[发明专利]包括厚导电层的波导

说明书

本发明涉及一种用于以确定的频率f引导射频信号的波导装置(1)，装置(1)包括芯(3)，芯(3)包括具有外表面(8)和内表面(7)的侧壁，内表面(7)限定了波导通道(2)。导电层(4)覆盖了芯(3)的内表面(7)，所述导电层(4)由在频率f处的趋肤深度δ所表征的金属构成。装置(1)的特征在于，所述导电层(4)的厚度为所述趋肤深度δ的至少二十倍。

技术领域

本发明涉及一种波导装置，一种制造所述波导的方法和一种用于制造所述波导的信息介质。

背景技术

射频(RF)信号可以在自由空间中传播，或者在波导装置中传播。这些波导装置被用于引导RF信号或者在空间域或频率域中操纵RF信号。

本发明特别地涉及无源RF装置，其能够传播和操纵射频信号而无需使用有源电子部件。无源波导可以分成三个不同的种类：

·基于在中空金属通道内部引导波的装置，通常称为波导，

·基于在电介质衬底内部引导波的装置，

·基于借助于金属衬底表面波来引导波的装置，金属衬底例如是印刷电路PCB、微带等。

本发明特别地涉及上述中的第一种，下文中统一称为波导。这种装置的例子包括例如作为滤波器、天线、模式转换器等的波导。它们可以被用于信号路由、频率滤波、信号分离或重新组合、信号在自由空间中或从自由空间发送或接收等等。

图1示出了一种传统波导的例子。该波导由中空的装置构成，该装置的形状和大小确定了对于电磁信号的给定波长的传播特性。用于射频信号的典型波导具有截面为矩形或圆形的内部开口。其允许沿其截面传播与电磁场的不同分布相对应的电磁模式。在所显示的例子中，波导具有沿y轴的高度B和沿x轴的宽度A。

图2示意性地示出了在这种波导中的电场E和磁场H的线。在这种情况下，主要传播模式是称为TE₁₀的横电波模式。索引1是指穿过波导宽度的波的半波长的数目，而0是指沿高度的波的半波长的数目。

图3和4示出了圆形截面的波导。圆形传输模式可以在这样的波导中传播。图4中的箭头示出了传输模式TE11；基本垂直的箭头展示了电场，更多的水平箭头展示了磁场。场的取向穿过波导截面而改变。

除了矩形或圆形波导的这些开口示例，也在本发明的范围内设想了或可以设想其他形式的开口，其使得维持给定信号频率下的电磁模式以发送电磁信号。图5示出了可能的波导开口示例。所示的表面对应于由导电表面界定的波导开口的截面。截面的形状和表面还可以沿着波导装置的主方向而变化。

具有复杂截面的波导的制造是困难的以及高成本的。然而，近期的工程表明借助于诸如3D打印这样的加性制造方法可以制造波导部件，包括天线、波导、滤波器、转换器等。特别地已知包括非导电材料和导电金属两者的波导的加性制造，非导电材料例如是聚合物或陶瓷。

包括通过加性方法制造且覆盖有金属包层的陶瓷或聚合物壁的波导是尤其推荐的。波导的内表面实际上应当是导电的以能够工作。非导电芯的使用使得减少装置的重量和成本，同时使得应用适于聚合物或陶瓷的3D打印方法，并且使得制造具有低粗糙度的高精度构件。

作为示例，Mario D’Auria等人的文章“3-D PRINTED METAL-PIPE RECTANGULARWAVEGUIDES”(2015年8月21日，IEEE Transactions on components,packaging andmanufacturing technologies,Vol.5,No 9,第1339-1349页)的第III节描述了通过熔丝沉积(FDM，熔融沉积成型工艺)来制造波导芯的方法。该文献认识到，通过该方法得到的分辨率限于压制成形的喷嘴的直径，该直径是400微米。这因而制造了较为粗糙的芯。3微米的初始层沉积在该芯上；相对于芯的打印方法的分辨率以及相对于芯的粗糙度Ra，该层的厚度不足以产生较高的平滑度。27微米的铜导电层接着被沉积到该初始层上。