专利名称：在无条件线路上发射表面波的系统和方法
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. G.Goubau，”Single-conductor surface-wave transmissionlines，”Proc.IRE，vol.39，pp.619624，June 1951. A.F.Harvey，Microwave Engineering.New YorkAcademic，1963. J.A.Stratton，Electromagnetic Theory.NewYorkMcGraw-Hill，1941，p.527. H.F.M.Barlow and A.L.Cullen，“Surface waves，”Proc.Inst.Elect.Eng.，vol.100，pp.329-427，Nov.1953. F.J.Zucker，“Thery and applications of surface waves，”NuvoCimento 9Sup.，vol.3，pp.450-472，1952. W.Rotman，“A study of single-surface corrugated guides，”Proc.IRE，vol.39，pp.952-959，Aug.1951. S.S.Attwood，“Surface-wave propagation over a coated planeconductor，”J.Appl.Phys.，vol.22，pp.504-509，Apr.1951. G.Goubau，&E.Sharp“Investigations with a Model Surface WaveTransmission Line”IRE Transactions on Antennas and Propagation，pp222-227，April 1957. Georg Goubau，“Open Wire Lines”IRE Transactions onMicrowave Theory and Techniques，pp 197-200，October 1956. G.Goubau，C.Sharp and S.W Attwood“Investigation of aSurface-Wave Line for Long Distance Transmission”IRE Transactions onMicrowave Theory and Techniques，pp 263-267，1952. M.Friedman and Richard Fernsler，‘Low-Loss RF TransportOver Long Distances’，IEEE Transaction on Microwave Theory andTechniques，Vol 49，No.2，February 2001.
前述的专利和参考文献反映了本领域技术的当前状态，这正是本发明者所注意到的。对于这些材料的引用和论述是为了帮助申请人履行提供与本发明权利要求的审查相关的公开信息的义务。然而，我们尊敬地提出，上述指示的参考文献无论是单独或者结合在一起来考虑，都没有揭示、教导、暗示、显示或者其它明显呈现本发明在此描述和要求保护的内容。
发明内容
本发明在无条件线路上发射表面波的系统和方法提供了一种低损耗传输系统，该传输系统利用单个非绝缘的中心传导线段，这些传导线段不具有任何特殊的表面处理或特殊的封套电介质，并具有在每个末端安装的发射装置。更进一步，本发明提供了导体在接近和超过传播频率的一个波长的环境中的使用。在组合，本发明允许无条件和非绝缘的导体的使用，特别是，允许使用在全世界范围内可以利用的现有架空电力线，来实现经济和有效的信息传输。
尽管本文使用了术语“表面波”或“多个表面波”，但是应当理解使用这种描述是为了根据以前的观点促进理解。除了这些内容之外，可以明确地理解基本的原理和机理，这些内容包括考虑与在无限长的天线上传播波的类似方式来传播波，波可能通过同轴线被耦合到天线上。总之，存在任何这种可能的替换表现都应当不会被认为是限制本文描述的发明。
