(zhì)波導芯體的接口部件33、34。進一步優(yōu)選的是，這些接口部件還提供電介質(zhì)波導芯體的機械固定，使得例如如果柔性波導線纜被彎曲成小半徑，電介質(zhì)波導芯體也不能被拉出接口部件。此外，接口部件可使電介質(zhì)波導芯體適應于中空的金屬波導。這可以通過電介質(zhì)波導芯體的錐形末端完成。連接到接口部件可通過任何連接手段，像是與波導凸緣31組合的中空金屬波導32。

在圖4中，示出了一些耦接在一起的管體段20。有附接到管體段的第二線44和第一線(這個截面視圖中未示出)用于保持電介質(zhì)波導芯體40。由于這個特定的布置，電介質(zhì)波導芯體可被輕微地彎曲。管體段可通過將弧形外接口部分卡接在另一管體段的弧形內(nèi)接口部分上來連接到彼此。這可帶來形式適合。盡管這個實施例示出了具有一個弧形外接口和一個弧形內(nèi)接口的管體段，本發(fā)明用具有兩個弧形外接口或兩個弧形內(nèi)接口的管體段也會工作，只要一個弧形內(nèi)接口和一個弧形外接口被連接。此外，在這幅圖中，標示了第一波導位置48和第二波導位置49。沿著圖中管體軸從左向右看，第一位置48可在由第一管體段中的交叉線形成的左上象限中，而第二位置49在由第二管體段中的交叉線形成的右下象限中。在本實施例中，線不在管體段的末端處，而是在球面形的弧形外接口部分的中心處。在可替換的實施例中，線可在管體段的任何位置。

在圖5中，示出了與管體段的中心軸成直角的視圖。這里，可看到保持電介質(zhì)波導芯體40接近分段管體中心的第一線41和第二線42。

在圖6中，示出了分段管體的透視圖。這里，可以看到多個第一線41和第二系線42。進一步可看到，電介質(zhì)波導芯體40如何迂回通過第一和第二線對的序列。

在圖7中，示出了管體段的第一視圖。管體段具有弧形外接口部分21、連接部分22以及弧形內(nèi)接口部分23。優(yōu)選的是，弧形內(nèi)接口部分23具有形成圍繞弧形內(nèi)接口部分23的突起緣的外突起24。在這個突起24中，可以有像是槽口25的外凹陷。此外，可看到具有交叉的形狀并且交叉成近似90度的角度的第一線41和第二系線42。

在圖8中，來自之前的圖7的視圖的相對側的管體段的第二視圖。這里，可以看到弧形外接口部分21內(nèi)的內(nèi)突起26。進一步有用于接合外凹陷25以限制相鄰管體段的樞轉(zhuǎn)或旋轉(zhuǎn)的第二內(nèi)突起27。內(nèi)突起26可與外突起24接合并限制相鄰管體段之間的傾斜角度。

圖9示出了由之前的圖示出的管體段的截面視圖。

在圖10中，示出了傾斜的管體段。這里，例如管體段20c相對于管體段20b傾斜。顯然的是，不僅僅是本示例中示出的段可以被傾斜。所有其它段也可以被傾斜以獲得弧形的波導線纜。此外，管體段可以被樞轉(zhuǎn)(繞小角度旋轉(zhuǎn))，例如由箭頭29標示的，圍繞管體段的中心軸的樞轉(zhuǎn)移動。為獲得更大角度，優(yōu)選地多個管體段是可樞轉(zhuǎn)的，最優(yōu)選地所有管體段都是可樞轉(zhuǎn)的。這允許線纜的扭轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)是重要的特征，特別是在柔性波導組件具有波導連接器的情況下，因為這些波導連接器只能以某個樞轉(zhuǎn)角度被安裝。不同的樞轉(zhuǎn)角度必須由可扭轉(zhuǎn)的、柔性的波導線纜補償。

在以下附圖中，示出了保持線的實施例。此處術語線用于像是包括電介質(zhì)和非導電材料的結構的絲。線可通過管體段主體中的洞保持。在可替換的實施例中，線可以被鑄造或成型。例如，可以有被插入管體段的第一線41和第二線42的鑄造的交叉。此外，至少線之一可與管體段一體鑄造。

