und Verwendung einer Wellenleiteranordnung

Die Erfindung betrifft eine Wellenleiteranordnung, umfassend einen ersten Wellenleiter, einen zweiten, als dielektrischer Multi-Mode-Wellenleiter ausgebildeten Wellenleiter, sowie einen Wellenleiterübergang zur Übertragung einer elektromagnetischen Welle zwischen dem ersten Wellenleiter und dem zweiten Wellenleiter.

Die Erfindung betrifft auch einen Wellenleiterübergang zur Übertragung einer elektromagnetischen Welle zwischen einem ersten Wellenleiter und einem zweiten, als dielektrischer Multi-Mode-Wellenleiter ausge bildeten Wellenleiter.

Die Erfindung betrifft außerdem eine Verwendung einer Wellenleiteranordnung.

Nach dem derzeitigen Stand der Technik lässt sich die kabelgebundene Datenübertragung im Wesentli chen in zwei unterschiedliche Technologien gliedern. Dabei ist zum einen eine Datenübertragung mittels metallischer Leiter und zum anderen eine optische Datenübertragung mittels Glasfasern bekannt.

Die Signalübertragung über herkömmliche elektrische Leiter, wie beispielsweise Kupferkabel in elektri schen Kabeln, unterliegt bei hohen Frequenzen bekanntermaßen einer starken Signaldämpfung. Somit muss, insbesondere wenn hohe Anforderungen an die Übertragungsbandbreite gestellt werden, mitunter ein hoher Aufwand betrieben werden, um die Spezifikationen zu erreichen - falls überhaupt möglich.

Eine optische Datenübertragung ist hingegen äußerst verlustarm und mit hohen Datenraten möglich. Die optische Datenübertragung erfordert allerdings stets eine Umwandlung elektrischer Signale in optische Signale und umgekehrt, was bei dieser Signalübertragungsart komplexe Sende- und Empfangsstrukturen nötig macht.

Neben den beiden konventionellen Datenübertragungstechniken besteht ein zunehmendes Interesse an einer Technologie, welche versucht, sich als Alternative zu etablieren. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Datenübertragung über sogenannte dielektrische Wellenleiter ("Dielectric Waveguides",

DWG oder "Polymer Microwave Fibres", PMF).

Bei dieser Technik wird das elektrische Signal einer Trägerfrequenz aufmoduliert, insbesondere im obe ren Gigahertz-Bereich (beispielsweise 80 GHz) und als elektromagnetische Welle entlang des dielektri schen Wellenleiters übertragen. Das Verfahren kommt im Gegensatz zu einem optischen Verfahren ohne eine elektro-optische Wandlung aus. Gegenüber metallischen Wellenleitern hat das Konzept den Vorteil, sehr hohe Datenraten, zum Beispiel im Bereich von 50 GB/s, zumindest über mittlere Distanzen, bei spielsweise im Bereich von 10 m, übertragen zu können. Dielektrische Wellenleiter erscheinen insbeson dere deshalb sehr interessant, da die erforderlichen Halbleitertechnologien für den hohen Gigahertz- Bereich mittlerweile zunehmend zur Verfügung stehen und eine kostengünstige und hohe Integration er lauben, beispielsweise in der RF CMOS-Technologie.

Elektromagnetische Wellen, die sich entlang eines dielektrischen Wellenleiters ausbreiten, können je nach Beschaffenheit des Wellenleiters in unterschiedlichen Feldkonfigurationen auftreten. Diese unter schiedlichen Feldkonfigurationen werden als "Moden" bezeichnet. Wird in einem dielektrischen Wellenlei ter nur die Grundmode geführt, spricht man analog zur Glasfaser von einem "Single-Mode"-Wellenleiter. Besteht hingegen die Möglichkeit, dass der dielektrische Wellenleiter mehrere Moden zugleich führen kann, wird von einem "Multi-Mode"-Wellenleiter gesprochen. Wie viele Moden ein dielektrischer Wellen leiter zu führen vermag, hängt im Wesentlichen von der Betriebsfrequenz und von der Geometrie des Wellenleiters, insbesondere der Größe seiner Querschnittsfläche (z. B. Durchmesser eines runden Wel lenleiters) sowie von seiner Permittivität (auch dielektrische Leitfähigkeit genannt) ab.

Wie auch bei den herkömmlichen Datenübertragungstechnologien ist beim Entwurf des Übertragungs mediums die von diesem verursachte Dispersion eine kritische Komponente. Als Dispersion wird die Ei genschaft eines Wellenleiters bezeichnet, wonach sich Signale bzw. Signalanteile unterschiedlicher Fre quenz mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten im Wellenleiter ausbreiten. Die Dispersion ist damit ne ben der Dämpfung ein entscheidender Parameter, der die maximal erzielbare Datenrate limitieren kann. Im Falle des dielektrischen Wellenleiters lässt sich die Dispersion in zwei Unterarten aufteilen: die Wel lenleiterdispersion und die Modendispersion.

Die Wellenleiterdispersion beschreibt die Dispersion der Grundmode, in der in der Regel die Daten über tragen werden, und tritt sowohl in Single- als auch in Multi-Mode-Wellenleitern auf.

Die Modendispersion hingegen bezieht sich auf die unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten der einzelnen Moden. Werden höhere Moden am Übergang zum dielektrischen Wellenleiter oder entlang des Leiters durch Diskontinuitäten angeregt, kann es bei einer Datenübertragung zur Verringerung der nutzbaren Leistung und zur Verzerrung des Signals kommen, wodurch die maximal erreichbare Datenra te begrenzt sein kann.

