CN104054276A - 用于非接触式连接器的波导结构 - Google Patents

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Abstract

一种非接触式连接器(100)包括：构造成用于发射和接收无线射频信号中的至少一者的第一通信芯片(118)；构造成用于发射和接收无线射频信号中的至少一者的第二通信芯片(124)；和所述第一通信芯片和第二通信芯片之间的波导(106)结构。该波导结构在所述第一通信芯片和第二通信芯片之间传送射频信号。

Description

用于非接触式连接器的波导结构
技术领域
本文的主题总的涉及在短距范围内使用射频能进行非接触数据传输的非接触式连接器以及用于这样的非接触式连接器的波导结构。
背景技术
非接触式连接器一般包括发射器芯片和接收器芯片。数据流被配送至发射器芯片，其产生了诸如60GHz的调制射频信号。该信号传播较短的距离至接收器芯片，接收器芯片解调所述信号并恢复成原始的数据流。所述芯片具有可以在所述连接器对之间传输数据的天线，无需电气或光学连接。通过使用多个发射器芯片和接收器芯片对，能够提供多个通道。为了避免通道之间的串扰，每个芯片对通过间隔开或通过屏蔽与邻近的对隔离开。
某些应用要求将发射器和接收器芯片隔开很远的距离以通过芯片进行有效的传输。此外，某些应用要求连接器部件之间能够相对运动。尽管所述芯片在一定的范围内可以纵向地分开且性能不会退化或退化很小，超过该范围，所述信号和性能会劣化。分开允许连接器托架的配合位置精度降低、或者甚至允许连接托架的位置错位。当需要复杂的平移时会遇到问题。例如，沿一个以上的方向的平移成了问题，并会导致信号退化和/或传输失败。
因此，仍然需要适于连接器部件适当分隔开和/或运动的非接触式连接器。
发明内容
根据本发明，提供了一种非接触式连接器，其具有构造成传输和接收无线射频信号中的至少一个的第一通信芯片、构造成传输和接收无线射频信号中的至少一个的第二通信芯片、以及第一和第二通信芯片之间的波导结构。所述波导结构在第一通信芯片和第二通信芯片之间传输射频信号。
附图说明
现在将参考附图通过示例的方式来描述本发明，其中：
图1示出了根据一个示例性实施例形成的非接触式连接器。
图2示出了非接触式连接器。
图3示出了根据一个示例性实施例形成的非接触式连接器。
图4示出了根据一个示例性实施例形成的非接触式连接器。
图5示出了根据一个示例性实施例形成的非接触式连接器。
图6示出了图5所示的非接触式连接器的第一模块和第二模块。
具体实施方式
本文描述的实施例提供一种非接触式连接器，其具有形成了数据链接的两个模块。波导结构设置成连接所述两个模块用于引导和屏蔽所述数据链接。波导结构沿着特定的路径定向所述能量，以增强所述两个模块之间的通信链接。所述模块可以包括射频发射器和接收器，其可以是芯片，通过类似芯片和发射器/接收器进行无线通信。从这些芯片发射射频信号以及向这些芯片接收射频信号取决于所述芯片的相对位置以及非接触式连接器内包含的波导结构和/或发射器、接收器、天线结构、接地平面以及其它结构的位置和取向。
本文描述的实施例提供了一种位于芯片外部的波导结构。所述波导结构可以用于收集、重定向、延长传播距离、改变传播方向、改变传播模式、改变极化、组合多个模式、相对于干扰信号对发射/接收的信号进行屏蔽等。
本文描述的实施例提供了一种波导结构，其可以由多种不同的材料制成，包括介电材料、具有金属化表面的介电材料、金属板和管、导电塑料、中空金属引导件、空气等。波导结构可以包括用于收集信号的天线，喇叭状天线或其它结构。波导结构可以包括用于定向和延长信号路径的传播长度的波导。波导结构可以包括用于改变波导模式和/或极化的模式转换器。所述波导结构可以包括模式耦合结构，用于组合来自/发往多个发射器/接收器的多个波导模式。波导结构可以包括金属屏蔽件以保护信号免受干扰。波导结构可以是圆柱形形状、矩形形状或其它形状。
本文描述的实施例可以包括波导结构中的位于所述两个模块之间的旋转接头。通过使用轴对称的EM模式可以使信号强度独立于第一模块和第二模块之间的相对旋转角度。波导结构可以具有一个或多个间隙或缝隙，所述间隙可以由不同于波导材料的材料制成。例如，塑料波导可以具有间隙，该间隙包含空气、水、肉(flesh)、真空、玻璃或其它非金属材料。通过使第一芯片发出的射频信号的发散性降低并将接收芯片的信号强度维持在可接受的水平，波导可以增大基于射频的芯片之间的容许分开的距离。波导可以抵挡外部噪声源，并改善给定分开距离下的系统的信噪比。