本发明的一个目的是提供一种低损耗表面波传输系统，该传输系统包括长形导体装置，该导体装置不具有特殊的表面条件化或特殊的覆盖层，该传输系统还包括用于激励表面波沿着导体装置传输的装置。
本发明的另一个目的是提供一种通过使用这种表面波传输线来传送电磁能量的新方法。
本发明的另一个目的是提供一种在大约50MHz以上的频率范围中操作的传输系统，该传输系统在非常广范围的频率上具有极低的衰减。
本发明的一个目的是提供一种通过现有电力线的栅格或网络来传输信息的有效和有能力的装置。
本发明的一个目的是提供一种对制造和维修很经济的传输系统，该传输系统具有很小的尺寸和很轻的重量，在实体上可弯曲并可调整。
本发明的另一个目的是提供一种表面波传输线，该传输线可以被耦合到空心波导或者同轴电缆，用于接收来自源的能量或者向转换装置反馈发射的能量。
本发明的另一个目的是提供一种表面波传输线，该传输线结合用于激励表面波沿着线路传播的装置。
本发明的一个特定目的是提供一种表面波传输线，该传输线结合用于激励表面波沿着线路传输的发射装置，其中该发射装置具有合适的尺寸。
本发明的另一个特定目的是提供一种表面波传输线，该传输线结合电磁喇叭，其中通过调整线路的物理长度，可以影响所述线路相对于喇叭的移动。
本发明的另一个特定目的是提供一种表面波传输线，该传输线可以结合其它的表面波传输线来使用，其中长形导体具有覆盖有介质的外部表面。这个传输线路的其它特定形式包括长形导体装置，该导体装置具有物理上不规则的外部表面。
从下文结合附图所考虑的叙述中，将更好的理解本发明所特有的关于结构和操作方法的其它新特征和更多目的和优点，其中通过举例的方式描述了本发明的优选实施例。然而，可以清楚地认识到附图仅仅是出于描述和叙述的目的，它们并不应被认为是对本发明的限制的界定。在后附的权利要求书中特别指示了本发明特有的各种新颖特征，权利要求书构成了本公开文本的一部分。本发明并不在于单独采用这些特征中的任何一个特征，而是在于指定功能的所有结构的特殊组合。
为了可以更好地理解下文的详细叙述，以及为了可以更好评价其对于本领域的贡献，已经宽泛地概述了本发明非常重要的特征。当然，本发明还具有一些附加的特征，它们将在下文进行描述，并将形成后附的权利要求的附加主题。本领域的普通技术人员将认识到，本文公开内容所依据的概念可以被利用作为设计其它结构、方法和系统的基础，用于实现本发明的多个目的。因此，重要的是，权利要求书被认为是包含了在不脱离本发明的精神和范围内的这种等价结构。
更进一步，摘要的目的是为使国家和地方专利局、以及对专利或法律术语或用语都不熟悉的一般公众、尤其是本领域的科学家、工程师和实践者能够从粗略的检查中，就快速确定本申请的技术公开内容的特性和本质。摘要并不能被认为是定义本申请的发明，本申请的发明是由权利要求书来限定，也不能以任何方式将摘要认为是对本发明范围的限制。
为了仅仅便于参考，在下文的叙述中可以使用某些术语及其来源，它们不是限制性的。例如，诸如“上方”、“下方”、“左”和“右”的词语是指在所参考的附图中的方向，除非另有说明。类似地，诸如“内部”和“外部”的词语分别是指朝向和远离装置或区域及其指定部分的几何中心的方向。在单数时态中的参考也包括复数，反之亦然，除非另有说明。
在结合下文详细叙述的内容进行考虑时，将更好地理解本发明和发明目的以及上文公开的内容。这些叙述内容将参考附图进行描述，其中图1是一种在无条件电力线上发射表面波的系统的示意侧视图；图2显示了简单圆锥形喇叭发射的样本向量网络分析器的测量；图3显示了在理想的.320”(2ACSR)直径柱形导体上具有12厘米直径口的两个20厘米长锥形喇叭的|S21|和|S11|的2-6GHz计算；图4显示了简单线性锥形发射的纵向和截面的电场强度的表示。
具体实施例方式