Multi-Mode-Wellenleiter können eine geringere Wellenleiterdispersion als Single-Mode-Wellenleiter auf weisen, können diesen Vorteil jedoch durch etwaige Modendispersion wieder verlieren. Dies ist insbe sondere problematisch, wenn entweder durch den Übergang vom Sender bzw. Empfänger auf den die lektrischen Wellenleiter oder durch Diskontinuitäten entlang des Wellenleiters unerwünschte Moden in einem zu hohen Maße angeregt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Wellenleiteranordnung bereit zustellen, insbesondere eine Wellenleiteranordnung mit verringerter Modendispersion bereitzustellen. Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Wellenleiterübergang bereitzustellen, bei dem insbesondere eine Anregung höherer Moden bei einem Übergang zu einem die lektrischen Multi-Mode-Wellenleiter vermieden werden kann.

Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Verwendung einer Wellenleiteranord nung bereitzustellen.

Die Aufgabe wird für die Wellenleiteranordnung durch die Merkmale des Anspruchs 1 , für den Wellen leiterübergang durch die Merkmale des Anspruchs 16 und für die Verwendung durch die Merkmale des Anspruchs 17 gelöst.

Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.

Erfindungsgemäß wird eine Wellenleiteranordnung vorgeschlagen, umfassend einen ersten Wellenleiter, einen zweiten, dielektrischen Multi-Mode-Wellenleiter, sowie einen Wellenleiterübergang zur Übertragung einer elektromagnetischen Welle zwischen dem ersten Wellenleiter und dem zweiten Wellenleiter.

Mit einer elektromagnetischen Welle im Rahmen der Erfindung ist eine elektromagnetische Welle ge meint, die nicht innerhalb des für eine optische Signalübertragung verwendeten Lichtspektrums liegt.

Die Erfindung eignet sich besonders zur Übertragung einer elektromagnetischen Welle im Millimeterbe reich (30 GHz bis 300 GHz) und Submillimeterbereich (300 GHz bis 3 THz).

Auf die Übertragungsrichtung der elektromagnetischen Welle kommt es im Rahmen der Erfindung nicht an. Die elektromagnetische Welle kann somit ausgehend von dem ersten Wellenleiter über den Wellen leiterübergang in den zweiten Wellenleiter eingespeist werden - oder umgekehrt. Auch eine bidirektiona le Übertragung ist im Rahmen der Erfindung möglich. Insofern nachfolgend auf eine Übertragung der elektromagnetischen Welle von dem ersten Wellenleiter in den zweiten Wellenleiter Bezug genommen wird, ist dies nur der vereinfachten Beschreibung der Erfindung zuzurechnen und nicht einschränkend zu verstehen.

Der zweite Wellenleiter ist vorzugsweise als dielektrischer Hohlleiter ausgebildet. Der zweite Wellenleiter kann insbesondere einen runden Querschnitt aufweisen. Vorzugsweise ist der zweite Wellenleiter als runder, dielektrischer Hohlleiter ausgebildet.

Der Wellenleiterübergang der erfindungsgemäßen Wellenleiteranordnung weist ein dielektrisches Wel lenleiterstück auf, das zwischen dem ersten Wellenleiter und dem zweiten Wellenleiter angeordnet ist, um die elektromagnetische Welle zwischen dem ersten Wellenleiter und dem zweiten Wellenleiter durch das dielektrische Wellenleiterstück zu übertragen. Bei dem dielektrischen Wellenleiterstück handelt es sich vorzugsweise um ein von dem ersten Wellenlei ter und/oder von dem zweiten Wellenleiter separat ausgebildetes Bauteil.

Das dielektrische Wellenleiterstück ist erfindungsgemäß ausgebildet, um zumindest in einem dem ersten Wellenleiter zugewandten, vorderen Abschnitt eine geringere Modenzahl zu führen, als der zweite Wel lenleiter zu führen vermag.

Die Erfindung bezieht sich somit auf einen verbesserten Übergang von einem beliebigen Wellenleiter, beispielsweise einem Koaxialkabel, einem Eindraht- Wellenleiter, einem metallischen oder dielektrischen Hohlleiter oder einem Streifenleiter, auf einen dielektrischen Multi-Mode-Wellenleiter.

Insofern der zweite Wellenleiter entlang seiner Längsachse unterschiedliche Feldkonfigurationen auf weist, beispielsweise in einem ersten Bereich eine erste maximale Modenzahl zu führen vermag und in einem zweiten Bereich eine hiervon abweichende, zweite maximale Modenzahl zu führen vermag, ist im Rahmen der Erfindung vorgesehen, dass das dielektrische Wellenleiterstück ausgebildet ist, um in sei nem vorderen Abschnitt eine geringere Modenzahl zu führen, als der zweite Wellenleiter in dem dem die lektrischen Wellenleiterstück zugewandten vorderen Bereich zu führen vermag.

Dadurch, dass das dielektrische Wellenleiterstück in seinem vorderen Abschnitt nur eine geringere Mo denzahl zu führen vermag als der zweite Wellenleiter, kann die beim Übergang eines beliebigen Wellen leiters auf einen Wellenleiter, welcher mehrere Moden zu führen vermag, auftretende Anregung unge wünschter Moden vermieden oder zumindest stark reduziert werden, so dass sich die daraus resultieren de Modendispersion und ihre negativen Auswirkungen auf die Datenübertragung praktisch vernachlässi gen lassen. Erfindungsgemäß kann die Anregung höherer Moden beim Übergang der elektromagneti schen Welle von dem ersten Wellenleiter in den zweiten Wellenleiter durch den dazwischen angeordne ten Wellenleiterübergang unterdrückt werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das dielektrische Wellen leiterstück ein rein dielektrisches Wellenleiterstück ist, insbesondere ohne eine metallische oder sonstige leitfähige Umrandung.