本文描述的实施例可以包括仅具有单个传输线路的模块。例如，第一模块壳可以包括单个仅发射用的芯片，第二模块可以包括单个仅接收用的芯片，以形成单向的单通道通信通道。在其它的实施例中，两个模块可以都包括单个发射-接收芯片，且各芯片设定为固定的功能(例如，发射或接收)以形成单向的单通道通信通道。通过转换两个芯片中的每个的功能，可以随意地改变通信通道的方向。在其它的实施例中，两个模块都可以包括单个发射-接收芯片。本文描述的实施例可以包括具有多个传输线路的模块。例如，所述系统可以由具有两个或多个基于射频的芯片组的模块构成。实施例可以设置具有两个发射芯片的第一模块以及具有两个接收芯片的第二模块，用于二通道单向系统。其它的实施例可以在每个模块中设置一个发射芯片和一个接收芯片以形成二通道双向系统(例如，全双工通信)。其它的实施例可以具有多个发射-接收芯片。
图1示出了根据一个示例性实施例形成的非接触式连接器100。连接器100包括在短距范围内使用射频能进行非接触数据传输的第一模块102和第二模块104。传播路径限定在第一模块102和第二模块104之间，并提供了第一模块102和第二模块104之间的用于射频能的传输路径。在一示例性实施例中，传播路径包括波导结构106，该波导结构沿着第一模块102和第二模块104之间的预定路径引导射频能。波导结构106可以仅沿着第一模块102和第二模块104之间的路径的部分延伸。波导结构106可以是任意类型的传播路径，包括第一模块102和第二模块104之间空气间隙(air gap)。波导结构106可以不连续的，并且可以跨接不同的接口和/或材料。
在所示实施例中，波导结构106由在第一端部110和第二端部112之间延伸的波导108限定。第一端部110和第二端部112定位成邻近第一模块102和第二模块104。可选地，波导108可以具有旋转接头，该旋转接头允许在接头处相对旋转和/或直线平移。
在一示例性实施例中，第一模块102限定了一个发射器(和/或接收器)，第二模块104限定了一个用于接收发射器发出的射频能的接收器(和/或发射器)。下文中第一模块102可以称为发射器102。下文中第二模块104可以称为接收器104。在一替代实施例中，第一模块102限定了一个接收器，第二模块104限定了用于发射器。可选地，第一模块102可以限定了发射器和接收器两者，且第二模块104可以限定了发射器和接收器两者。第一模块102和第二模块104可以进行单向通信，或者可以进行双向通信。
在一示例性实施例中，连接器100可以允许第一模块102和第二模块104之间的双工通信(duplex communication)。多个传输和接收对可以产生通过第一模块102和第二模块104之间的波导结构106的多个通信通道。每个通道可以使用独特的和可分的极化模式，以在各通信通道的射频信号之间进行隔离。
在一示例性实施例中，第一模块102包括电路板114，该电路板具有位于其上的一个或多个电气部件116。第一模块102包括发送射频信号的第一通信芯片118。第一模块102可以具有多于一个的通信芯片，并且通信芯片可以限定发射器芯片、接收器芯片或能够发射和接收的收发器芯片。第二模块104包括电路板120，该电路板具有位于其上的一个或多个电气部件122。第二模块104包括接收射频信号的第二通信芯片124。第二模块104可以具有一个以上的通信芯片，并且该通信芯片可以限定发射器芯片、接收器芯片或能够发射和接收的收发器芯片。芯片118、124可以具有用于发射/接收射频信号的天线。该天线可以集成到芯片中，或者可以是连接至芯片的分离部件。
从第一模块102发出的作为射频能的射频信号进入波导结构106中。波导结构106将射频信号传送至第二模块104。第一模块102发送作为射频数据传输(RF data transmissions)的信号，波导结构106传送射频数据传输至第二模块104。第二模块104接收来自波导结构106的射频数据传输，并恢复射频数据传输。在一示例性实施例中，多个射频数据传输可以通过具有不同传播模式的波导结构106传送，以允许在同一空间中传送这样的信号，并允许这样的信号可分。
