射频波导
阅读：720发布：2020-05-12
专利汇可以提供射频波导专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且描述了一种包括至少一个折叠薄片(3)的射频(RF) 波导 ，其中所述薄片(3)包括一个由塑料制成的第一层(1)，以及至少一个由导电材料制成的第二层(2)。而且描述了一种用于制作这样一种RF波导的方法加一种执行所述方法的设备。，下面是射频波导专利的具体信息内容。
1.一种射频RF波导，由两个相邻的材料层的薄片制成，所述薄片转换成管状，第一层由塑料制成，第二层由导电材料制成，其特征在于，所述由导电材料制成的第二层仅具有传输电磁波所要求的趋肤深度定义的厚度，以及当转换成管状时，所述薄片的第一边缘末端区域通过弯边与所述薄片的第二边缘末端区域连接，其中所述第一层是管状薄片的内层，所述第二层是所述管状薄片的外层。
2.根据权利要求1的RF波导，其特征在于，所述薄片产生压纹或波纹。
3.根据权利要求1的RF波导，其特征在于，所述由导电材料制成的第二层的厚度在
10um到100um之间。
4.根据权利要求1的RF波导，其特征在于，所述由塑料制成的第一层由聚烯烃或聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺制成。
5.根据权利要求1的RF波导，其特征在于，所述由导电材料制成的第二层具有开口。
6.一种用于制造根据之前的权利要求之一的RF波导的方法，其特征在于，以下步骤：
-用一种导电材料层压一个塑料箔，以得到一个具有一个塑料箔的第一层以及一个导电材料的第二层的组合的层压薄片，以及
-将所述组合的层压薄片转换成基本上圆筒形管状，其中当转换成管状时，所述薄片的第一边缘末端区域通过弯边与所述薄片的第二边缘末端区域连接，其中所述第一层是管状薄片的内层，所述第二层是所述管状薄片的外层。
7.一种同轴电缆，包括一个根据权利要求1的波导。
射频波导
技术领域
[0001] 本发明涉及一种包括至少一个折叠薄片的射频(RF)波导。
背景技术
[0003] 现今RF-电缆，特别是RF同轴电缆，以及RF-波导(在下文通过术语波导包括)的必要的例如侧压力和抗拉刚度的机械性能，使用直径或壁厚度足够大以提供所需要的机械性能的电导体获得。因此所述电导体的壁厚度和/或直径的尺寸远大于实现传输高频信号的实际功能所需要的尺寸。实现上面具体提及的实际功能所需要的尺寸通过通常所说的趋肤深度或通过通常所说的趋肤效应定义。因此在波导内传导特别是以电磁波形式的高频或RF信号发生在一个靠近电导体的表面的薄区域内。所述表面的取向，例如关于一个RF同轴电缆，其内表面或外表面，在其之下进行电磁波传导，通过电导体相对于彼此的布置定义。
[0004] 由于在波导内很多部分是金属，使用固体电导体导致重量重和费用高。
[0005] 粗金属比如粗铜的价格急剧上升迫使将在波导内的特别是铜和其他金属成分的部分减小到一个绝对最小值以及，同时，至少保持高频参数为现今采用的值。
[0006] 从DE 2 022 991和DE 2 056 352知道形成一个由折叠成围绕一个芯的管状或圆筒形的导体的电导体的薄片制成的波导。因此首先，所述管状导体通过将一个具有条带形式的金属薄片折叠成一个管形成，其中所述管状导体的内直径略大于所述芯的外直径。成形所述管状导体之后相邻的薄片边缘区域之间的连接被焊接以避免当弯曲所述波导时的膨胀。所述芯由预制的固体或中空圆筒形的乙烯共聚物制成。完成之后的所述管状导体在芯上拉开，其中所述电导体和所述芯彼此层压。特别地为了允许所述薄片的所述边缘区域的焊接，需要比根据电边界条件所需要的更厚的材料厚度。而且，在层压所述管状导体和芯之前，所述管状导体必须形成一个平管口的管子。这也要求材料厚度要远远厚于根据电边界条件所需要的。而且，形成一个平管口的管子的制造工艺是非常昂贵和费力的。