在图1中描述了本发明系统的代表性实例，本发明的系统描述了一种低损耗传输系统10，该传输系统使用单个中心传导线段20，该传导线段20没有特殊的表面处理，也没有封套的电介质，并且还具有一个或两个发射装置30，每个发射装置被安装在线部分20的一端。这个系统在以下几个方面与Goubau美国专利号2,685,068的发明有所区别(a)导体表面没有特殊的准备；(b)导体表面可以是平滑或粗糙；(c)导体表面没有介质护层；(d)导体可以是圆形或者在一段范围内具有椭圆、矩形或复合的横截面；(e)导体可以由两个或多个平行的导体组成；(f)导体圆周可以接近并超过传播频率的波长；(g)系统支持以便利尺寸的发射装置在整个RF-Microwave区域进行的传播；(h)表面波传播的相对速度是光速或非常接近光速。
可以使用没有特殊条件化、表面准备或绝缘的现有线路。这对于本发明在作为“最后一哩(last mile)”信息分配系统部分中得到应用的应用性来说，是必不可少的。
可以使用具有与波长相比非常大的圆周的现有线路。在馈电传输线路中，从同轴(或波导)模式转换为线路上的表面波模式、而不会产生高阶辐射模式的能力是很重要的，这是由于这允许使用普通的电栅分配线路尺寸。并且，它允许使用超大的电栅传输线来传输宽带信息，某些传输线具有达2”的直径。
采用便利尺寸化的发射装置可以实现优良的宽带性能。本发明的优选实施例使用这种发射装置，该发射装置被配置为允许在现有电力线上实现方便的安装，以及使用非常便利尺寸化的装置来提供在大范围频率上的优良性能的能力。对于在HV线路上的使用，该HV线需要在接触任何线路和其它线路的传导结构之间微小的间隔，则小尺寸可能是发射装置的必要属性。在由本申请人提交的美国专利申请序列号为10/732,080的专利中公开了这种类型的发射实例，其标题为“Method and Apparatus for Launching a Surfacewave onto a SingleConductor Transmission Line(在单导体传输线上发射表面波的方法和设备)”，在此结合其内容以供参考。该专利公开了一种具有安装纵向插槽和按指数规律的锥形喇叭部分的发射，用于提供良好的宽带性能。这种发射提供了在两个频带上对表面波模式的良好耦合，这些频带和它们的宽度主要是受三轴耦合部分的影响。可以使用采用不同同轴耦合部分的实现方式，这些同轴耦合部分使用铁氧体或类似的电阻(有损耗的)去耦合元件，而不是无功线路部分，以便提供从1GHz以下到大于10GHz的没有排除范围的极好宽带性能。这种同轴耦合部分可以采用与宽带偏压T形分离低频和高频信号大致相同的方式来使用这种材料。超宽频带技术可能需要和使用这种类型的同轴适配器。
可以使用两个部分“蛤壳”或多于两个部分的替换发射装置，所述部分可以被装配在现有线路的周围。可以向各种的现有电力线提供合理数量的设计。实施的大部分特定线部分通常是同轴适配器部分，该同轴适配器部分可以被制作成与相当大的、但不是无限的范围相适应的线路直径和类型。典型分配线路的直径范围从大约.2”到.6”，并且可以向该分配线路提供单个或两个不同的同轴适配器实施，这些同轴适配器实施是结合单个按指数规律的锥形喇叭部分来使用的。
适应于多种表面波线路类型、接头和损伤。现有的包含线路接头并可以改变在跨距(span)中间的类型的线路就完全能满足要求。尽管由于从表面波到辐射模式的反射和转换，所引起的不连续性可以产生某些附加的衰减，但是通过动态调整在附带的放大器电路中的增益元件，就可以容易地对它进行预防。在具有诸如线路有冰和鸟等负载的外部变量时，这种动态调整的增益对于保持系统性能的理想度是很有用的。
同样也提供了介入支持。而且，由于可以通过在放大电路中的附加增益来补偿由于这些损伤引起的附加衰减，因此可以使用具有绝缘体和分接头连接(关于架空安装的变压器)的线路。这就允许与现有线路的一个部分一起使用一对发射装置，所述现有线路的部分包括具有绝缘体、分接头和其它特征的一个或多个中间电杆，该其它特征可能损伤表面波模式的传输特性。可允许的这些损伤的数量将取决于特殊的实施目标，这包括理想的最大线路电平、入口和出口电平、理想的系统载波/噪声电平和其它系统参数。