图2示出了非接触式连接器100，显示了第一模块102和第二模块104的第一通信芯片118和第二通信芯片124之间的波导结构106。为了清楚起见，移除了电路板114、120(图1所示)。
波导结构106包括波导108、波导108的第一端部110处的第一波导模块130和波导108的第二端部112处的第二波导模块132。第一波导模块130和第二波导模块132定向来自/发往芯片118、124以及来自/发往波导108的射频信号。在替代实施例中，可以使用在波导108的一端或两端处没有波导模块的波导结构106。
波导108具有延伸在第一端部110和第二端部112之间的波导本体134。波导108通过沿着预定的路径导引射频信号，有助于更长路径的通信。可选地，波导本体134可以提供抵抗干扰信号的屏蔽。波导本体134可以是中空的金属管，例如铜管。波导本体134可以是塑料、陶瓷、玻璃或其它本体。波导本体134可以由多件制成。所述件可以一个相对于另一个移动。波导本体134可以圆柱形的，或者在替代实施例中可以具有其它形状。波导本体134可以沿着纵向轴线延伸，或者可以沿着弯曲的或成一定角度的路径延伸。
第一波导模块在第一通信芯片118和波导108之间具有一个或多个无源部件140。无源部件140接收来自第一通信芯片118的无线射频传输，并将射频信号传送至波导108。可选地，无源部件140可以彼此是一体的。可选地，无源部件140可以与波导108是一体的。例如，无源部件140可以彼此和/或与波导108共模制、挤出、机械加工、或者以其它方式同时形成。在替代实施例中，无源部件140彼此和/或与波导108可分离。在这样的实施例中，无源部件140可以定位成彼此邻近和/或邻近波导108。无源部件140可以抵靠彼此和/或抵靠波导108。无源部件140可以定位成靠近彼此和/或靠近波导108。
无源部件140增强了第一通信芯片118和第二通信芯片124之间的通信链接。无源部件140可以具有期望的特性，以按照特定的方式影响射频信号从而增强所述射频信号。例如，无源部件140用于收集来自第一通信芯片118的射频信号。无源部件140可以用于沿着预定路径或沿着某个方向重定向射频信号。无源部件140可以用于延长射频信号的传播距离。例如，无源部件140可以将信号保持在充足的强度，相比没有无源部件140的情况可以在较长的距离上处于可探测到的水平。无源部件140可以用于改变射频信号的传播方向。无源部件140可以用于改变射频信号的传播模式。无源部件140可以用于改变射频信号的极化。无源部件140可以用于组合(或提取)多模式的射频信号。无源部件140可以用于相对于干扰信号屏蔽射频信号。
在所示实施例中，无源部件140包括喇叭天线142，用于收集来自第一通信芯片118的射频信号。喇叭天线142将射频信号定向为沿着某个方向。喇叭天线142收集发射的信号，以助于更长长度的路径的通信。喇叭天线142具有梯形的形状，宽端面向芯片118，窄端面向其它的无源部件140和/或波导108。在替代实施例中，喇叭天线142可以具有其它的形状。在替代实施例中可以使用其它类型的收集器/定向器，例如其它类型的天线、极化器、反射器或其它结构。在所示实施例中，喇叭天线142取向为大致垂直于波导108，然而，在替代实施例中可以具有其它的取向。
在所示实施例中，无源部件140包括模式转换器144。模式转换器144将电磁能从一种传播模式转变为另一种传播模式。模式转换器144可以影响信号的E-场(E-field)和/或B-场(B-field)。模式转换器144可以改变传播路径的方向。在所示实施例中，模式转换器144包括T形部和罐部，然而，在替代实施例中可以使用其它类型的模式转换器。模式转换器144可以有助于极化改变，以允许波导108绕着纵向轴线自由旋转。例如，模式转换器144可以是隔板极化器。模式转换器144可以有助于模式耦合，以组合来自/发往多个发射器/接收器的多个波导模式。
可选地，除无源部件140外，第一波导模块130可以具有一个或多个有源部件。有源部件可以包括放大器、过滤器、模式转换器或其它类型的有源部件，以增强、改变或以其它方式影响信号和/或第一波导模块130的运行。
