CN104011934A - 非接触式连接器 - Google Patents

Abstract

一种非接触式连接器(100)包括发送器(102)，其具有产生第一信号的第一发送集成电路(200)和产生第二信号的发送集成电路(202)。第一拾取天线(208)邻近第一发送集成电路，并且沿第一传输线路(204)将第一信号传送给第一传播天线(220)。第二拾取天线(212)邻近第二发送集成电路，并且沿第二传输线路(206)将第二信号传送给第二传播天线(222)。第一和第二传播天线将第一和第二信号以不同且可分离的极化发送至传播路径(106)，以允许利用该传播路径的双向通信。

Description

非接触式连接器

技术领域

这里的主题总体上涉及非接触式连接器，其使用RF(射频)能量在短范围中提供非接触式数据传输。

背景技术

非接触式连接器典型地包括发送器芯片和接收器芯片。数据流供应给产生诸如60GHz的调制的RF信号的发送器芯片。信号传播一段短距离给解调信号并且恢复原始数据流的接收器芯片。芯片典型地集成进连接器壳体中以允许数据在连接器对之间的传输而无需电连接或光连接。可通过使用多个发送器芯片和接收器芯片对而提供多个通道。为了避免通道间的串扰，每个芯片对通过距离或通过屏蔽而与相邻的对隔离。

某些应用需要在连接器部件之间的相对运动。这些芯片可在一定的限度内纵向分离而在性能上有很少的或者没有降低。该分离允许连接器载体的配合位置的精度降低或甚至一些顺应以允许连接器载体在位置上的不配合。当需要复杂平移时，会产生问题。例如，在多于一个方向上的平移是有问题的，并且导致信号衰减和/或传输失效。此外，具有多于一个传输通道的连接器部件的平移是有问题的。在旋转轴上或靠近旋转轴的芯片的协同定位可导致在多个通道中的数据流的互扰或混合。

额外的复杂之处在于天线在芯片中的集成。例如，当天线产生线性极化的波前，芯片的旋转将改变发送器芯片和接收器芯片之间的相对角度。当两个天线正交时，信号强度将下落至接近0。

对非接触式连接器存在允许有助于旋转运动的天线结构的安装的需要。对非接触式连接器存在提供内通道隔离的需要。

发明内容

根据本发明，提供了一种非接触式连接器，其包括具有产生第一信号的第一发送集成电路和产生第二信号的第二发送集成电路的发送器。第一拾取(pick-up)天线邻近第一发送集成电路，并且沿第一传输线路将第一信号传送给第一传播天线。第二拾取天线邻近第二发送集成电路，并且沿第二传输线路将第二信号传送给第二传播天线。第一和第二传播天线将第一和第二信号以不同且可分离的极化发送至传播路径，以允许利用该传播路径的双向通信。

可选地，第一和第二信号可以轴对称模式被传播。第一信号可为右旋圆极化的，并且第二信号可为左旋圆极化的。非接触式连接器可包括具有地平面的天线元件、所述第一传播天线和所述第二传播天线的天线元件。天线元件可具有在第一传播天线和第二传播天线之间支撑和延伸的介电基底，其中第一和第二传输线路中的至少一个延伸通过所述介电基底。屏蔽件可将第一发送集成电路和第二发送集成电路分离。

附图说明

本发明将参考附图以示例的方式描述，所述附图中：

图1图解了根据示例性实施例形成的非接触式连接器，示出了发送器和接收器，并且其间具有传播路径。

图2图解了其中发送器和接收器相比于图解于图1的处于不同的相对位置的非接触式连接器。

图3图解了用于由发送器或接收器使用的并且根据示例性实施例形成的天线元件。

图4图解了用于与发送器或接收器一起使用的并且根据示例性实施例形成的天线元件。

图5图解了所述连接器，示出了在发送器和接收器之间的波导。

图6图解了依据一个示例性实施例形成的发送器。

图7图解了依据一个示例性实施例形成的发送器。

具体实施方式

这里描述的实施例提供了一种具有形成数据链接的两个模块的非接触式连接器。所述模块可包括拾取天线、传输线路和再发射天线。拾取天线可从基于RF的发送器芯片接收线性极化的信号，并将这个信号传送至传输线路。传输线路将信号供给至再发射天线，其将信号从第一模块发送至第二模块。第二模块中的结构执行交互的功能，并发出联接至基于RF的接收器芯片的线性极化的信号。在模块之间，信号(例如电磁(EM)波)是轴对称的，并使用诸如圆极化、TE01/TE10等的模块家族。