Bei dem dielektrischen Wellenleiterstück kann es sich somit im Rahmen der üblichen technischen Defini tion vorzugsweise um einen Wellenleiter handeln, bei dem die elektromagnetische Welle lediglich durch den Unterschied der Permittivitäten zweier Dielektrika (insbesondere eines dielektrischen Festkörpers, der das dielektrische Wellenleiterstück ausbildet, und die den Festkörper umgebende Luft oder ein sons tiges Gas) geführt wird.

Vorzugsweise ist das dielektrische Wellenleiterstück im Sinne der Erfindung nicht als ein dielektrischer Festkörper innerhalb einer metallischen Umrandung auszulegen, da eine derartige Struktur gemäß der üblichen technischen Definition im Rahmen der Erfindung vorzugsweise als dielektrisch gefüllter Hohllei ter zu verstehen ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass der vordere Abschnitt des dielektrischen Wellenleiterstücks als Single-Mode-Wellenleiter ausgebildet ist.

Vorzugsweise ist der vordere Abschnitt des dielektrischen Wellenleiterstück somit ausgebildet, lediglich die Grundmode zu übertragen. Hierdurch kann die Einspeisung höherer Moden beim Übergang von dem ersten Wellenleiter in das dielektrische Wellenleiterstück vollständig vermieden werden. Es kann im Rahmen der Erfindung aber bereits vorteilhaft sein, wenn der vordere Abschnitt des dielektrischen Wel lenleiterstücks eine sonstige geringe Anzahl Moden zu führen vermag, welche für eine gegebene An wendung als unkritisch angesehen werden, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf oder sechs Moden.

Durch die Vermeidung der Anregung ungewünschter höherer Moden kann die Modendispersion in dem Multi-Mode-Wellenleiter deutlich verringert werden. Ferner kann die in die für die eigentliche Übertragung vorgesehenen Moden eingespeiste Leistung erhöht und eine nahezu identische Anpassung an beiden Eingängen des Wellenleiterübergangs erreicht werden.

Unter dem Begriff "höhere Moden" sind vorliegend alle Moden zu verstehen, deren jeweiligen Grenzfre quenzen oberhalb der Grenzfrequenz der Mode liegt, in der die Daten übertragen werden sollen. Vor zugsweise werden die Daten in der Grundmode, gegebenenfalls in unterschiedlichen Polarisationen, übertragen.

Erfindungsgemäß ist es durch die Verwendung des Wellenleiterübergangs erstmals vorteilhaft möglich, einen Multi-Mode-Wellenleiter bzw. ein Übertragungssystem mit Multi-Mode-Fasern zur Übertragung ei ner elektromagnetischen Welle zu verwenden, welches grundsätzlich bessere Übertragungseigenschaf ten besitzt als ein Übertragungssystem mit Single-Mode-Fasern, da die Modendispersion erfindungsge mäß hinreichend unterdrückt werden kann.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der vordere Abschnitt des dielektri schen Wellenleiterstücks einen bezüglich dem zweiten Wellenleiter verringerten Querschnitt, eine bezüg lich dem zweiten Wellenleiter verringerte Permittivität eines dielektrischen Kernmaterials und/oder eine bezüglich dem zweiten Wellenleiter erhöhte Permittivität eines das dielektrische Kernmaterial umhüllen den Mantels aufweist.

Mit dem Begriff "Kernmaterial" ist vorliegend das Material des dielektrischen Wellenleiterstücks gemeint, das von dem Mantel umhüllt wird. Durch die vorstehend beschriebenen Möglichkeiten kann die maximale Anzahl übertragbarer Moden in dem vorderen Abschnitt des dielektrischen Wellenleiterstücks vorteilhaft vorgegeben werden, insbeson dere in Bezug zu dem zweiten Wellenleiter.

Eine geeignete Möglichkeit zur Reduzierung der Anzahl führbarer Moden des dielektrischen Wellenleiter stücks ist insbesondere eine Modifikation der Geometrie im Hinblick auf den zweiten Wellenleiter. Insbe sondere kann die Querschnittsfläche des dielektrischen Wellenleiterstücks gegenüber der Querschnitts fläche des zweiten Wellenleiters verringert sein, wodurch das dielektrische Wellenleiterstück eine gerin gere Modenanzahl zu führen vermag, als der zweite Wellenleiter.

Insbesondere kann auch eine beliebige Kombination abweichender Geometrien mit Änderung der Per- mittivität des dielektrischen Wellenleiterstücks und/oder des das dielektrische Wellenleiterstück umge benden Materials (Mantel) vorgesehen sein. Hierdurch kann sich der Freiheitsgrad beim Entwurf sowohl bezüglich der mechanischen Stabilität, der Herstellbarkeit als auch bei der Materialauswahl erhöhen.

Der Kern des dielektrischen Wellenleiterstücks kann insgesamt oder zumindest in seinem vorderen Ab schnitt beispielsweise eine relative Permittivität von 1 ,8 bis6,0, vorzugsweise 2,0 bis 3,0 aufweisen.

Der Mantel des dielektrischen Wellenleiterstücks kann beispielsweise eine relative Permittivität von 1 ,0 bis 3,0, vorzugsweise 1 ,0 bis 2,0 aufweisen.

Das dielektrische Wellenleiterstück kann beispielsweise im Wesentlichen aus Polyethylen oder Polytet rafluorethylen ausgebildet sein. Das dielektrische Wellenleiterstück kann auch im Wesentlichen aus Po lystyrol ausgebildet sein, was insbesondere aufgrund dessen guter Verarbeitungseigenschaften von Vor teil sein kann.

Das dielektrische Wellenleiterstück kann grundsätzlich ausschließlich aus dem als "vorderer Abschnitt" bezeichneten Abschnitt bestehen. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass das dielektrische Wel lenleiterstück einen hinteren Abschnitt aufweist. Vorzugsweise kann der hintere Abschnitt ausgebildet sein, eine höhere Modenzahl zu führen als der vordere Abschnitt des dielektrischen Wellenleiterstücks.

