NO881969L - Dielektrisk boelgeleder. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en dielektrisk bølgeleder for transmisjonen av elektromagnetiske bølger. Nærmere bestemt vedrører oppfinnelsen en dielektrisk bølgeleder som har middel for undertrykkelse av høyere ordensmodus.

Elektromagnetiske felt kjennetegnes ved nærværet av en elektrisk feltvektor E som er ortogonal på en magnetisk feltvektor H. Oscillasjonen av disse komponenter frembringer en resultantbølge som beveger seg i fritt rom med lysets hastighet og er på tvers av begge feltvektorer. Effekt-størrelsen og retningen av denne bølge oppnås fra Poynting-vektoren gitt ved:

Elektromagnetiske bølger kan eksistere i både ubundne media (fritt rom) og bundne media (slik som koaksialkabel eller bølgeleder). Denne oppfinnelse vedrører oppførselen av elektromagnetisk energi i et bundet medium og i særdeleshet i en dielektrisk bølgeleder.

For at forplantning av elektromagnetisk energi skal finne sted i et bundet medium, er det nødvendig at Maxwell's ligninger tilfredsstilles når de passende grensebetingelser anvendes.

I en konvensjonell metallbølgeleder er disse betingelser at tangensialkomponenten for det elektriske feltet Et er null ved metallgrensen og også at normalkomponenten av den magnetiske flukstetthet, Bn, er null.

Oppførselen av en slik bølgelederkonstruksjon er godt forstått. Under eksitering fra eksterne frekvenskilder vil karakteristiske feltfordelinger eller modi bli satt opp. Disse modi kan styres ved variasjoner av frekvens, bølge-lederform og/eller dimensjon. For rektangulære formål, slik som rektangler, kvadrater eller sirkler, betyr de veldefinerte grensebetingelser at operasjon over et bestemt sekvensbånd som anvender en bestemt modus garanteres. Dette er tilfelle med de fleste rektangulære bølgeledersystemer som opererer i en ren TE^q modus. Dette er kjent som den dominante modus ved at den er den første modus som møtes ettersom frekvensen økes. TEmntypebetegnelsen angir antallet av halve sinusfelt variasjoner langs henholdsvis x og y aksene.

En annen familie av modi i standard rektangulære bølgeledere er TMmnmodi, som behandles på den samme måte. De er differensiert ved det faktum at TEmnmodi ikke har noen Ez komponent, mens TMmnmodi ikke har noen Hz komponent.

En dielektrisk bølgeleder er omhandlet i US patent 4.463.329. Denne bølgeleder har ikke slike veldefinerte grensebetingelser. I en slik dielektrisk bølgeleder vil felt eksistere i beleggmediumet av polytetrafluoretylen (PTFE). Deres størrelse vil avta eksponentielt som en funksjon av avstanden vekk fra kjernemediumet. Dette fenomen betyr også, i motsetning til konvensjonelle bølgeledere, at tallrike modi kan, i en viss grad, understøttes i bølgelederen, avhengig av forskjellen i dielektrisitetskonstant mellom nevnte media, driftsfrekvensen og de fysiske dimensjoner som er involvert. Nærværet av disse såkalte "høyere ordens" modi er uønsket ved at de ekstraherer energi vekk fra den dominante modus, hvorved bevirkes for stort tap. De bevirker, i visse tilfeller alvorlige amplituderippel og de bidrar til dårlig fasestabilitet under tilstander med bøyning.

Et overføringshorn som anvendes i forbindelse med en bølgelederinnsnevrer utfører en kompleks impedanstrans-formasjon fra konvensjonell bølgeleder til den dielektriske bølgeleder. Teknikker, slik som den endelige elementmetoden kan anvendes til å foreta den transformasjon så effektivt som mulig. Imidlertid vil nærværet av en hvilken som helst impedansdiskontinuitet resultere i eksiteringen av høyere ordens modi.

Ifølge den foreliggende oppfinnelse er der tilveiebragt en dielektrisk bølgeleder for transmisjonen av elektromagnetiske bølger, omfattende en kjerne av PTFE, ett eller flere lag av PTFE-belegg omviklet rundt kjernen, og et modus under-trykningslag av et elektromagnetisk tapsbringende materiale som dekker belegget. Modus undertrykningslaget er fortrinnsvis en tape av karbon-fylt PTFE. Kjernen kan være ekstrudert, usintret PTFE; ekstrudert, sintret PTFE; ekspandert, usintret, porøs PTFE; eller ekspandert, sintret, porøs PTFE. Kjernen kan inneholde et fyllmaterlale. Belegglaget eller hvert belegglag kan være av ekstrudert, usintret PTFE; ekstrudert, sintret PTFE; ekspandert, usintret, porøs PTFE; eller ekspandert, sintret, porøs PTFE. Et slikt belegglag kan inneholde et fyllmateriale. Den dielektriske bølgelederen kan ha et elektromagnetisk skjermende lag som dekker modus undertrykningslaget som, fortrinnsvis, er aluminisert Kapton® polyimidtape. Den dielektriske bølgelederen kan ytterligere omvikles med en tape av karbon-fylt PTFE.

En dielektrisk bølgeleder som omfatter oppfinnelsen skal nå særlig beskrives I eksempels form, med henvisning til de vedlagte tegnigner. Figur 1 er et sidevertikalriss, med deler bortkuttet for illustrasjonens formål, av den dielektriske bølgeleder og som viser en overfører. Figur 2 er et tverrsnittriss av den dielektriske bølgelederen tatt langs linjen 2-2 i figur 1.