这里描述的实施例可包括仅具有单个传输线路的模块。例如，第一模块可包含单个仅发送芯片并且第二模块可包含单个仅接收芯片，以形成单向单通道通信通道。在其他实施例中，两个模块可包含单个发送-接收芯片，其中每个芯片设置用于固定功能(例如，发送或接收)以形成单方向的单通道通信通道。通信通道的方向可通过反转两个芯片的每个的功能而根据意愿设置。在其他实施例中，两个模块均可包含单个发送-接收芯片。

这里描述的实施例可包括具有多个传输线路的模块。例如，系统可由具有两个基于RF的芯片组的模块组成。每个发送芯片可被安装有拾取天线和传输线路。传输线路可将信号送至再发射天线。再发射天线可以是能够产生具有正交的或可分离的极化的两个不同的信号的。两个信号都可沿传输路径朝向第二模块传播。信号选择性地激励第二模块中相应的天线，第二天线可将相应的信号通过相应的传输线路传送至相应的拾取天线，然后至相应的基于RF的接收芯片。实施例可提供用于双通道-单方向系统的具有两个发送芯片的第一模块和具有两个接收芯片的第二模块。其他的实施例可在每个模块中提供一个发送芯片和一个接收芯片，以形成双通道-双方向系统(例如全双向通信)。一个可能的模式对包括右旋圆极化(RHCP)和左旋圆极化(LHCP)模式。实施例可包括堆叠的贴片天线、混合联接器和曲折天线、混合联接器和宽交叉偶极子天线(fat crossed dipole antenna)，或其他天线结构。另一可能的模式对包括右旋椭圆极化和左旋椭圆极化模式。另一种可能的模式对包括TM01和TE01或其它能够在相同空间并在相同时间存在的、且可从彼此分离的正交模式。

这里描述的实施例可包括在两个再发射天线之间的RF传输路径上的旋转连结点。轴对称的EM模式的在路径的那个部分的使用使信号强度独立于第一模块和第二模块之间的旋转的相对角度。这里描述的实施例可包括形成在两个再发射天线之间的传输路径的部分的波导。该波导可由中空的金属管的一段长度制得。在其他实施例中可使用其它类型的波导，诸如由可也在其外表面包括金属涂层的诸如塑料或陶瓷的固体介电材料制成的波导。该波导可具有一个或多个空隙或裂口，并且该空隙(或多个空隙)可由不同于波导材料的材料制成。例如，塑料的波导可具有包含空气、水、肉、真空或玻璃或其他的非金属的空隙。该裂口或空隙不可故意地和另外的材料混合。波导的两个面抵靠在一起，使另外的材料(诸如空气)填隙地并且伴随地位于空隙。裂口或空隙可允许旋转运动。裂口或空隙可允许线性分离。波导可通过减少由第一芯片发出的RF信号的发散并且在接收芯片处维持信号强度处于可接受的水平而增加在基于RF的芯片之间的可允许的分离距离。对于给定的分离距离，波导可抵制外部噪音源，并且可改善系统的信噪比。

图1和2图解了依据示例性实施例形成的非接触式连接器100。连接器100包括使用RF能量在短范围中提供非接触式数据传输的第一模块102和第二模块104。传播路径106限定在第一和第二模块102、104之间，并且为第一和第二模块102、104之间的RF能量提供限定的传输路径。在示例性实施例中，传播路径106可为波导，然而非接触式连接器100不限于波导的使用。波导可为中空金属管，诸如铜管。波导可为塑料、陶瓷、玻璃或其他的本体。波导可仅仅沿着第一和第二模块102、104之间的部分路径延伸。传播路径106可为任意类型的传播路径，包括在第一和第二模块102、104之间的空气空隙。真空可沿传播路径106的至少一部分设置。传播路径106可为非连续的，并且可跨过不同接口和/或材料。