在由本申请人提交的共同未决美国专利申请序列号10/250,625中公开了采用该技术的发明应用，该专利申请的标题为“Method andApparatus for Information Conveyance and distribution(信息传送和分布的方法和设备)”，在此结合其内容以供参考，该发明应用允许有利地结合其它媒体类型。将这个发明与在参考文献中显示的其它媒体类型相结合，可以允许向高张力线的经济转换和从高张力线开始的经济转换。可以结合同时和双向特性(全双工)来使用光纤或自由空间的绝缘特性，以便容易地“继续和脱离(get on and off)”高电压线路。
本发明可以结合N-路功率分配器和分频器以及多种媒体类型，以便允许形成更多的复合网络。例如，在表面波部分上重新开始传输之前，采用光纤部分、无线或同轴电缆可以旁路(bypass)可能由于保险丝或开关引起的表面波线路中的严重破坏。线路的相交可以提供三路、四路或更多路的分开。
本发明可以被用来提供同时对不同协议的多种流的信息传输。例如，可以同时共同操作完全独立的TDMA和CDMA信息系统，通过使用频域分离避免出现不希望有的耦合或干扰。
本发明的应用可以单独提供或同时提供信息分配、传输。可以使用几乎无处不在的架空电力线的分布和传输属性，来支持为本发明提供的信息传输。另外，单个线路可以相对于每个支持电杆来同时提供定期的分配或接入，并同时提供在两个远端点之间的信息“迂回路程”连接。
本发明系统能够使多个分布的用户共同接入。在某种意义上，本发明可以被用来允许多个分布的用户共同接入它提供的分配和传输。这可以通过周密计划模式转换来产生，以及通过沿着表面波线路系统的长度提供的多个本地天线的辐射来产生。它可以通过周密计划地创建在发射装置内的模式转换程度来提供，以便建立对系统的本地接入点。采用这种方式，沿着传输系统的长度分布的用户可以完全共享它的性能。这些用户可能需要提供在每次仅允许一个用户或端点进行传输的情况下能够有效共享资源的协议。
本发明系统的操作与线路的张拉和下垂无关。这个系统可以在现有电力线上存在的张力范围内有效地操作，重力会导致电力线形成悬链曲线。在线路张力和典型电力线设备的弯曲程度中的正常变化对系统性能具有很小的影响。
本发明系统提供动态的增益。沿着电力线长期操作的长度，可以周期性地放置放大器、滤波器和其它电子设备，这些电子设备包括用户接入设备，以便补偿损耗和提供用户接入。这个设备可以通过跨越两个或多个导体的电感耦合、电容耦合或直接变压器连接器，由该线路自身供电。当典型的安装位置是在位于环境遮蔽和障碍上方的电力线电杆上时，该设备还可以用太阳能供电。
测量和典型的特性这里描述了两种主要的测量方法。通过使用两个端发射装置，单个发射装置在导体长度的任何一端，就可以实现传统的两个端口S参数测量。而且，在导体部分的一端上由单个发射装置进行的一个端口测量，可以由在另一端以合适角度放置的传导反射镜来终止。通过使用由校准的微波向量网络分析器执行的时间选通误差校正测量，就可以与两端口的测量方法达成良好一致。另外，可以采用时域选通，以便识别和分离由于发射、线路缺陷、障碍等造成的不同反射和传输分量。单端口测量技术便于发射装置的开发，这是由于在制造或修改仅仅单个发射装置时，可以检验一对虚拟等同的发射。
图2中显示了简单圆锥形喇叭发射的采样单端口向量网络分析器的测量。在0和6GHz附近可见的增长衰减是由于目前已被使用的特定同轴耦合器的有限带宽，这个增长衰减并不代表表面波传输线或发射的特性。即使在其中发射在直径上显著小于一个波长的低于200MHz的频率，通过操作具有不同同轴适配器的这个相同发射，仍可能仅仅带来适度的附加衰减。
导体类型已经检验了很多种导体类型，这包括铜、铝和多种直径的黄铜棒材和管。在设计和优化较大直径的电力线导体的发射装置中，已经检验了由标准的铜水管制造的导体。由于有关Goubau线路的参考文本包含了超出确定应用性的一些信息，因此尚未完成具有绝缘介质材料的线路的仔细检验。然而，已经级联和组合了多个部分的线路类型以验证组合的效用，所述线路类型既包括本发明的无条件线路，也包括对于如根据Goubau的发明的绝缘线路。
一列所检验的某些线路的类型包括#12绝缘多芯铜线；#12实心铜线；1/8”-3/4”薄壁黄铜管；1/2”铜水管(.625OD管型系列(Schedule)L)；3/4”铜水管(.875”OD)；1”铜水管(1.125”OD)；4ACSR公用事业管线；2ACSR公用事业管线；和4/0ACSR公用事业管线。