[0007] 从US 2003/0174030 A1知道具有覆盖的管状导体的RF同轴电缆，以及RF-波导，其中每个导体包括一个相对高导电率的金属材料比如铜，银，或金形成的基层，以及相对低导电率金属材料比如铝或钢形成的本体层(bulk layer)。每一个所述管状导体由涂敷有基层的本体层的条带形式的薄片制成。涂敷之后，所述薄片折叠成围绕芯的一个管状导体，其中成形所述管状导体之后相邻的所述薄片的边缘区域之间的连接被焊接以避免当弯曲同轴电缆时的膨胀。所述涂敷通过覆盖、电沉积、溅射、电镀进行。该解决方案的缺点是所述管状导体的相对比较重的重量，使用相对贵的材料来形成所述管状导体，以及当涂敷所述本体层材料时，特别地当使用溅射技术时所述基层材料的减小的导电率。
[0008] 到目前为止试图减小金属电导体的尺寸导致大大降低了波导的所述机械性能。
发明内容
[0009] 本发明的目的是找到一种针对上文提及问题的补救方案。
[0010] 本发明的目的通过包括至少一个折叠的薄片的RF波导实现，其中所述RF波导的特征在于所述薄片包括由塑料箔制成的一个第一层，以及由薄导电材料制成的至少一个第二层，在折叠所述波导之前这些层彼此层压。
[0011] 所述折叠的薄片提供所述波导内电导体的功能，加上提供所要求的机械性能的装置的功能。由此，由一种导电材料制成的层提供在波导内传导电磁波的功能，其中所述塑料箔层提供所述要求的机械性能。由一种导电材料制成的层具有的厚度足以允许传导最大发生电流并且也考虑了趋肤效应，即基本上等于趋肤深度。所述塑料层用作提供所述波导的机械强度的载体。优选地铜、银或金用作导电材料。所述塑料箔层优选地包括一个聚合物箔。所以可以想到使用一个由例如液晶聚合物、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚四氟乙烯、聚醚醚酮、聚烯烃、聚对苯二甲酸乙二醇酯或聚酰亚胺制成的塑料箔。
[0012] 根据本发明，优选地所述导电材料的尺寸减小到用于传导电波所要求的最小厚度，其中所述波导的机械性能通过支持所述导电材料的所述塑料箔提供。该所述导电层的最小厚度由趋肤深度定义。根据本发明，与现有技术相比，金属电导体的大部分由塑料箔代替。
[0013] 由此可以想到组合的层压薄片包括多于一个导电材料层，其中优选地各个层具有不同的电学性能。使用不同的导电材料比如铜、银或金层提高了导电率。
[0014] 根据本发明的所述RF波导相对于现有技术具有优势，其提供一个具有减小了的重量以及降低了材料费用的导体。其还允许在金属层布置开口用于电磁辐射。而且，与现有技术相比，根据本发明的RF波导具有改良的柔韧性。所述包括至少一个薄导电材料层加一个优选的弹性塑料箔层的层压折叠的薄片，以相对于例如与所述层压折叠的薄片相同材料厚度的铜改良的弹性延伸，提供了改良的应变质量。由于这点，与具有仅由铜或其他金属材料或材料组合制成的导体的相同尺寸波导相比，根据本发明的包括这样一个薄片的RF波导提供更高的耐折质量，其中电学性能保持相同。
[0015] 在所述发明的一个优选实施方式中，所述折叠的组合的层压薄片的边缘末端是重叠的。通过重叠所述边缘末端，被组合的层压薄片围绕的内部空间由导电材料完全围绕，提供类似于固体导体的屏蔽。
[0016] 优选地所述折叠的组合的层压薄片的边缘末端，在将薄片折叠成一个圆筒形导体之后，通过镶边和/或卷边彼此连接，以避免当弯曲所述波导时的膨胀。通过使组合的层压薄片的边缘末端产生卷边和/或弯边，获得类似于固体导体的屏蔽。而且所述导电材料的厚度能减小到由趋肤深度预定义的要求的最小值，原因是与现有技术相比，没有进行要求某个最小厚度高于所述趋肤深度的焊接。
[0017] 在所述发明的一个优选实施方式中，使所述组合的层压薄片产生压纹和/或波纹以通过减小抗挠刚度改进耐折性能。
[0018] 在所述发明的另一个优选实施方式中，第二层的厚度，即所述导电材料的厚度，在10到100μm之间。关于趋肤效应，为了传导电磁波，10到100μm的层厚度就足够。只有结合根据本发明的波导才可以使用这样的一个薄导电材料层，因为使所述组合的层压薄片的边缘区域产生卷边和/或弯边允许使用比根据现有技术将所述边缘区域彼此焊接时所要求的薄得多的导电材料。
[0019] 在所述发明的一个优选实施方式中，所述塑料箔优选地由聚烯烃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺或其他合适的塑料像例如液晶聚合体、聚碳酸酯、聚苯硫醚、聚四氟乙烯或聚醚醚酮制成。