在图解的实施例中，传播路径106由波导限定，并且传播路径106在下文中可被称为波导106。波导106具有连结点108，其允许第一和第二模块102、104相对于彼此的平移。在示例性实施例中，连结点108允许在波导106的第一端部110处的第一模块102和在波导106的第二端部112处的第二模块104之间的相对旋转的旋转运动。作为提供旋转平移的附加或替代，连结点108还可提供线性平移。在不使用波导的实施例中，第一和第二模块102、104可以允许第一和第二模块102、104之间的相对运动的可旋转的方式沿着传播路径联接联接，而同时在第一和第二模块102、104之间传送信号。

在示例性实施例中，第一模块102限定发送器，并且第二模块104限定用于接收由发送器发出的RF能量的接收器。第一模块102在下文中可被称为发送器102。第二模块104在下文中可被称为接收器104。在替代实施例中，第一模块102限定接收器，并且第二模块104限定发送器。可选地，第一模块102可限定发送器和接收器两者，并且第二模块104可限定发送器和接收器两者。第一和第二模块102、104可允许单向通信或可允许双向通信。

在示例性实施例中，连接器100允许在发送器102和接收器104之间的双向通信。多个发送和接收对通过发送器102和接收器104之间的波导106产生多个通信通道。每个通道使用区别的可分离的极化模式以在多个通信通道的RF信号之间提供隔离。

在示例性实施例中，发送器102包括发出第一信号的第一通信通道120和发出第二信号的第二通信通道122。接收器104包括接收第一信号的第一通信通道124和接收第二信号的第二通信通道126。第一信号由第一极化模式产生，并且第二信号由区别于第一极化模式的第二极化模式产生。

第一和第二信号作为RF能量从发送器102发出进入波导106。波导106将第一和第二信号传送给接收器104。发送器102将第一信号作为RF数据传输发送，并且波导106将RF数据传输传送至接收器104。接收器104从波导106接收RF数据传输，并且恢复该RF数据传输。在示例性实施例中，RF数据传输具有不同的传播模式，其允许第一和第二信号通过波导106在相同的空间中并以相同的频率传送，但是具有允许接收器104将第一信号与第二信号分离的可分离的极化。

图1和图2图解了相对于接收器104处于不同角度定向的发送器102。例如，图1图解了相对于示于图2中的角度定向旋转了约90度的发送器102。在示例性实施例中，发送器102和接收器104两者都能够沿角度路径旋转。例如，发送器102可在任一方向上旋转至少360度，并且接收器104可在任意方向上旋转至少360度。

图3图解了用于由发送器102或接收器104(两者均示于图1和2)使用的天线元件130。天线元件130包括由介电结构136从地平面134分离的天线结构132。天线结构132是导电本体。天线结构132可根据特定的应用具有任意形状。可选的，天线结构132可为平面的。天线结构132可为矩形形状。地平面134也是导电结构。地平面134可为平面的。地平面134可比天线结构132大。介电结构136可为介电本体，诸如陶瓷基底，或可为空气。

RF能量通过通信地联接至驱动部件的传输线路138供给至天线结构132，驱动部件诸如是集成电路部件140。集成电路部件140具有由传输线路138发送至天线结构132的RF输出。传输线路138可为同轴线缆。替代地，传输线路138可为构造为传输RF能量的另一种结构，诸如导电过孔。可选地，传输线路138可在非中心定位、而是定位为更靠近天线结构132的边缘的供给点处连接至天线结构132。

天线结构132、地平面134和介电结构136形成了电容，其从天线结构132的边缘发出电场。电场增长并组合成为远离天线结构132传播的行进电磁(EM)波。通过天线结构132的形状和供给点的合适的选择，天线元件130可容易地产生线性极化的电磁波或圆极化电磁波。天线元件130可产生右旋圆极化电磁波或左旋圆极化电磁波。

图4图解了用于与发送器102或接收器104(两者均示于图1和2)一起使用的、且根据示例性实施例形成的天线元件150。天线元件150包括悬置在地平面154之上的第一天线结构152，并且其间有第一介电结构156。第二天线结构158也悬置在地平面154和第一天线结构152之上，并且在第二天线结构158和第一天线结构152之间有第二介电结构160。第一和第二天线结构152、158和介电结构156、160以堆叠的构造布置。第一和第二天线结构152、158是同轴的。诸如非堆叠的多天线阵列的其他构造也可用于传送多个信号。

