[发明专利]用于传输毫米波信号的低损耗电介质波导和包括其的电缆

说明书

本发明提供了用于传输毫米波信号的电介质波导和包括该电介质波导的电缆，所述电介质波导包括：内芯，其具有电介质媒介，适于通过沿着所述电介质波导携载电磁场来传输毫米波信号，所述电介质媒介包括电介质材料，所述电介质材料具有的介电性质适于将传播的电磁场限制在所述内芯，同时在毫米波频率范围中的信号频率下增加低传输损耗。所述电介质媒介可以设置为实心电介质材料的芯、沿着所述内芯的长度延伸的光纤的一个或多个线束，或设置为填充所述内芯的体积的电介质材料的颗粒。所述电介质材料可以是石英或氧化铝。

技术领域

本发明涉及用于毫米波通信链路的电介质波导，更特别地，涉及电介质波导，其具有向在毫米波频率下操作的通信链路增加低传输损耗的介电性质。

背景技术

基于光纤的通信链路已越来越多地用作用于高速数据传输的全电线链路的替代，例如在200nm至2000nm范围内的传输信号波长下。鉴于对增加(数据速率)带宽的持续需求，电线链路长度受到传输损耗的限制，而光链路是可行的并且广泛用于长链路长度。另一方面，由于与非硅半导体技术、光纤对准和表面精度相关的成本，常规的光链路解决方案随着链路长度的减小而变得不那么吸引人。

电介质波导/光纤已被证明可用于以低损耗传输毫米波信号，并且是使用85GHz和140GHz附近的载波频率的新通信系统的有希望的候选者。然而，由于在高频范围内工作的集成电路的发射功率受到限制，并且相应的接收器需要最小信号输入功率电平，因此需要具有非常低衰减水平的波导以便获得足够的链路长度。在由纯电介质材料组成并且不包含金属部件的电介质波导中，行波的电磁场分布细分为在电介质芯内传播的部分和在光纤周围的媒介内传播的部分，该媒介通常是空气。然而，由于大多数可用电介质材料的介电损耗正切tanδ，这些电介质波导向通信链路增加了过高的传输损耗。

研究表明，具有极低传输损耗的常规电介质波导主要在周围空气中引导传播场。由于这个原因，为了沿着光纤的长度获得较低的损耗，通常将常规的电介质光纤配置为确保电磁场的显著部分在光纤周围的媒介中传播。然而，这种常规配置的缺点在于，由于在围绕光纤的媒介中传播的电磁场与外部实体(例如触碰电介质波导的手指或手)之间的相互作用，传输信号变差，甚至可能被中断。例如，已经表明，利用基于常规聚合物材料的电介质波导，可以实现120Ghz下的超过1米的12.7Gbps链路。然而，如果用户触碰光纤，则可能中断沿光纤的信号传输。

专利申请公开No.US2014/0368301A1描述了在电介质光纤的芯和包层周围添加金属屏蔽作为用于减少传输信号和外部物体之间的电磁干扰的手段。然而，包括金属屏蔽(例如铜或铝屏蔽)的电介质波导相当昂贵。此外，集成聚合物和金属材料的波导的制造工艺比仅由聚合物材料制成的波导更复杂和耗时。另外，由于可用的电介质波导配置为使得大部分传播的电磁场在电介质芯周围的媒介(空气/泡沫)内行进，这种波导具有相当大的截面，这可能对它们在需要紧凑设计的应用中的使用造成限制。

因此，仍然需要用于传输毫米波信号的电介质波导解决方案，其将低传输损耗添加到通信链路并且能够沿着电介质波导保持信号完整性，并且可以以简单且成本有效的方式产生，同时具有比现有技术更小的直径。

发明内容

本发明是鉴于现有技术的缺点和不足而作出的，其目的是提供一种用于毫米波信号传输的电介质波导，其增加低传输损耗并沿通信链路保持信号完整性，同时比具有金属部件的波导配置具有更低的生产成本，本发明还提供一种包括该电介质波导的低损耗电缆。

该目的通过所附的独立权利要求的主题来解决。本发明的有利实施例是所附的从属权利要求的主题。

本发明提供一种用于传输毫米波信号的电介质波导，包括：内芯，其包括电介质媒介，适于通过沿着所述电介质波导携载电磁场来传输毫米波信号，其中所述电介质媒介包括电介质材料，所述电介质材料具有的介电性质适于将传播的电磁场限制在所述内芯，同时在毫米波频率范围中的信号频率下增加低传输损耗。