Den dielektriske bølgelederen for transmisjonen av elektromagnetiske bølger og som skal beskrives nedenfor i nærmere detalj, omfatter en kjerne av polytetrafluoretylen (PTFE), ett eller flere lag av PTFE-belegg som er omviklet rundt kjernen, et modusundertrykkende lag av et elektromagnetisk tapsbringende materiale som dekker belegget og et elektromagnetisk skjermende lag som dekker modusundertryknlngslaget. Det modusundertrykkende laget er fortrinnsvis en tape av karbon-fylt PTFE. Et annet elektromagnetisk tapsbringende materiallag kan anbringes rundt skjermen til å absorbere eventuell uvedkommende energi.

Operasjonen av bølgelederen som skal beskrives er basert på det premiss at, I motsetning til den ønskede ledede modus i en dielektrisk bølgeleder, eksisterer de høye ordensmodi i en langt større utstrekning i belegget. Når dette er tilfellet, blir et modusundertrykkende lag anbragt rundt belegget til å absorbere de uønskede modi, ettersom de treffer mot grenseskiktet mellom belegget og det frie rom. Når man gjør dette, må man være forsiktig med ikke å avkorte den elektriske feltfordelingen for den ønskede ledede modus, ettersom den også avtar eksponentielt inn i belegget. Dette styres ved mengden av belegg som anvendes. Det såkalte modusundertryknignslaget kan være av karbon-fylt PTFE. Et skjermende lag kan anbringes rundt modusundertryknignslaget og et annet elektromagnetisk tapsbringende materiallag kan anbringes rundt skjermen til å absorbere eventuell uvedkommende energi.

Figur 1 viser en dielektrisk bølgeleder ifølge oppfinnelsen, med deler av den dielektriske bølgelederen bortkuttet for illustrasjonens formål. Når overføreren 20 med konvensjonell flens 21 kobles til den dielektriske bølgelederen 10, innenfor setet 12' angitt med de stiplede linjer, går elektromagnetisk energi inn i overføreren 20. En Impedans-transformasjon utføres i innsnevringen 13 av kjernen 12 på bølgelederen 10 slik at energien kobles effektivt inn i kjernen 12 hos den dielektriske bølgelederen 10. Så snart den er fanget av kjernen 12, finner forplantningen sted gjennom kjernen 12 som er omgitt av belegg 14. Kjernen 12 er av polytetrafluoretylen og belegget 14 er av polytetrafluoretylen, fortrinnsvis ekspandert, porøs polytetrafluoretylen-tape som er omviklet over kjernen 12. For plantning anvender kjerne/belegg-grenseskiktet til å utnytte energien. Modusundertryknlngslaget 15 dekker belegget 14. Laget 15 er et lag av elektromagnetisk tapsbringende materiale. Fortrinnsvis er modusundertryknlngslaget 15 karbon-fylt PTFE-tape omviklet om belegget 14.

For å hindre kryss-kobling eller interferens fra eksterne kilder, er den elektromagnetiske skjerm 16 tilveiebragt samt en ekstern absorberer 18. Skjermen er fortrinnsvis av aluminisert Kapton® polyimidtape, og absorbereren er fortrinnsvis karbon-fylt PTFE-tape.

Figur 2 er et tverrsnittriss av dielektrisk bølgeleder 10 tatt langs linjen 2-2 i figur 1 og viser rektangulær kjerne 12 omviklet med tape 14 dekket av modusundertryknignslag 15 og viser skjermlag 16 og absorbererlag 18.

Claims (10)

1. Dielektrisk bølgeleder for transmisjonen av elektromagnetiske bølger, omfattende en kjerne av PTFE (polytetrafluoretylen) (12), karakterisert ved ett eller flere lag (14) av PTFE belegg omviklet rundt nevnte kjerne, og et modusundertryknignslag (15) av et elektromagnetisk tapsbringende materiale som dekker nevnte belegg.

2. Dielektrisk bølgeleder som angitt i krav 1, karakterisert ved at det nevnte modusundertryknignslag (15) er en tape av karbon-fylt PTFE.

3. Dielektrisk bølgeleder som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at den nevnte kjerne (12) er av ekstrudert, sintret eller usintret PTFE.

4. Dielektrisk bølgeleder som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at nevnte kjerne (12) er av ekspandert, sintret eller usintret, porøs PTFE.

5 . Dielektrisk bølgeleder som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at nevnte kjerne (12) inneholder et fyllmateriale.

6 . Dielektrisk bølgeleder som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at belegglaget eller hvert nevnte belegglag (15) er av ekstrudert, sintret eller usintret PTFE.

7. Dielektrisk bølgeleder som angitt i et hvilket som helst av kravene 1 - 5, karakterisert ved at belegglaget eller hvert belegglag (15) er av ekspandert, sintret eller usintret, porøs PTFE.

8. Dielektrisk bølgeleder som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved at belegglaget eller hvert nevnte belegglag (15) inneholder et fyllmaterlale.

9. Dielektrisk bølgeleder som angitt i et hvilket som helst foregående krav, karakterisert ved et elektromagnetisk skjermende lag (16) som dekker nevnte modusundertrykningslag.

10. Dielektrisk bølgeleder som angitt 1 krav 9, karakterisert ved at den er omviklet med en absorberer (18) av karbon-fylt PTFE.