第一传输线路162连接至第一天线结构152并且从第一集成电路部件164向第一天线结构152供给RF能量。第二天线结构158由通信地联接至第二集成电路部件168的第二传输线路166而供给RF能量。每个天线结构152、158分别由集成电路部件164、168单独地供给RF能量。

天线结构152、158发出对应于来自于相应的集成电路部件164、168的信号的分离的电磁波。由于RF能量在天线结构152、158的边缘处开始传播，在叠堆中的第二天线结构158不会阻塞从第一天线结构152发出的信号。在示例性实施例中，第一和第二天线结构152、158发出具有不同和可分离的极化的信号，使得信号可在相同的空间中和/或以相同的频率通过波导106(示于图1和2)传播，但是其可由接收器104分离。通过对天线结构152、158的尺寸、形状和供给点的合适的选择，天线结构150可容易地产生不同极化的电磁波，诸如径向极化电磁波、右旋圆极化波或左旋圆极化波。

图5图解了所述连接器100，示出了在发送器102和接收器104之间的波导106。波导106将发送器102的第一和第二通信通道120、122的第一和第二信号传送给接收器104的第一和第二通信通道124、126。在示例性实施例中，波导106将第一和第二信号作为远离发送器102朝向接收器104传播的电磁波传送。两个电磁波都通过波导106传播。第一和第二通信通道120、122使用区分的且分离的极化模式以在信号之间提供隔离，并且接收器104的第一和第二通信通道124、126能够分离出合适的信号。

发送器102包括产生第一信号的第一发送集成电路200和产生第二信号的第二发送集成电路202。数据流供应给产生诸如在60GHz的相应的调制的RF信号的第一和第二发送集成电路200、202。例如，第一和第二发送集成电路200、202可被联接至电路板，并且从电路板的导体接收信号。第一传输线路204通信地联接至第一发送集成电路200，并且第二传输线路206通信地联接至第二发送集成电路202。在示例性实施例中，第一拾取天线208定位为邻近第一发送集成电路200并且连接至第一传输线路204。第一拾取天线208从第一发送集成电路200接收能量，并且第一传输线路204将能量传送至发送器202的天线元件210。在示例性实施例中，第二拾取天线212定位为邻近第二发送集成电路202并且联接至第二传输线路206。第二拾取天线212从第二发送集成电路202接收能量，并且第二传输线路206将能量传送至天线元件210。

在示例性实施例中屏蔽件214定位在第一和第二发送集成电路200、202以及第一和第二拾取天线208、212之间。可选地，第一和第二传输线路204可为屏蔽的同轴电缆，因此屏蔽件214不需要沿着第一和第二传输线路204、206延伸。

发送器102包括保持发送器102的多个部件的壳体216。可选的，壳体216可被连接至波导106的第一端部110。壳体216可为可移动的，诸如相对于接收器104可旋转或在线性方向上可移动。接收器104包括保持接收器104的多个部件的壳体218。可选的，壳体218可被连接至波导106的第二端部112。壳体218可为可移动的，诸如相对于发送器102可旋转或在线性方向上可移动。

在示例性实施例中，天线元件210可类似于天线元件150(示于图4中)。天线元件210包括第一传播天线220和第二传播天线222。天线元件210包括地平面224。第一和第二传播天线220、222是再发射天线，其再发射来自于拾取天线208、212和传输线路204、206的信号。第一和第二传播天线220、222和地平面224以堆叠的构造布置。第一和第二传播天线220、222被介电物质分离，诸如空气或另一种介电材料，诸如陶瓷。可选地，天线元件210可为电路板，其中地平面224和传播天线220、222由电路板的多层限定。

第一传输线路204通信地联接至第一传播天线220。第二传输线路206通信地联接至第二传播天线222。在示例性实施例中，第一和第二传输线路204、206是同轴电缆，其中这些同轴电缆的中心导体被直接端接至第一和第二传播天线220、222，诸如通过将中心导体焊接至传播天线220、222。

