[发明专利]在无条件线路上发射表面波的系统和方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及表面波传输系统，更具体而言涉及在诸如电力线等无条件(unconditioned)线路上发射表面波的改进低损耗系统。

背景技术

在单导体传输线路上的表面波传输领域中，现有技术还未能正确意识到使用无条件导体(即，没有经过特殊的表面处理或修正，也没有任何的介质(绝缘)护层)的潜力。由于最详尽的现有技术教导的与它直接相反，因此，以前并没有了解或意识到使用现有的全世界范围内的大型架空电力线基础设施来传输信息的机会。本发明公开了一种对无条件线路上的表面波的新型使用，用于提供非常实用、经济和超高容量的信息传输系统。

下面引用的参考文献1和2以及Goubau美国专利号2,685,068公开了一种传输线，其中通过电磁波来传播能量，并沿着诸如导线等长形导体的外表面来引导该能量，其中该导体的外表面进行了条件化或者进行改进，以便减少发射能量的相位速度，从而将发射波的场集中在导体附近。并且还提供了一种发射(launching)装置，用于激励表面波沿着线路传输，其中该发射装置具有至少一个波长的孔径。结果得到的传输系统具有极低的衰减和极高的带宽，欺能够支持从50MHz直到至少几Ghz区域的频率。

Goubau所附带的描述和理论的核心内容是如下进展：通过对导体表面的特殊修改或条件化使相位速度减少，这对于使表面波模式被包含在靠近导体的区域中来说是必不可少的，同样对于使得波不从导体发射也是必不可少的。所提供的原理表明了特殊条件化的本质，具体包括在导体的周围添加介质护层，这被认为是实现本发明指示的最佳质量所必不可少的，所述最佳质量包括低的传输和辐射损耗。背景技术中的重要部分包括与通过介质材料传输的功率和在介质材料内承受的损耗有关的原理。作为表面敷层或护层的一种替换方案，对线路的修改在形式上被细化为沿着线路长度上的多个导体的外螺纹、凸出和凹陷、粗糙度或扭转，这被认为是在导体表面上提供相同的波的慢化(slowing)所必需的。

Goubau教导的内容与没有特殊条件化的导体的使用直接相对。在背景信息中，他描述了以未修改的导体来使用他的发明的潜在性，并陈述：“通过使用裸露、未修改的导线并结合图8和9中显示的发射喇叭(horn)，可以获得满足某些目的、但不是高效率的结果。实际上，即使对于裸导线，在其表面上也提供有显微的薄介质层，该表面倾向于集中邻近导线的发射能量的场。对于在大约5000兆周/秒以下的频率，这个微小表面层不能足够收缩场的径向伸长，以允许使用具有合适尺寸的喇叭的裸导线。然而，在较高的频率处，减少为实现指定数量的场集中(concentration)所需的介质层厚度，裸导线结合圆锥喇叭的使用是可实行。我们将理解，对于任何指定频率的发射能量，裸导线与具有修改表面的导体相比将需要非常大的喇叭直径。这是由于场的径向范围的收缩取决于导体表面上的介质层厚度。”

“图20显示了场是如何随着距导线的距离而减少的。在多个导线半径的测量中，与导线的距离相对，描绘了距导线一定距离的磁场强度与导线表面的磁场强度的比率。所述尺度都是对数的。虚线表示在具有无限传导率的无涂层导线的情况下将呈现出的减少。在这种情况下，相位速度将等于光速，并且正如前面提到的，如果磁场强度是有限的，那么功率将是无限的。实线曲线显示了如果相位速度减少1％、5％和10％，场是如何减少的。极其邻近导线，则这些曲线呈现减少，而在较大的距离处，则趋近指数的减少。相位速度减少得越多，指数的减少就开始得越早。”(Goubau美国专利2,605,068，第19列，第10-64行)。

这些陈述内容、并结合从所有专利权利要求书中完全地排除掉“未修改”导体的事实，清楚表明了：该发明人并没有意识到进行这种实施的价值、可用性和潜力。

尽管Goubau的发明已经在工程技术学校进行教导、可以从参考文本中获得、并且可以在特殊情况下看到它的某些应用，然而目前还没有看到该发明的普遍应用或广泛的商业化使用。

前面背景技术说明中的参考文献包括：

[1]G.Goubau，“Surface waves and their applications to transmissionlines，”J.Appl.Phys.，vol.21，p.1119，1950.

[2]G.Goubau，”Single-conductor surface-wave transmissionlines，”Proc.IRE，vol.39，pp.619624，June 1951.