具有作为导体的典型电力线的线路损耗实际上，在实际线路上的总损耗通常会受到支持结构、接头和不连续性的影响，如发射、导体和辐射损耗的影响。除了使用特殊的校准技术或去嵌入之外，线路损耗的准确测量需要多次测量不同的线路长度，以便消除结果中的发射(launch)损耗。通常，由于线路损耗趋向于很低，因此为了实现高准确度，就需要良好的测量准确度和可重复性。
损耗倾向于与导体直径相对独立。作为典型的实例，对于4-ACSR、.25”直径的|S21|，或2-ACSR、.32”直径的|S21|，当使用具有7”按指数规律的(exponentially)锥形喇叭时，电力线导体是在2.4Ghz每100ft(英尺)2.5dB以下。在使用相同的发射装置时，类似的结果适用于#12裸铜导体(.1”直径)的测量。
损伤表面波模式在没有突然转向、不连续性或障碍的导体上得到最好的支持。因而，在绝缘支持电杆与保持在障碍线路开通周围的区域之间的悬挂式公用事业管线的普通方法是比较理想的。由典型架空电力线设备上的重力产生的悬链线曲线对线路损耗具有很小的影响或没有测量影响。张力上的变化不会显著地影响线路损耗。与一系列直通线路支持的偏移会产生附加的衰减，其中该偏移是在20度或更少级(order)上，所产生的附加衰减很小，足以通过系统内的动态增益放大进行调节。
像绝缘体、接头、切线连接等的障碍会产生反射和辐射(表面波模式到辐射模式的转换)。这些种类损伤的典型附加传输衰减是在6dB的级上，该附加传输衰减作为频率函数通常是恒定的，因此不会导致大量的组延迟不平坦度。
计算机建模的性能自Goubau专利以后的50年中，还没有意识到无条件线路的可能性，该Goubau专利包括了表面波在理论上的处理。实际提供的技术宽度可能阻止了其他人考虑在无条件线路上操作的可能性。作为提供与本发明的描述接近的更为正确的替换，已经执行了计算机数值有限元件的分析，这包括为实现这个发明的传输系统所必需的导体、发射和其它相关结构。计算机能够有效构造在三维模式的结构上的超大三维网点，并求解在每个节点的Maxwell方程，以便产生预测结果。这些结果显示出与制造结构测量的良好一致，并用作确认本发明的原理和实用性。由于发射的详细模式非常复杂和导体相当大的波长，通过假定具有仅少数部分的分级、线性锥形圆锥体的发射“喇叭”，而不是更为优选的按指数规律的锥形喇叭，就可以简化这个问题。另外，考虑了仅仅在最高频率的10到20波长的总结构尺寸。即使采用了这些简化，具有2Gbyte存储能力的2GHz Pentium IV也可能需要10个小时的处理来产生解答。图3显示了在理想的.320”(2ACSR)直径平滑、圆柱导体上，具有12厘米直径口的两个20厘米长的圆锥形喇叭的|S21|和|S11|的2-6GHz计算。这个描述显示了总损耗在相当大的带宽上很小。采用更复杂的设计可以获得更好的回波损耗和甚至更低的发射损耗，但是超额的复杂性可能会使计算机的模型制作更困难。
图4中显示了简单线性锥形发射的纵向和横截面的电场强度的表现。发射的窄部分是在底部，并描述了纵向场41和截面场42。与Goubau关于非绝缘导体的教导相反，在中央区域中包含了大量能量，可以证明，具有合适尺寸发射的实际表面波传输系统是可行的。
因此，本发明的特征可以是一种在50MHz以上预定频率范围的电磁能量的传输系统，该传输系统包括长形传导装置，该传导装置具有无条件表面，而没有附加的电介质，能量基本上被包含在柱形空间中，在频率范围内的频率从该传导装置径向地延伸到预定的距离，该场在基本平行于传导装置的方向上被轴向地传播，该传导装置被耦合到电磁能量的源，用于形成基本径向对称的场配置的一束波能量，其直径基本上是等于包含在频率范围内频率的场的柱形空间的直径，该场被引导轴向地进入柱形空间，该传导装置被耦合到光束形成装置，以便产生从光束的场到传导装置的场的基本连续的转换，和远离光束形成装置的装置，该装置被耦合到传导装置，用于转换沿着传导装置传播的能量。
该传输系统的特征可以是开放(open)波导、能量转换系统或电磁波能量传输系统。替换地，本发明的特征可以是一种在长形导体上发射表面波的方法，该导体具有无条件表面，而没有附加的电介质。