传播天线220、222的形状、尺寸以及传输线路204、206附接至传播天线220、222处的供给点的位置产生不同极化的电磁波，其远离天线220、222传播。电磁波可为径向极化的、圆极化的、椭圆极化或具有其他的极化模式。电磁波可为正交的。电磁波是可分离的。在示例性实施例中，电磁波是右旋圆极化(RHCP)和左旋圆极化(LHCP)的。使用不同的极化模式在第一和第二通信通道120、122的第一和第二信号之间提供隔离。第一传播天线220选择性地发出具有特定极化模式的电磁波，并且第二传播天线222选择性地发出具有不同的区别的极化模式的电磁波。接收器104包括接收由第一通信通道120或第二通信通道122产生的电磁波的部件，而同时过滤其他信号。

接收器104包括接收第一和第二信号并分离第一和第二信号的天线元件240。接收器104包括接收来自于天线元件240的第一信号的第一接收集成电路230和接收来自于天线元件240的第二信号的第二接收集成电路232。第一和第二接收集成电路230、232恢复信号。第一和第二接收集成电路230、232可被联接至电路板，并且将信号传送至电路板的导体。

第一传输线路234在天线元件240和第一接收集成电路230之间通信地联接。第二传输线路236在天线元件240和第二接收集成电路232之间通信地联接。在示例性实施例中，第一天线238定位为邻近第一接收集成电路230并且连接至第一传输线路234。第一天线238接收来自于第一传输线路234的能量，并且将该能量传播至第一接收集成电路230。第二天线242定位为邻近第二接收集成电路232并且连接至第二传输线路236。第二天线242接收来自于第二传输线路236的能量，并且将该能量传播至第二接收集成电路232。在替代实施例中，第一和第二传输线路234、236可被直接联接至第一和第二接收集成电路230、232，并且将信号直接传送至第一和第二接收集成电路而无需使用天线238、242。

在示例性实施例中屏蔽件244定位在第一和第二接收集成电路230、232以及第一和第二天线238、242之间。可选地，第一和第二传输线路234可为屏蔽的同轴电缆，因此屏蔽件244不需要沿着第一和第二传输线路234、236延伸。

在示例性实施例中，天线元件240可类似于天线元件210。天线元件240包括第一接收天线250和第二接收天线252。天线元件240包括地平面254。第一和第二接收天线250、252和地平面254以堆叠的构造布置。第一和第二接收天线250、252被介电物质分离，诸如空气或另一种介电材料，诸如陶瓷。可选地，天线元件240可为电路板，其中地平面254和接收天线250、252由电路板的不同层限定。

第一传输线路234通信地联接至第一接收天线250。第二传输线路236通信地联接至第二接收天线252。在示例性实施例中，第一和第二传输线路234、236是同轴电缆，其中这些同轴电缆的中心导体被直接端接至第一和第二接收天线250、252，诸如通过将中心导体焊接至接收天线250、252。

接收天线250、252构造为接收特定类型的信号。例如，第一接收天线250能够接收第一信号但不能接收第二信号。第二接收天线252能够接收第二信号但不能接收第一信号。接收天线250、252设计为由具有特定模式的信号激励，并且从而能够将特定的信号分离出来而不会被其它类型的信号影响。接收天线250、252对特定信号不响应，并且从而作为将通信通道124、126从不想要的或相反模式信号隔离的选择性滤波器运作。接收天线250、252的形状和/或尺寸以及传输线路234、236附接至接收天线250、252处的供给点的位置允许接收天线250、252被具有特定传播模式的电磁波激励。例如，接收天线250、252可响应于右旋圆极化或左旋圆极化的电磁波。第一接收天线250响应于具有不同于激励第二接收天线252的电磁波的极化模式的电磁波。

图6图解了依据一个示例性实施例形成的发送器300。发送器300包括传送第一和第二信号至相应接收器的第一和第二通信通道302、304。第一和第二信号可为远离发送器300朝向接收器传播的电磁波。第一和第二通信通道302、304使用区别的且可分离的极化模式以在信号之间提供隔离。

发送器300包括具有介电本体308的天线元件306。天线结构306可为电路板。发送器300包括产生第一信号的第一发送集成电路310，所述第一信号由天线元件306传播至例如波导。发送器300包括产生第二信号的第二发送集成电路312，所述第二信号由天线元件306传播至例如波导。屏蔽件可设置在集成电路312、310之间以防止其间的串扰。