在圖11a到11d中，示出了保持線的第一實施例。圓圈示意性地標示了沿著管體的中心軸的視圖，類似于圖5中示出的視圖。優(yōu)選地。每個圓圈都示出了具有其線布置的管體段。顯然，多個線可被附接到相同的管體段，這例如可使得兩個或更多如下所示的這些圓圈要在相同的管體段內(nèi)被實現(xiàn)?？商鎿Q地，可以有線在每個第二、第三或更大編號的管體段內(nèi)。根據(jù)圖11a，有具有線42(在這個視圖中可以是豎直的)的第一管體段引導電介質(zhì)波導芯體至其右。如圖11b中所示，接下來的管體段可具有優(yōu)選地與之前的線成直角的線41，在這個實施例中線41將電介質(zhì)波導芯體40支撐在其頂部上。如圖11c中所示，第三管體段可再次具有豎直線42，此時將電介質(zhì)波導芯體40支撐在其左側。最后，有另一水平線41如圖11d中所示，該線41將電介質(zhì)波導芯體40支撐在其底部。顯然，線的取向與管體的取向相關。這意味著如果管體被旋轉(zhuǎn)，線的取向隨著管體旋轉(zhuǎn)。通過線保持電介質(zhì)波導芯體的基本概念是通過由線可替換地將電介質(zhì)波導芯體支撐在其不同側上。如果電介質(zhì)波導芯體具有一定硬度，這工作良好，其中如果電介質(zhì)波導芯體由例如HDPE制成就會具有一定硬度。這種支撐允許管體內(nèi)電介質(zhì)波導芯體的非常簡單的安裝。由于低數(shù)量的接觸和電介質(zhì)波導芯體與線之間的低接觸面積，這對信號傳輸幾乎沒有影響。最后，在管體被傾斜和/或樞轉(zhuǎn)時，電介質(zhì)波導芯體在一定程度上可移動以跟隨這個移動。在這幅圖中示出的實施例中，可使用兩個不同種類的管體段，一個具有水平線而另一個具有垂直線?？商鎿Q地，管體段可被安裝成旋轉(zhuǎn)約90度。

在圖12a和12b中，示出了類似于之前的附圖但是現(xiàn)在使用交叉的線的另一種支撐。在圖12a中，有優(yōu)選地具有交叉點的兩條線41和42。如圖12a中所示，電介質(zhì)波導芯體40被支撐在交叉點的一側，在本示例中是右上側。根據(jù)圖12b，接下來的管體部分具有線41、42的交叉點，該交叉點將電介質(zhì)波導芯體40支撐在其相對側，在本示例中是左下側。與之前的圖中示出的實施例相反的是，這個實施例對每個段使用相同類型的線，并且?guī)砀鼊傂缘碾娊橘|(zhì)波導芯體支撐。在本實施例中，線在管體段的中心處交叉。在另一實施例中，線的交叉從管體的中心偏移，使得電介質(zhì)波導芯體被保持在管體段的中心處。

在圖13a中，在近似地豎直的方向上的兩個近似地平行且非交叉的線41、42保持電介質(zhì)波導芯體40在水平方向上。電介質(zhì)波導芯體可在豎直方向上稍微地滑動。為將它保持在豎直方向上，根據(jù)圖13b，設置兩個進一步近似地平行且非交叉的線41、42。

在圖14中，示出由管體段以約120度角度差保持的三條線41、42、43。在可替換的實施例中，可以有由管體段以約90度角度差保持的四條線。

在圖15中，通過使用第一線41、第二線42、第三線43和第四線44，在單個的管體段內(nèi)示出了圖13a和13b的組合。這帶來了電介質(zhì)波導芯體40的非常牢固的支撐。

在圖16中，更詳細地示出了波導凸緣連接器。接口部件33、34形成一斜坡，用于與左邊的中空金屬波導連續(xù)阻抗匹配，通過凸緣31連接至電介質(zhì)波導芯體40。此外，電介質(zhì)波導芯體在其末端38是錐形的。

附圖標記列表

10 柔性波導組件

11 柔性波導線纜

12 第一波導凸緣連接器

13 第二波導凸緣連接器

14 分段管體

20a-p 管體段

21 弧形外接口部分

22 連接部分

23 弧形內(nèi)接口部分

24 外突起

25 外凹陷

26 內(nèi)突起

27 第二內(nèi)突起

29 樞轉(zhuǎn)方向

31 波導凸緣

32 中空金屬波導

33、34 接口部件

35 第一管體適配器

36 第二管體適配器

37 斜坡

38 電介質(zhì)波導芯體的錐形末端

40 電介質(zhì)波導芯體

41 第一線

42 第二線

43 第三線

44 第四線

48 第一電介質(zhì)波導位置

49 第二電介質(zhì)波導位置