Der hintere Abschnitt des dielektrischen Wellenleiterstücks kann dabei vorzugsweise so ausgelegt sein, dass die Anregung höherer Moden bei dem Übergang zwischen dem hinteren Abschnitt des dielektri schen Wellenleiterstücks zu dem zweiten Wellenleiter möglichst gering ist.

Es kann vorgesehen sein, dass sich der Durchmesser des dielektrischen Wellenleiterstücks in Richtung auf den zweiten Wellenleiter vergrößert, insbesondere ausgehend von dem vorderen Abschnitt des die lektrischen Wellenleiterstücks zu dem hinteren Abschnitt des dielektrischen Wellenleiterstücks vergrö ßert. In einer Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass der hintere Abschnitt des dielektrischen Wellenleiterstücks einen Übergang zwischen unterschiedlichen Geometrien und/oder Permittivitäten (von Kern oder Mantel) des vorderen Abschnitts des dielektrischen Wellenleiterstücks und des zweiten Wellenleiters ausbildet.

Durch einen entsprechenden Übergang kann eine geeignete Anpassung des dielektrischen Wellenleiter stücks zur Übertragung der elektromagnetischen Welle zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenlei ter bereitgestellt werden.

Es kann vorgesehen sein, durch entsprechende Anpassung des dielektrischen Wellenleiterstücks bei der Übertragung der elektromagnetischen Welle in den zweiten Wellenleiter gezielt eine gewünschte Mode in dem zweiten Wellenleiter anzuregen.

Der Mantel des dielektrischen Wellenleiterstücks kann in seinem hinteren Abschnitt beispielsweise eine relative Permittivität von 1 ,0 bis 3,0, vorzugsweise 1 ,0 bis 2,0, aufweisen.

Ein geeigneter Übergang zwischen dem vorderen Abschnitt des dielektrischen Wellenleiterstücks und dem zweiten Wellenleiter kann alternativ oder zusätzlich zu einem hinteren Abschnitt des Wellenleiter stücks auch durch ein von dem Wellenleiterstück separates Übergangsstück bereitgestellt werden, das zwischen dem Wellenleiterstück und dem zweiten Wellenleiter angeordnet ist. Die nachfolgenden und vorstehenden Merkmale, die sich auf den hinteren Abschnitt des Wellenleiterstücks beziehen, können demnach auch auf das separate Übergangsstück bezogen verstanden werden.

Die axiale Länge des vorderen Abschnitts und des hinteren Abschnitts des dielektrischen Wellenleiter stücks bzw. des vorderen Abschnitts des dielektrischen Wellenleiterstücks und des separaten Über gangsstücks können unterschiedlich sein.

In einer Weiterbildung kann außerdem vorgesehen sein, dass der hintere Abschnitt (und/oder das sepa rate Übergangsstück) einen kontinuierlichen, abschnittsweise kontinuierlichen oder diskret gestuften Übergang ausbildet.

Im Rahmen eines abschnittsweise kontinuierlichen Übergangs kann insbesondere vorgesehen sein ver einzelt, beispielsweise in einem mittleren Bereich des hinteren Abschnitts des dielektrischen Wellenlei ters, einen oder mehrere sprunghafte Übergänge geometrischer Art und/oder physikalischer Materialei genschaften einzubringen.

In einer Weiterbildung kann außerdem vorgesehen sein, dass der hintere Abschnitt (und/oder das sepa rate Übergangsstück) einen linearen Übergang, exponentiellen Übergang und/oder einen Übergang ge mäß einem monotonen Abschnitt einer Kosinusfunktion ausbildet. Ein linearer Übergang, exponentieller Übergang und/oder ein Übergang gemäß einem monotonen Ab schnitt einer Kosinusfunktion eignet sich insbesondere als kontinuierlicher oder abschnittsweise kontinu ierlicher Übergang zwischen unterschiedlichen Geometrien, beispielsweise unterschiedlichen Quer schnittsflächen des vorderen und hinteren Abschnitts des dielektrischen Wellenleiters.

Beispielsweise kann der hintere Abschnitt des Wellenleiterstücks oder das separate Übergangsstück ei ne entlang der Längsachse verlaufende, einem monotonen Abschnitt einer Kosinusfunktion folgende o- der lineare Änderung des Außenradius aufweisen und somit einen Übergang von einem geringeren Au ßenradius des vorderen Abschnitts des Wellenleiterstücks zu einem größeren Radius des zweiten Wel lenleiters ausbilden.

In einer Weiterbildung kann außerdem vorgesehen sein, dass der hintere Abschnitt (und/oder das sepa rate Übergangsstück) einen gestuften Übergang in Form von Stufen der Länge eines ganzzahligen Viel fachen von einem Viertel bis zur Hälfte der geführten Wellenlänge der elektromagnetischen Welle bei der Mittenfrequenz eines zu übertragenden Signals ausbildet.

Ein solcher gestufter Übergang kann sich insbesondere als Übergang zwischen unterschiedlichen Geo metrien, beispielsweise unterschiedlichen Querschnittsflächen des vorderen und hinteren Abschnitts des dielektrischen Wellenleiterstücks, eignen.

Beispielsweise kann der hintere Abschnitt des Wellenleiterstücks oder das separate Übergangsstück ei ne entlang der Längsachse verlaufende gestufte Änderung des Außenradius aufweisen und somit einen Übergang von einem geringeren Außenradius des vorderen Abschnitts des Wellenleiterstücks zu einem größeren Radius des zweiten Wellenleiters ausbilden.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein Übergang zwischen unterschiedli chen Permittivitäten mittels Compoundierung, Materialdichtemodifikation und/oder Zusammenfügung verschiedener Materialien in dem hinteren Abschnitt des dielektrischen Wellenleiterstücks (und/oder dem separaten Übergangsstück) ausgebildet ist.