上述的公开内容足以能使本领域的普通技术人员实践本发明，并且提供了本发明人当前考虑的实现本发明的最佳模式。尽管本文提供了本发明优选实施例的完全和完整的公开内容，但是并不期望将本发明限制为所显示和描述的具体构造、尺寸关系和操作。在不脱离本发明的真实精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员将很容易地实现各种修改、替换构造、改变和等效形式，并且如果合适，可以使用这些修改、替换构造、改变和等效形式。这些改变可能包含替换材料、组件、结构配置、尺寸、形状、形式、功能、操作特征等。
因此，上述的描述和说明应该不会被理解为限制本发明的范围，本发明的范围是由后附的权利要求书来限定。
权利要求
1.一种用于50MHz以上预定频率范围的电磁能量的传输系统，该传输系统包括长形传导装置，该传导装置具有无条件表面、并且没有附加的电介质，所述能量基本上被包含在柱形空间中，在所述频率范围内的频率从所述传导装置径向地延伸到预定距离，所述场在基本平行于所述传导装置的方向上被轴向地传播，该传导装置被耦合到电磁能量的源，用于形成基本径向对称的场配置的一束波能量，其直径基本等于包含在所述频率范围内频率的场的柱形空间的直径，所述场被引导轴向进入所述柱形空间，所述传导装置被耦合到所述光束形成装置，用于产生从所述光束的场到所述传导装置的场的基本连续的转变，还包括远离所述光束形成装置的装置，该装置被耦合到所述传导装置，用于转换沿着所述传导装置传播的能量。
2.一种开放波导，用于传输在50MHz以上的预定频率范围的电磁能量，该波导包括长形传导装置，该传导装置具有无条件表面、并且不具有附加的电介质，以便集中基本上在所述传导装置的外部空间中在所述频率范围内发射的能量的场；所述能量基本上被包含在柱形空间中，在所述频率范围内的频率从所述导体表面径向地延伸到预定距离，所述能量在基本平行于所述传导装置的方向上被轴向地传播；还包括用于形成基本径向对称的场配置的一束波能量的装置，其直径基本等于柱形空间的直径，该柱形空间包含了在所述频率范围内的频率的场，该场被引导轴向地进入所述柱形空间，所述传导装置被耦合到所述光束形成装置，用于产生从所述光束的场到所述传导装置的场的基本连续的转换。
3.一种预定频率范围的开放波导系统，该波导系统包括传导导线线路，该传导导线线路具有无条件表面、并且不具有附加的电介质，用于发射基本横向磁场模式的一束波能量的装置，该横向电磁模式与所述的线路是同轴对称，所述导线线路被耦合到所述发射装置，用于产生从所述光束的场到所述导线线路的场的基本连续的转换，用于在所述导线的外部空间中和在所述导线的方向上，在基本非辐射模式下传播所述的波能量，所述能量基本被包含在预定的柱形空间中，该柱形空间与在所述频率范围内的频率的所述导线同轴并同延，其直径基本等于在所述频率范围内频率的所述光束的直径。
4.一种预定频率范围的能量转换系统，该转换系统包括电磁波能量源和接收机、长形导体，该导体具有在所述源和所述接收机之间延伸的无条件表面，并且不具有附加的电介质，用于传播基本在其传导表面的外部空间中、和在基本平行于所述导体的方向上的波能量，所述能量被限定为基本在预定柱形空间内并在所述频率范围内的频率上，该柱形空间与所述导体同轴并同延；还包括在源和接收机端分别用于将能量耦合到所述导体的分离装置，所述耦合装置包括用于形成基本径向对称的场配置的一束波能量的装置，其直径基本等于柱形空间的直径，该柱形空间包含了在所述频率范围内的频率的场，该场被引导轴向地进入所述柱形空间，所述导体被耦合到所述光束形成装置，用于产生从所述光束的场到所述导体的场的连续转换。
5.组合起来，一种电磁波喇叭、长形导体，该导体具有与所述喇叭同轴延伸的无条件表面，并且不具有附加电介质，用于传播基本在所述导体的外部空间中、和在基本平行于所述导体的方向上的预定频率范围的波能量，所述能量被基本包含在柱形空间内的所述频率范围内的频率上，该柱形空间与所述导体同轴并同延，其直径基本等于在所述频率范围内频率的所述喇叭的直径，同轴线包括内部和外部导体，所述同轴线的外部导体被电连接到所述喇叭，用于能量耦合，和用于形成在所述同轴线的内部导体与所述长形导体之间的能量耦合的装置。