[0021] 根据所述发明的一个优选实施方式，所述塑料箔的材料耐受允许焊接波导的导体以使其彼此连接的温度。耐受焊接的温度是装配焊接插头和插座提供具有减小的相互调制的组件的前提。
[0022] 也可以想到所述塑料箔提供有一个玻璃纤维布。所述玻璃纤维布提供所述导体以及所述波导的防火性能。在所述塑料箔中插入所述玻璃纤维布节省了将所述组合的层压薄片缠绕上一层防火玻璃纤维布的附加生产步骤。这节省了制造费用。
[0023] 而且所述组合的层压薄片优选地缠绕有一种防火带或防火线。在防火波导方面，电缆套必须由不能蔓延火的防火材料制成。关于同轴电缆，一种防火材料必须保护易燃的芯和/或易燃的电介质与火隔开。这通过使用形成在所述组合的层压薄片之内的所述导电层的封闭的金属导电材料完全屏蔽芯和/或电介质实现。为了避免所述组合的层压薄片的膨胀，所述组合的层压薄片缠绕有防火带或防火线。
[0024] 本发明的一个特别地优选实施方式的特征在于提供辐射性能的在导电层内的开口。由此可以想到所述组合的层压薄片提供具有希望的开口的图形或仅所述导电层提供所述开口
[0025] 在所述发明的一个优选实施方式中，所述开口，即提供所述开口的图形，通过蚀刻或丝网印刷技术实现。根据现有技术，通过只允许限制在简单几何结构上的简单图形的冲切技术制造这样一个图形。使用蚀刻或丝网印刷技术允许以减少的费用应用任何图形。而且蚀刻或丝网印刷技术仅允许处理所述导电层。这样做，所述波导的机械性能没有因为在导电材料中布置开口下降，因为下面的所述塑料箔保持不变。
[0026] 本发明的目的的另一部分通过用于制造如上面提及的RF波导的方法实现，所述方法包括以下步骤：
[0027] -用至少一种导电材料层压塑料箔，以得到具有至少一个塑料箔第一层以及至少一个导电材料第二层的组合的层压薄片，以及
[0028] -将所述组合的层压薄片折叠成一个基本上圆筒形的，优选地管状的导体。
[0029] 层压例如使用一个在一个环形制作过程中粘合在聚合物箔的环形条带上的导电金属轧制薄片或箔的环形条带进行。在组合的层压薄片内，导电材料层用作具有允许传导最大发生电流但也考虑到趋肤效应的厚度，即具有最小厚度的电导体。所述聚合物箔层用作一个提供所述波导的机械强度的载体。优选地铜、银或金用作导电材料。
[0030] 通过围绕一个波导的芯可以将所述组合的层压薄片折叠成一个基本上圆筒形的导体。该芯可以包括其他波导或电导体，但也可以是电绝缘材料。在折叠所述波导之后，可以进行像例如添加一个电缆套等的额外的步骤。可以如从现有技术中所知道的那样执行这样的步骤。
[0031] 根据本发明，导电材料的尺寸减小到用于传导电波所要求的最小厚度，其中所述波导的机械性能由支持所述导电材料的塑料箔提供。该最小厚度由趋肤深度定义。根据本发明，与现有技术相比，金属电导体的大部分由塑料箔替代。这仅通过如下的操作是可能的，首先在塑料箔上层压导电材料薄片或箔以及然后通过将所述层压组合的薄片折叠成圆筒形导体形成所述波导。
[0032] 而且，通过层压导电材料以及塑料箔，保持了所述导电材料的电学性能，其中根据现有技术，使用溅射技术会使导电材料的电学性能降低。
[0033] 通过根据本发明的方法，取得额外的优势，即实现更高的生产线产量，原因是与现有技术相比较，波导的制作过程中不再需要焊接或其他耗费时间的步骤。
[0034] 根据本发明的所述方法的一个优选实施方式的特征在于，在折叠之后，使在折叠成圆筒形导体之后相邻的组合的层压薄片的边缘末端之间的连接产生卷边和/或弯边，以避免当弯曲所述波导时的膨胀。这样做确保例如如果电缆弯曲几次，该同轴电缆的内部导体还保持屏蔽。而且通过使所述边缘区域之间的所述连接产生卷边和/或弯边，与焊接限制了最小可能厚度的现有技术相比，可以大大减小所述优选金属导电材料的厚度。
[0035] 根据本发明所述方法的另一个优选实施方式，优选地在层压之后以及在折叠所述组合的层压薄片之前在导电层内布置开口以提供辐射性能。所述开口优选地通过蚀刻或丝网印刷技术实现。
[0036] 在本发明的另一个优选实施方式中，上文提及的所述方法通过一种设备执行，该设备包括：