天线元件306包括第一传输线路314和第二传输线路316，其中第一传输线路314通信地联接至第一发送集成电路310，并且第二传输线路316通信地联接至第二发送集成电路312。在图解的实施例中，第一和第二传输线路314、316是延伸通过介电本体308的经镀覆的过孔。在替代实施例中，可使用其他类型的通信线路。

在示例性实施例中，天线元件306包括第一拾取天线318，其定位为邻近连接至第一传输线路314的第一发送集成电路310。第二拾取天线322定位为邻近第二发送集成电路312并且联接至第二传输线路316。

在示例性实施例中，天线元件306包括第一传播天线330和第二传播天线332。天线元件306包括地平面334。传播天线330、332和地平面334可为电路板的层。第一和第二传播天线330、332和地平面334以堆叠的构造布置。第一和第二传播天线330、332由介电本体308分离。可选地，地平面334可与拾取天线318、322共平面，并且包括绕拾取天线318、322的开口以将拾取天线318、322从地平面334电隔离。

在使用中，数据流供应给产生诸如60GHz的相应的调制的RF信号的第一和第二发送集成电路310、312。第一拾取天线318接收来自于第一发送集成电路310的能量。第二拾取天线322接收来自于第二发送集成电路312的能量。第一和第二信号由传输线路314、316传播至传播天线330、332。

传播天线330、332的形状、尺寸以及传输线路314、316附接至传播天线330、332处的供给点的位置产生不同极化的电磁波，其远离天线330、332传播。电磁波可为右旋圆极化或左旋圆极化的。使用不同的极化模式在第一和第二通信通道302、304的第一和第二信号之间提供隔离。第一传播天线330选择性地发出具有特定极化模式的电磁波，并且第二传播天线332选择性地发出具有不同的区别的极化模式的电磁波。

图7图解了依据一个示例性实施例形成的发送器500。发送器500包括传送第一和第二信号至相应接收器的第一和第二通信通道502、504。第一和第二信号可为远离发送器500朝向接收器传播的电磁波。第一和第二通信通道502、504使用区别的且可分离的极化模式以在信号之间提供隔离。

发送器500包括天线元件506。发送器500包括产生第一信号的第一发送集成电路510，所述第一信号由天线元件506传播至例如波导。发送器500包括产生第二信号的第二发送集成电路512，所述第二信号由天线元件506传播至例如波导。

天线元件506包括集成90°混合联接器514。天线元件506包括正交的双供应点516、518。天线元件506产生具有单个贴片而不是堆叠贴片的两个不同圆极化的波前。在替代实施例中，交叉的宽偶极子用于更大的带宽。在替代实施例中，曲折天线用于更大的带宽。

Claims (6)

1.一种非接触式连接器(100)，包括：

发送器(102)，包括产生第一信号的第一发送集成电路(200)和产生第二信号的第二发送集成电路(202)；

第一拾取天线(208)，其邻近所述第一发送集成电路，并且沿第一传输线路(204)将所述第一信号传送给第一传播天线(220)；以及

第二拾取天线(212)，其邻近所述第二发送集成电路，并且沿第二传输线路(206)将所述第二信号传送给第二传播天线(222)；

其中所述第一和第二传播天线将所述第一和第二信号以不同且可分离的极化发送至传播路径(106)，以允许所述传播路径的双向通信。

2.根据权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中所述第一和第二信号以轴对称模式被传播。

3.根据权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中所述第一信号为右旋圆极化的，且所述第二信号为左旋圆极化的。

4.根据权利要求1所述的非接触式连接器(100)，进一步包括天线元件(150)，其包括地平面(154)、所述第一传播天线(152)和所述第二传播天线(158)。

5.根据权利要求1所述的非接触式连接器(100)，进一步包括天线元件(150)，其包括在所述第一传播天线(152)和所述第二传播天线(158)之间支撑和延伸的介电基底(160)，其中所述第一和第二传输线路(204、206)中的至少一个延伸通过所述介电基底。

6.根据权利要求1所述的非接触式连接器(100)，进一步包括屏蔽件(214)，其将所述第一发送集成电路(200)和所述第二发送集成电路(202)分离。