第二波导模块132在第二通信芯片124和波导108之间具有一个或多个无源部件150。无源部件150接收来自波导108的无线射频传输，并将该射频信号传送至第二通信芯片124(当第二波导模块132作为发射器时方向可以相反)。可选地，无源部件150可以彼此是一体的。可选地，无源部件150可以与波导108是一体的。例如，无源部件150可以彼此和/或与波导108共模制、挤出、机械加工、或者以其它方式同时形成。在替代实施例中，无源部件150彼此和/或与波导108可分离。在这样的实施例中，无源部件150可以定位成彼此邻近和/或邻近波导108。无源部件150可以抵靠彼此和/或抵靠波导108。无源部件150可以定位成靠近彼此和/或靠近波导108。
无源部件150增强了第一通信芯片118和第二通信芯片124之间的通信链接。无源部件150可以具有期望的特性，以按照特定的方式影响射频信号从而增强所述射频信号。例如，无源部件150可以用于将射频信号定向至第二通信芯片124。无源部件150可以用于沿着预定路径或沿着某个方向重定向射频信号。无源部件150可以用于延长射频信号的传播距离。例如，无源部件150可以将信号保持在充足的强度，相比没有无源部件150的情况可以在较长的距离上处于可探测到的水平。无源部件150可以用于改变射频信号的传播方向。无源部件150可以用于改变射频信号的传播模式。无源部件150可以用于改变射频信号的极化。无源部件150可以用于提取(或组合)多个模式的射频信号。无源部件150可以用于相对于干扰信号屏蔽射频信号。
在所示实施例中，无源部件150包括喇叭天线152，用于将射频信号定向至第二通信芯片124。喇叭天线152将射频信号定向为沿着某个方向。喇叭天线152具有梯形的形状，宽端面向芯片124，窄端面向其它的无源部件150和/或波导108。在替代实施例中，喇叭天线152可以具有其它的形状。在替代实施例中可以使用其它类型的结构，例如其它类型的天线、极化器、反射器或其它结构。在所示实施例中，喇叭天线152取向为大致垂直于波导108，然而，在替代实施例中可以具有其它的取向。
在所示实施例中，无源部件150包括模式转换器154。模式转换器154将电磁能从一种传播模式转变为另一种传播模式。模式转换器154可以影响信号的E-场(E-field)和/或B-场(B-field)。模式转换器154可以改变传播路径的方向。在所示实施例中，模式转换器154包括T形部和罐部，然而，在替代实施例中可以使用其它类型的模式转换器。模式转换器154可以有助于极化改变，以允许波导108绕着纵向轴线自由旋转。例如，模式转换器154可以是隔板极化器。模式转换器154可以有助于模式耦合，以组合来自/发往多个发射器/接收器的多个波导模式。
可选地，除无源部件150外，第二波导模块132可以具有一个或多个有源部件。有源部件可以包括放大器、过滤器、模式转换器或其它类型的有源部件，以增强、改变或以其它方式影响信号和/或第二波导模块132的运行。
图3示出了根据一个示例性实施例形成的另一个非接触式连接器200。连接器200包括在短距范围内使用射频能进行非接触数据传输的第一模块202和第二模块204。传播路径限定在第一模块202和第二模块204之间，并提供了第一模块202和第二模块204之间的用于射频能的传输路径。在一示例性实施例中，传播路径包括波导结构206，该波导结构沿着第一模块202和第二模块204之间的预定路径引导射频能。
波导结构206包括覆盖第一模块202的第一通信芯片212的第一反射器210和覆盖第二模块204的第二通信芯片216的第二反射器214。反射器210、214沿着传播路径定向射频能。传播路径具有形成了第一模块202和第二模块204之间的波导结构206的部分的空气间隙。该空气间隙允许第一模块202和第二模块204之间的相对移动。
反射器210、214向着彼此定向射频能。反射器210、214可以包括反射射频能的一个或多个金属或金属化的表面。反射器210、214收集射频信号，并沿着期望的方向重定向射频信号。反射器210、214提供了抵抗干扰信号的屏蔽。反射器210、214为增强了第一通信芯片212和第二通信芯片216之间的通信链接的无源部件。反射器是第一通信芯片212和第二通信芯片216的外部结构。反射器210、214具有向着另一个反射器210、214沿适当方向定向射频能的倾斜表面(angled surface)。反射器210、214以及它们之间的空气间隙限定了波导结构206。