Die Permittivitäten von Kern und/oder Mantel oder deren Verhältnis können somit von dem vorderen Ab schnitt des Wellenleiterstücks zu dem hinteren Ende des Wellenleiterstücks (und/oder zu dem separaten Übergangsstück) kontinuierlich, abschnittsweise kontinuierlich oder diskret ineinander übergehen.

Im Rahmen der Compoundierung (Mischen unterschiedlicher Materialien) können beispielsweise Poly merlegierungen, ein Polyblend oder eine Dotierung des Materials in Frage kommen. Eine Modifikation der Dichte des dielektrischen Wellenleiterstücks kann beispielsweise durch Stauchen, Ausschäumen o- der eine abweichende Kristallisierung erfolgen. Schließlich können auch mehrere Materialien geometrisch zusammengesetzt bzw. zusammengefügt werden, die jeweils unterschiedliche Permittivitäten aufweisen und schließlich insgesamt das dielektri sche Wellenleiterstück, einen der Abschnitte des dielektrischen Wellenleiterstücks und/oder das separate Übergangsstück ausbilden. In diesem Fall kann insbesondere ein diskret gestufter Übergang zwischen den Permittivitäten des vorderen Abschnitts und des hinteren Abschnitts des dielektrischen Wellenleiter stücks bereitgestellt werden.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, dass der hintere Abschnitt des die lektrischen Wellenleiterstücks und ein vorderer Bereich des zweiten Wellenleiters ausgebildet sind, um deren dielektrische Kerne und/oder deren die dielektrischen Kerne umhüllende Mäntel geometrisch inei nander übergehen zu lassen.

Auf die vorstehend genannte Weise kann sich eine besonders geeignete Anpassung bei der Übertragung der elektromagnetischen Welle erreichen lassen.

Insbesondere kann vorgesehen sein, das dielektrische Wellenleiterstück und den zweiten Wellenleiter mit jeweils unterschiedlichen Permittivitäten geometrisch ineinander übergehen zu lassen. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, die dielektrischen Kerne und/oder die die dielektrischen Kerne umge bende Mäntel des dielektrischen Wellenleiterstücks und des zweiten Wellenleiters geometrisch ineinan der übergehen zu lassen.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das dielektrische Wellenleiterstück als rechteckiger oder runder dielektrischer Hohlleiter ausgebildet ist.

Das dielektrische Wellenleiterstück kann insbesondere einen runden Querschnitt aufweisen. Vorzugs weise ist das dielektrische Wellenleiterstück als runder, dielektrischer Hohlleiter ausgebildet.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass ein Teilübergang zwischen dem ersten Wellenleiter und dem dielektrischen Wellenleiterstück angeordnet ist.

Ein entsprechender Teilübergang kann insbesondere von Vorteil sein, wenn es sich bei dem ersten Wel lenleiter nicht um einen dielektrischen Wellenleiter handelt. Der Teilübergang kann in diesem Falle aus gebildet sein, die elektromagnetische Welle ausgehend von dem ersten Wellenleiter in das dielektrische Wellenleiterstück bzw. in dessen vorderen Abschnitt, hinteren Abschnitt und/oder in das separate Über gangsstück einzuleiten.

In einer Weiterbildung kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Teilübergang als Hohlleiterhorn o- der Patchantenne einer elektrischen Leiterplatte ausgebildet ist. Grundsätzlich kann der Teilübergang als separates Bauteil ausgebildet sein. In einer Weiterbildung der Erfindung kann aber auch vorgesehen sein, dass der Teilübergang einstückig mit dem dielektrischen Wellenleiterstück ausgebildet ist.

Da die direkte Anregung des zweiten Wellenleiters durch den Teilübergang, insbesondere ein Hohlleiter horn, zu einer starken Anregung höherer Moden in dem zweiten Wellenleiter führen würde, kann erfin dungsgemäß das dielektrische Wellenleiterstück vorteilhaft sein. Insbesondere wenn das dielektrische Wellenleiterstück als dielektrisches Single-Mode-Wellenleiterstück ausgebildet ist, kann somit eine Anre gung höherer Moden beim Übergang von dem ersten Wellenleiter verhindert werden. Der anschließende Übergang von dem dielektrischen Wellenleiterstück auf den zweiten Wellenleiter regt höhere Moden so mit nur noch in sehr geringem Maße an.

Der Teilübergang kann den vorderen Abschnitt des Wellenleiterstücks (und ggf. zumindest teilweise auch dessen hinteren Abschnitt) funktionell überlappen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Moden des die lektrischen Wellenleiterstücks neben der dielektrischen Führung auch eine untergeordnete leitfähige Füh rung aufweisen, beispielsweise durch eine leitfähige Berandung des dielektrischen Leiters. Auf diese Weise kann der hintere Abschnitt des Wellenleiterstücks die Moden des dielektrischen Wellenleiterstücks bereits in die Moden des zweiten Wellenleiters umwandeln, während das dielektrische Wellenleiterstück noch von dem Teilübergang bzw. von dem ersten Wellenleiter angeregt wird. Hiermit kann der vorste hend genannte überlappende Bereich gebildet werden. Ein Beispiel kann ein Übergang von einem als Hohlleiter ausgebildeten ersten Wellenleiter in einen dielektrischen Multi-Mode-Wellenleiter sein, bei dem ein Hohlleiterhorn den Teilübergang ausbildet und der hintere Abschnitt des dielektrischen Wellenleiter stücks noch in dem Hohlleiterhorn beginnt.