[0037] -用至少一种导电材料层压塑料箔以得到一个具有至少一个塑料箔第一层以及至少一个导电材料第二层的组合的层压薄片的装置，以及
[0039] 图1示意性表示在折叠成一个电导体之前的一个组合的层压薄片，[0040] 图2示意性表示在折叠成一个电导体之后的图1表示的所述组合的层压薄片，以及
[0041] 图3a-图3c表示包括一个折叠的组合的层压薄片的波导的三个不同的实施方式。
具体实施方式
[0042] 根据本发明，折叠成一个在RF波导内的电导体的薄片3基本上包括一个由一个塑料箔制成的第一层1以及一个由一种导电材料比如铜、银或金制成的第二层2(图1)。所述塑料箔是聚乙烯箔。
[0043] 制造这样一个薄片3以下面的方式进行：层压形成所述第一层1的塑料箔与形成所述第二层2的导电材料，以得到一个具有至少一个导电材料层2以及至少一个塑料箔层1的组合的层压薄片。
[0044] 层压例如使用一个在一个环形制作过程中粘合在例如聚合物箔的塑料的环形条带上的例如金属的导电材料的轧制薄片或箔的环形条带进行。在所述组合的层压薄片内，所述导电材料层用作具有允许传导最大发生电流，但也考虑趋肤效应的厚度，即具有一个最小厚度的电导体。所述聚合物箔层用作一个提供所述波导的机械强度的载体。优选地铜、银或金用作导电材料。
[0045] 图2表示包括所述第一层1以及所述第二层2的所述组合的层压薄片3是怎样折叠成一个基本上圆筒形的导体8。由此所述折叠的组合的层压薄片3的边缘末端5、6是重叠的。通过重叠所述边缘末端5、6，由所述组合的层压薄片3围绕的内部空间7由导电材料完全围绕，提供类似于一个固体导体的屏蔽。
[0046] 将所述组合的层压薄片3折叠成一个基本上圆筒形的导体8可以通过围绕一个波导的芯而进行。该芯可以包括其他波导或电导体，但也可以是电绝缘材料。
[0047] 如图3a)中可以看出的，所述组合的层压薄片30的边缘末端50、60通过将所述薄片30折叠成一个圆筒形导体80之后的卷边和/或弯边而彼此连接，以避免当弯曲波导90时膨胀。通过使所述组合的层压薄片30的所述边缘末端50、60产生卷边和/或弯边，实现类似于一个固体导体的屏蔽。而且，与现有技术相比较，导电材料的厚度能减小到由趋肤深度预定义的所要求的最小值，因为没有进行要求某个最小厚度厚于所述趋肤深度的焊接。而且在将所述薄片30折叠成一个圆筒形导体80后通过卷边和/或弯边确保所述薄片30的所述边缘末端50、60彼此电连接。在图3a)中所示的所述波导90是一个具有一个外部圆筒形导体81以及一个内部圆筒形导体82的RF同轴电缆，两导体都通过根据本发明的技术制作。
[0048] 图3b)中所示的波导91是一个具有一个外部圆筒形导体83以及一个内部圆筒形导体84的RF同轴电缆，两导体都通过根据本发明的相同技术制作。薄片31的边缘末端51、61是重叠的，在折叠所述薄片31后没有卷边和/或弯边。
[0049] 在图3c)中所示的波导92是一个具有根据本发明制作的外部圆筒形导体85以及由固体铜制成的内部圆筒形导体86的RF同轴电缆。
[0050] 图3a)、3b)、3c)中所示的所有波导90、91、92还具有一个完全被特定的外部圆筒形导体81、83、85围绕的内部空间70，其中在内部圆筒形导体82、84、86和外部圆筒形导体81、83、85之间的空间填充有一种泡沫材料。而且所述外部的圆筒形导体81、83、85被一个电缆套40围绕。在内部圆筒形导体81、83内布置有一个聚乙烯芯。
[0051] 重要提示，导电层以及塑料箔的布置优选地依赖于由组合的层压薄片制成的导体的使用。如果所述导体布置作为一个内部导体，所述导电层优选地布置在所述导体的外表面，其中如果所述导体布置作为一个外部导体，所述导电层优选地布置在所述导体的内表面。
[0052] 这样做，由图3a)中的导体81获得的屏蔽比由图3b)中的导体83获得的屏蔽更有效。
[0053] 本发明商业上具体地可应用于在电磁数据传输的网络内使用的波导和/或传输线的生产领域。
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