图4示出了根据一个示例性实施例形成的另一个非接触式连接器300。连接器300包括在短距范围内使用射频能进行非接触数据传输的第一模块302。传播路径由第一模块302限定，并提供了用于来自/发往第一模块302的射频能的限定的传输路径。在一示例性实施例中，传播路径包括波导结构306，该波导结构沿着的预定路径引导射频能。
波导结构306包括靠近第一模块302的通信芯片312设置的反射器310。反射器310沿着传播路径定向来自/发往通信芯片312的射频能。传播路径可以具有形成波导结构306的部分的空气间隙。
反射器310将射频能定向为大致沿着期望的方向。反射器310具有改变射频能的方向的弯曲表面314。弯曲表面314为用于射频能的反射表面。反射器310可以包括用于射频能的其它反射表面。通过金属化反射器310的外表面，可以限定弯曲表面314。反射器310可以提供抵抗干扰信号的屏蔽。反射器310为增强了通信链接的无源部件。
图5示出了根据一个示例性实施例形成的另一个非接触式连接器400。连接器400包括在短距范围内使用射频能进行非接触数据传输的第一模块402和第二模块404。图6示出了第一模块402，第二模块404可以相似并包括相似的部件。传播路径限定在第一模块402和第二模块404之间，并提供了第一模块402和第二模块404之间的用于射频能的传输路径。在一示例性实施例中，传播路径包括波导结构406，该波导结构沿着第一模块402和第二模块404之间的预定路径引导射频能。波导结构406可以仅沿着第一模块402和第二模块404之间的路径的部分延伸。波导结构406可以是任意类型的传播路径，包括第一模块402和第二模块404之间空气间隙。
在所示实施例中，波导结构406由被空气间隙412分开的第一波导408和第二波导410限定。第一波导408和第二波导410被对齐。第一波导408和第二波导410允许它们之间的相对旋转和/或线性平移。
在一示例性实施例中，第一模块402限定了一个发射器(和/或接收器)，第二模块404限定了一个用于接收发射器发出的射频能的接收器(和/或发射器)。可选地，第一模块402可以限定发射器和接收器两者，且第二模块404可以限定发射器和接收器两者。第一模块402和第二模块404可以进行单向通信，或者可以进行双向通信。
如图6所示，第一模块402包括电路板414，该电路板具有发出射频信号的第一通信芯片416、和第二通信芯片418。通信芯片416、418可以限定发射器芯片、接收器芯片或能够发射和接收的收发器芯片。如图5所示，电路板414可以保持被保持在壳体420中，例如提供电屏蔽的金属壳体。
波导结构406包括位于一端处的第一波导模块430和位于另一端处的第二波导模块432。第一波导模块430和第二波导模块432定向来自/发往第一模块402和第二模块404的芯片416、418的射频信号。波导408为第一波导模块430的部分，波导410为第二波导模块432的部分。波导408、410可以提供抵抗干扰信号的屏蔽。波导408、410可以是中空的金属管，例如铜管。波导408、410可以是塑料、陶瓷、玻璃或其它本体。波导408、410可以圆柱形的，或者在替代实施例中可以具有其它形状。波导408、410可以沿着纵向轴线延伸，或者可以沿着弯曲的或成一定角度的路径延伸。
第一波导模块430在通信芯片416、418和波导408之间具有一个或多个无源部件440。在所示实施例中，无源部件440表示为隔膜极化器。无源部件440设计为在特定的频率或频率范围例如大约60GHz工作。无源部件440设计成以特定方向和模式传播射频能。在一示例性实施例中，无源部件440形成不同模式，使得波导结构406一次能够通过多个模式。无源部件440增强了第一模块402和第二模块404之间的通信链接。
第二波导模块432在通信芯片416、418和波导410之间具有一个或多个无源部件450。在所示实施例中，无源部件450表示为隔膜极化器。无源部件450设计为在特定的频率或频率范围例如大约60GHz工作。无源部件450设计成以特定方向和模式传播射频能。在一示例性实施例中，无源部件450形成不同模式，使得波导结构406一次能够通过多个模式。无源部件450增强了第一模块402和第二模块404之间的通信链接。

Claims (16)

1.一种非接触式连接器(100)，包括：
构造成用于发射和接收无线射频信号中的至少一者的第一通信芯片(118)；
构造成用于发射和接收无线射频信号中的至少一者的第二通信芯片(124)；和