In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der erste Wellenleiter als Koaxialkabel, als Eindraht- Wellenleiter, als metallischer oder dielektrischer Hohlleiter oder als Streifenleiter ausbildet ist.

Der erste Wellenleiter kann beispielsweise als rechteckiger Hohlleiter ausgebildet sein, welcher über ei nen optional zwischen dem ersten Wellenleiter und dem dielektrischen Wellenleiterstück angeordneten Teilübergang die Grundmode in dem dielektrischen Wellenleiterstück anregt.

Grundsätzlich kann der erste Wellenleiter allerdings als beliebiger Wellenleiter zur Übertragung einer elektromagnetischen Welle ausgebildet sein.

Der Mantel des zweiten Wellenleiters kann in seinem hinteren Abschnitt beispielsweise eine relative Permittivität von 1 ,0 bis 3,0, vorzugsweise 1 ,0 bis 2,0 aufweisen. Der zweite Wellenleiter kann beispiels weise aus Polyethylen, Polytetrafluorethylen oder Polystyrol ausgebildet sein. Beispielsweise kann der zweite Wellenleiter einen kreisrunden Querschnitt aufweisen. Ein derartiger die lektrischer Wellenleiter vermag grundsätzlich höhere Moden zu führen, sofern dieser eine minimale Wel lenleiterdispersion aufweist. Die Erfindung ist allerdings nicht auf die Verwendung eines spezifischen Querschnitts bzw. einer spezifischen Geometrie des dielektrischen Multi-Mode-Wellenleiters beschränkt zu verstehen. Beispielsweise können auch rechteckige oder elliptische Wellenleiter vorgesehen sein.

Das dielektrische Wellenleiterstück und der zweite Wellenleiter sind vorzugsweise nicht identisch und weisen unterschiedliche Geometrien auf. Das dielektrische Wellenleiterstück und der zweite Wellenleiter können allerdings auch - zumindest abschnittsweise - identische Geometrien aufweisen.

Der optionale Teilübergang zwischen dem ersten Wellenleiter und dem dielektrischen Wellenleiterstück, das dielektrische Wellenleiterstück bzw. dessen vorderer Abschnitt und/oder hinterer Abschnitt oder das separate Übergangsstück können eine beliebige Länge aufweisen sowie in beliebigen Kombinationen einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.

Die Erfindung betrifft auch einen Wellenleiterübergang für eine vorstehend und nachfolgend beschriebe ne Wellenleiteranordnung, zur Übertragung einer elektromagnetischen Welle zwischen einem ersten Wellenleiter und einem zweiten, als dielektrischer Multi-Mode-Wellenleiter ausgebildeten Wellenleiter.

Der Wellenleiterübergang weist ein dielektrisches Wellenleiterstück auf, das zwischen dem ersten Wel lenleiter und dem zweiten Wellenleiter angeordnet ist. Das dielektrische Wellenleiterstück ist ferner aus gebildet, um zumindest in einem dem ersten Wellenleiter zugewandten, vorderen Abschnitt eine geringe re Modenzahl zu führen, als der zweite Wellenleiter zu führen vermag.

Erfindungsgemäß kann beispielsweise ein Eingangssignal aus dem ersten Wellenleiter somit nicht direkt in den dielektrischen Multi-Mode-Wellenleiter eingeleitet, sondern zunächst durch den erfindungsgemä ßen Wellenleiterübergang übertragen werden. Dabei wird die elektromagnetische Welle zunächst in ei nen modifizierten dielektrischen Wellenleiter, im Rahmen der Erfindung als "dielektrisches Wellenleiter stück" bezeichnet, eingeleitet, das nur eine reduzierte Modenzahl zu führen vermag.

Das dielektrische Wellenleiterstück ist vorzugsweise also so zu wählen, dass die höheren Moden inner halb des dielektrischen Wellenleiters nicht geführt werden, insbesondere nicht in dem vorderen Abschnitt des dielektrischen Wellenleiterstücks. Beispielsweise kann hierfür ein Single-Mode-Wellenleiterstück vor gesehen sein.

Erfindungsgemäß kann durch den Wellenleiterübergang die Anregung höherer Moden durch den Über gang von dem ersten Wellenleiter zu dem zweiten Wellenleiter vermieden oder zumindest stark reduziert werden, wodurch eine Multi-Mode-Übertragung durch den zweiten Wellenleiter genutzt werden kann, oh ne die Nachteile einer Modendispersion. Neben den im Rahmen der erfindungsgemäßen Wellenleiteranordnung bereits genannten Vorteilen ist es ein weiterer Vorteil der Erfindung, dass durch die Vermeidung der Anregung höherer Moden am Über gang zum dielektrischen Wellenleiter ein höherer Freiheitsgrad hinsichtlich des Designs der Wellenleiter erreicht werden kann, da die Berücksichtigung der Modendispersion eine nur geringe Rolle spielt.

Die Erfindung betrifft ferner die Verwendung einer Wellenleiteranordnung gemäß den vorstehenden und nachfolgenden Ausführungen zur Datenübertragung mittels elektromagnetischer Wellen oder für die Messtechnik, insbesondere für die Terrahertz-Spektroskopie.

Der Einsatz eines die Anregung höherer Moden vermeidenden Wellenleiterübergangs ist nicht aus schließlich bei der Datenübertragung vorteilhaft, sondern kann auch in anderen Bereichen, wie bei spielsweise der Messtechnik, genutzt werden. Die Erfindung ist somit nicht als spezielle und ausschließ liche Lösung für dielektrische Wellenleiter zur Datenübertragung zu verstehen, sondern kann auch in an deren Einsatzgebieten dielektrischer Wellenleiter, wie beispielsweise der Terrahertz-Spektroskopie, vor teilhaft genutzt werden.