6.组合起来，一种同轴线、开放波导，该同轴线具有无条件表面，并且不具有附加电介质，该开放波导包括耦合所述同轴线的长形导体装置，所述开放波导用于发射预定频率范围的一束波能量，该预定频率范围与所述的长形导体同轴对称，用于在基本平行于所述导体的方向上、基本在所述导体的外部空间中在非辐射模式下传播所述的波能量；所述能量被基本包含在柱形空间中，该柱形空间在所述频率范围内的频率与所述导体同轴并同延，其直径基本等于在所述频率范围内频率的所述光束的直径；所述长形导体被耦合到所述发射装置，用于产生从所述光束的场到所述传导装置的场的基本连续的转换。
7.在电磁波能量传输系统中，长形导体装置具有无条件表面，并且不具有附加的电介质，用于在所述导体表面的外部空间中、和在基本平行于所述长形导体装置的方向上基本发射仅仅预定频率范围的非辐射模式的波场能量，所述能量被基本包含在柱形空间中，该柱形空间在所述频率范围内的频率上与所述长形导体装置同轴并同延，和用于形成基本径向对称的场配置的一束波场能量的装置，其直径基本上等于柱形空间的直径，该柱形空间包含了在所述频率范围内的频率的场，该场被引导轴向地进入所述柱形空间，两个波能量场的界面是波长尺寸的阶；所述导体装置被耦合到所述光束形成装置，用于形成从所述光束的场到所述传导装置的场的基本连续的转换。
8.在电磁波能量传输系统中，用于提供预定频率范围的集中波能量的装置，长形导体装置，该导体装置具有无条件表面，并且不具有附加的电介质，用于基本发送在所述导体表面的外部空间中、和在基本平行于所述长形导体装置的方向上仅仅非辐射模式的波能量，所述能量被基本包含在柱形空间内，该柱形空间在所述频率范围内的频率上与所述长形导体装置同轴并同延和被耦合到所述提供装置的装置，用于将所述集中波能量形成基本径向对称的场配置的一束波能量，其直径基本等于柱形空间的直径，该柱形空间包含了在所述频率范围内的频率的场，该场被轴向引导进入所述柱形空间，所述导体装置被耦合到所述光束形成装置，用于产生从所述光束的场到所述传导装置的场的基本连续的转换。
9.一种对50MHz以上的预定频率范围的电磁波能量的传输系统，该传输系统包括长形传导装置，该传导装置具有无条件表面，并且不具有附加的电介质，该传导装置将在所述频率范围内的发射能量限定在其导体表面的外部空间中和在柱形空间内，在所述频率范围内的频率从所述表面径向地延伸到预定距离，所述场在基本平行于所述传导装置的方向上被轴向地传播，被耦合到电磁能量的源的装置，用于形成基本径向对称的场配置的一束波能量，其直径基本等于柱形空间的直径，该柱形空间包含了在所述频率范围内频率的场，该场被引导轴向进入到所述柱形空间，用于将所述光束形成装置耦合到所述传导装置的装置，该传导装置包括与所述光束轴向布置的导体，和远离所述的光束形成装置的装置，该装置被耦合到所述传导装置，用于转换沿着所述长形导体装置传播的能量。
10.一种在线路上发射表面波的方法，所述方法包括步骤提供长形导体，该导体具有无条件表面，并且不具有附加的电介质；产生能量，该能量基本被包含在理想频率范围内的频率的柱形空间中，并从导体径向地延伸到预定距离；在基本平行于导体的方向上轴向地传播场，用于形成基本径向对称的场配置的一束波能量，其直径基本等于柱形空间的直径，该柱形空间包含了在频率范围内频率的场，该场被引导径向进入到柱形空间；在远端位置，转换沿着导体传播的能量。
全文摘要
一种低损耗传输系统，该传输系统使用单个非绝缘的中心导体线部分，这些导体线部分不具有任何特殊的表面处理或特殊的封套电介质，并在每个末端安装有发射装置。本发明提供了导体在接近和超过传播频率的一个波长的环境中的应用。组合起来，本发明能够使用无条件和非绝缘的导体，特别是使用在全世界范围内可以利用的现有架空电力线，来实现经济和有效的信息传输。
文档编号H01P3/00GK101061603SQ200580024379
公开日2007年10月24日 申请日期2005年5月20日 优先权日2004年5月21日
发明者格伦·E·埃尔莫尔 申请人:科里多系统公司