所述第一通信芯片和第二通信芯片之间的波导结构(106)，该波导结构在所述第一通信芯片和第二通信芯片之间传送射频信号。
2.如权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中，所述波导结构(106)包括波导(108)、位于该波导的一个端部(110)处的第一波导模块(130)和位于该波导的相反端部(112)处的第二波导模块(132)。
3.如权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中，所述波导结构(106)包括波导(108)和增强所述第一通信芯片和第二通信芯片(118，124)之间的通信链接的至少一个无源部件(140)。
4.如权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中，所述波导结构包括波导和重定向所述射频信号的至少一个无源部件(140)。
5.如权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中，所述波导结构(106)包括波导(108)和收集所述射频信号的至少一个无源部件(140)。
6.如权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中，所述波导结构(106)包括波导(108)和沿共同的方向反射所述射频信号的至少一个无源部件(140)。
7.如权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中，所述波导结构(106)包括波导(108)和延长所述射频信号的传播距离的至少一个无源部件(140)。
8.如权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中，所述波导结构(106)包括波导(108)和改变所述射频信号的传播方向的至少一个无源部件(140)。
9.如权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中，所述波导结构(106)包括波导(108)和改变所述射频信号的传播模式的至少一个无源部件(140)。
10.如权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中，所述波导结构(106)包括波导(108)和改变所述射频信号的极化的至少一个无源部件(140)。
11.如权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中，所述波导结构(106)包括波导(108)和对射频信号的多个模式进行组合的至少一个无源部件。
12.如权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中，所述波导结构(106)包括波导(108)和相对于干扰信号对所述射频信号进行屏蔽的至少一个无源部件(140)。
13.如权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中，所述波导结构(106)包括波导(108)和收集和定向所述射频信号的喇叭天线(142)。
14.如权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中，所述波导结构(106)包括波导(108)和模式转换器(144)，该模式转换器(144)改变所述射频信号的传播模式、和/或改变所述射频信号的极化和/或组合射频信号的多个模式。
15.如权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中，所述波导结构(106)包括波导(108)、收集和定向所述射频信号的喇叭天线(142)、以及模式转换器(144)，该模式转换器(144)改变所述射频信号的传播模式、和/或改变所述射频信号的极化和/或组合射频信号的多个模式。
16.如权利要求1所述的非接触式连接器(100)，其中，所述波导结构(106)具有旋转接头，该旋转接头允许所述第一通信芯片(118)和所述第二通信芯片(124)之间的旋转运动。
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