Es kann vorgesehen sein, dass der Wellenleiterübergang ausschließlich aus dem dielektrischen Wellen leiterstück besteht und optional aus dem Übergangsstück und/oder Teilübergang besteht. Vorzugsweise weist der Wellenleiterübergang zumindest keinen Hohlleiter auf, insbesondere keinen dielektrisch gefüll ten Hohlleiter.

Merkmale, die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wellenleiteranordnung beschrie ben wurden, sind selbstverständlich auch für den erfindungsgemäßen Wellenleiterübergang oder die be schriebene Verwendung vorteilhaft umsetzbar - und umgekehrt. Ferner können Vorteile, die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Wellenleiteranordnung genannt wurden, auch auf den erfin dungsgemäßen Wellenleiterübergang bzw. auf die Verwendung bezogen verstanden werden - und um gekehrt.

Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe, wie "umfassend", "aufweisend" oder "mit", keine ande ren Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen Begriffe, wie "ein" oder "das", die auf eine Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen, keine Mehrzahl von Schritten oder Merkmalen aus - und umgekehrt.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben.

Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelnen Merkmale der vorlie genden Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels umsetzbar und kön nen dementsprechend von einem Fachmann ohne Weiteres zu weiteren sinnvollen Kombinationen und Unterkombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele verbunden werden. In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.

Es zeigen schematisch:

Figur 1 eine erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung mit einem ersten Wellenleiter, einem Wellen leiterübergang und einem zweiten Wellenleiter;

Figur 2 eine erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung mit einem Wellenleiterübergang gemäß ei ner ersten Variante;

Figur 3 eine erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung mit einem Wellenleiterübergang gemäß ei ner zweiten Variante;

Figur 4 eine erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung mit einem Wellenleiterübergang gemäß ei ner dritten Variante;

Figur 5 eine erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung mit einem Wellenleiterübergang gemäß ei ner vierten Variante;

Figur 6 eine erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung mit einem Wellenleiterübergang gemäß ei ner fünften Variante;

Figur 7 eine erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung mit einem Wellenleiterübergang gemäß ei ner sechsten Variante; und

Figur 8 eine erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung mit einem Wellenleiterübergang gemäß ei ner siebten Variante.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Wellenleiteranordnung 1 . Die Wellenleiteranordnung 1 umfasst ei nen ersten Wellenleiter 2, einen zweiten Wellenleiter 3 und einen Wellenleiterübergang 4 zur Übertra gung einer elektromagnetischen Welle 5 zwischen dem ersten Wellenleiter 2 und dem zweiten Wellenlei ter 3.

Der erste Wellenleiter 2 kann als beliebiger Wellenleiter ausgebildet sein. Der erste Wellenleiter 2 kann somit beispielsweise als Koaxialkabel, als Eindraht-Wellenleiter, als metallischer oder dielektrischer Hohl leiter oder als Streifenleiter ausgebildet sein.

Der zweite Wellenleiter 3 ist als dielektrischer Multi-Mode-Wellenleiter und vorzugsweise als dielektri scher Hohlleiter ausgebildet. Der Wellenleiterübergang 4 weist ein dielektrisches Wellenleiterstück 6 auf, das zwischen dem ersten Wellenleiter 2 und dem zweiten Wellenleiter 3 angeordnet ist, wobei das dielektrische Wellenleiterstück 6 ausgebildet ist, um zumindest in einem dem ersten Wellenleiter 2 zugewandten, vorderen Abschnitt 7 ei ne geringere Modenzahl zu führen, als der zweite Wellenleiter 3 zu führen vermag.

Vorzugsweise ist der vordere Abschnitt 7 des Wellenleiterstücks 6 als Single-Mode-Wellenleiter ausge bildet.

Zur Übertragung der elektromagnetischen Welle 5 zwischen dem ersten Wellenleiter 2 und dem dielektri schen Wellenleiterstück 6 ist in den Ausführungsbeispielen ein Teilübergang 8 zwischen dem ersten Wel lenleiter 2 und dem dielektrischen Wellenleiterstück 6 angeordnet. Der Teilübergang 8 kann mit dem die lektrischen Wellenleiterstück 6 einstückig oder mehrstückig ausgebildet sein und ist im Ausführungsbei spiel lediglich schematisch als Blackbox angedeutet. Der Teilübergang 8 kann beispielsweise als Hohllei terhorn oder Patchantenne einer elektrischen Leiterplatte ausgebildet sein. Der Teilübergang 8 kann sich mit dem vorderen Abschnitt 7 und/oder mit dem nachfolgend noch beschriebenen hinteren Abschnitt 9 des dielektrischen Wellenleiterstücks 6 auch funktional überlappen.

Um hinsichtlich des zweiten Wellenleiters 3 bzw. zumindest einem dem dielektrischen Wellenleiterstück 6 zugewandten vorderen Bereich des zweiten Wellenleiter 3 eine geringere Modenzahl zu führen, kann der vordere Abschnitt 7 des Wellenleiterstücks 6 einen bezüglich dem zweiten Wellenleiter 3 verringerten Querschnitt (vgl. Figur 1 und Figur 2) aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann das Wellenleiterstück 6 auch eine bezüglich dem zweiten Wellenleiter 3 verringerte Permittivität seines dielektrischen Kernmate rials (durch Schraffierungen in Figur 3 angedeutet) und/oder eine bezüglich dem zweiten Wellenleiter 3 erhöhte Permittivität eines das dielektrische Kernmaterial umhüllenden Mantels (vgl. Figur 6) aufweisen.

In den Figuren 1 bis 5 sind zur Veranschaulichung jeweils nur die Kerne des dielektrischen Wellenleiters 3 und des dielektrischen Wellenleiterstücks 6 gezeigt. Die Mäntel (vgl. Figuren 6 bis 8) sind nicht darge stellt.

Das dielektrische Wellenleiterstück 6 kann auch als rechteckiger oder runder dielektrischer Hohlleiter ausgebildet sein.

Das dielektrische Wellenleiterstück 6 kann einen dem zweiten Wellenleiter 3 zugewandten, hinteren Ab schnitt 9 aufweisen, der einen Übergang zwischen unterschiedlichen Geometrien und/oder Perm ittivitä- ten des vorderen Abschnitts 7 des Wellenleiterstücks 6 und des zweiten Wellenleiters 3 ausbildet. Alter nativ kann ein von dem Wellenleiterstück 6 separates Übergangsstück 10 vorgesehen sein. In Figur 1 ist hierfür vereinfacht zunächst nur eine Blackbox dargestellt, die weiteren Figuren zeigen verschiedenen Varianten des hinteren Abschnitts 9 des Wellenleiterstücks 6. Figur 2 zeigt eine Wellenleiteranordnung 1 mit einem Wellenleiterübergang 4, dessen dielektrisches Wel lenleiterstück 6 in seinem vorderer Abschnitt 7 einen im Vergleich mit dem zweiten Wellenleiter 3 verrin gerten Querschnitt aufweist und dessen hinterer Abschnitt 9 einen Übergang zu dem vergrößerten Quer schnitt des zweiten Wellenleiters 3 ausbildet. Der Übergang des hinteren Abschnitts 9 verläuft dabei kon tinuierlich in linearer Weise ausgehend von dem vorderen Abschnitt 7 in Richtung auf den zweiten Wel lenleiter 3. Grundsätzlich kann der Übergang in dem hinteren Abschnitt 9 linear, exponentiell und/oder kosinusförmig (d. h. dem monotonen Abschnitt einer Kosinusfunktion folgend) oder auf sonstige Weise verlaufen. Der durch den hinteren Abschnitt 9 gebildete Übergang kann kontinuierlich, wie dargestellt, aber auch nur abschnittsweise kontinuierlich oder diskret gestuft ausgebildet sein.

An dieser Stelle sei nochmals betont, dass das dielektrische Wellenleiterstück 6 und der Teilübergang 8 zwischen dem ersten Wellenleiter 2 und dem dielektrischen Wellenleiterstück 6 auch einteilig ausgebildet sein und ineinander übergehen können. Das in Figur 2 als ein sich ändernder Kernquerschnitt ausgebil dete Wellenleiterstück 6 kann auch Teil des Teilübergangs 8 sein, wenn dieser beispielsweise als metal lisches Hohlleiterhorn ausgebildet ist.

Figur 3 zeigt eine Variante des Wellenleiterstücks 6, bei der der vordere Abschnitt 7 eine im Vergleich zu dem zweiten Wellenleiter 3 verringerte Permittivität aufweist. Die unterschiedlichen Permittivitäten sind in Figur 3 durch verschiedene Kreuzschraffierungen angedeutet. Der hintere Abschnitt 9 bildet einen Über gang zwischen der verringerten Permittivität des vorderen Abschnitts 7 und der Permittivität des zweiten Wellenleiters 3 aus. Dies kann beispielsweise mittels Compoundierung, Materialdichtemodifikation und/oder Zusammenfügung verschiedener Materialien in dem hinteren Abschnitt 9 des Wellenleiter stücks 6 erfolgen. Vorliegend ist ein stufiger Übergang in dem hinteren Abschnitt 9 des Wellenleiter stücks 6 dargestellt, beispielsweise aufgrund der Zusammenfügung verschiedener Materialien.

Es kann auch vorgesehen sein, dass der hintere Abschnitt 9 des Wellenleiterstücks 6 und ein vorderer Bereich des zweiten Wellenleiters 3 ausgebildet sind, um deren dielektrische Kerne geometrisch inei nander übergehen zu lassen. Dies ist in den Figuren 4 und 5 beispielhaft dargestellt. Ein derartiger geo metrischer Übergang kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn sich die Permittivitäten des die lektrischen Wellenleiterstücks 6, zumindest des hinteren Abschnitts 9 des dielektrischen Wellenleiter stücks 6, und des zweiten Wellenleiters 3 zusätzlich unterscheiden.

Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, die Anzahl Moden, die das dielektrische Wellenleiterstück 6 zu führen vermag, verglichen mit dem zweiten Wellenleiter 3 zu reduzieren, indem die Permittivität ei nes den dielektrischen Kern des Wellenleiterstücks 6 umhüllenden Mantels 1 1 im Hinblick auf einen Mantel des zweiten Wellenleiters 3 erhöht ist. Dies ist in Figur 6 dargestellt, wobei die unterschiedlichen Permittivitäten abermals durch verschiedene Kreuzschraffierungen angedeutet sind. Der zweite Wellen leiter 3 weist einen Mantel 12 auf, der eine geringere Permittivität aufweist, als der Mantel 1 1 im hinteren Abschnitt 9 des dielektrischen Wellenleiterstücks 6. Es kann auch vorgesehen sein, dass der hintere Abschnitt 9 des Wellenleiterstücks 6 und ein vorderer Bereich des zweiten Wellenleiters 3 ausgebildet sind, um deren die dielektrischen Kerne umhüllende Mäntel geometrisch ineinander übergehen zu lassen. Dies ist in den Figuren 7 und 8 angedeutet. Die beschriebene Wellenleiteranordnung 1 kann vorteilhaft für die Datenübertragung mit sehr hohen Da tenraten zumindest über mittlere Distanzen verwendbar sein. Die dargestellte Wellenleiteranordnung 1 eignet sich allerdings auch zur Verwendung in der Messtechnik, beispielsweise für die Terrahertz- Spektroskopie.