CN104937770A - 用于电信号的宽带传输的天线结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电信号的宽带传输的天线结构，其具有带状线和探头，所述探头可以容性或感性地耦接到所述带状线，其中所述带状线和所述探头被配置为沿所述带状线的纵向在所述探头和所述带状线之间的预定空间范围内彼此可相对移动，从而使所述电信号可以非接触地在所述带状线和所述探头之间被传输，其中所述带状线包括至少一个朝向所述探头的带状电极和参考电极以及位于所述带状电极和所述参考电极之间的电介质载体材料。为了提供用于信号传输的宽带和廉价设备，其具有即使在高频时也可以实现信号的高对称性和低衰减值的导体结构，根据本发明，电介质载体材料包括含有大分子的均匀塑料层，所述塑料层的特征在于所述大分子沿优选方向的取向。

Description

用于电信号的宽带传输的天线结构

本发明涉及一种用于电信号的宽带传输的天线结构，其具有带状线和探头，所述探头可以容性或感性地耦接到所述带状线，其中所述带状线和所述探头被配置为在所述探头和所述带状线之间的预定空间范围内沿所述带状线的纵向彼此可相对移动，从而使所述电信号可以非接触地在所述带状线和所述探头之间被传输，其中所述带状线包括至少一个朝向所述探头的带状电极和参考电极以及位于所述带状电极和所述参考电极之间的电介质载体材料。

如果电信号在相对彼此可移动的两个元件之间传输，例如关于起重机或传输器安装、雷达安装或电脑断层扫描仪而言是必要的，则出于明显的原因而试图分配移动受限制的电缆连接。在DE 44 12 958中描述了适于该目的的装置。此处所传输的信号被馈入到沿相互可移动单元的移动路径设置的第一单元的带状线中。采用容性或感性耦合来从第二单元中提取信号。

例如在WO 98/29919中描述了用于传输目的的改进装置，其基于同时具有滤波特性的特殊导线结构。

在下文的说明书中，术语“带状线”是指纵向范围大于其垂至于纵轴的范围并且适用于携带电信号的所有形式的导线结构。信号被耦接在带状线的近场中，其中信号耦接输出在理想情况中只在第二单元的区域内被影响。由于宽带信号可能在设备或装置部件的其他部分中导致扰动和干扰，因此不期望更加强烈的信号发射。

用于传输目的的带状线通常基于双面(double-sided)电路板来构造。通常，玻璃纤维增强塑料用作电介质载体材料。载体通常在一侧上提供有作为参考电极的连续导体表面并且在另一侧上提供有带状电极。

这种天线结构面临的最严重技术问题之一在于达到高抗扰度，以及信号传输限于变化的接收区域，即沿整个带状线低水平的总体辐射。

避免上述问题的一个解决方法在US 5 287 117中提出。其中线状结构被多个小的天线片段代替。可以使用昂贵的材料将它们制造在小面积的电路板上。但是此处也应该注意的是，大量的天线片段涉及高水平的材料工艺和尤其高程度的组件复杂性，从而导致较高的制造成本。

EP 1 476 956描述了使用至少一种具有中空结构的电介质的线状结构，该中空结构被空气或技术气体填充。这里，除了用于制造和填充中空结构的高水平复杂度和费用以及与此相关的高成本之外，缺点尤其在于由于中空空间居间壁和空气或技术气体不具有相同的介电常数而使均匀度发生的波动。

因此，本发明的目的在于提供一种宽带和廉价的信号传输装置，其具有线状结构，该线状结构即使在高频时也可以实现信号的高对称性和低衰减值。

根据本发明，该目的通过具有在说明书开头部分所提出的特征的天线结构来达成，其中所述电介质载体材料包括含有大分子的均匀塑料层，所述均匀塑料层中的大分子沿优选方向取向。

对于具有低水平电磁辐射和与电磁辐射相关的高抗扰度的高数据速率信号传输，电介质载体材料有必要具有非常高的均匀性。

正如根据本发明所示，使用含有大分子的塑料层，电介质载体材料的均匀性可以通过大分子在优选方向上的取向而改善。大分子的取向表明材料中不相等的电荷分布，以及由于大分子之间的相互作用而产生的化学键能量的能量水平的不期望偏移是不可能的。这表示材料中的电场和磁场整体上更加均匀。

已经证明特别有利的是，塑料层中所包含的大分子是沿着带状线的纵向定位的。大分子在电介质载体材料中的取向可以通过拉伸过程实现，在该拉伸过程中，电介质载体材料通过在期望的优选方向上使用拉伸应力而被拉伸。由于载体材料的变形，塑料层的二次聚合物和部分结晶区域被定向为大致平行于拉伸方向。通过该措施，大分子之间的接触表面变得更大，间隔变得更小，并且结构变得更均匀。此外，二次化学键也变得更强。

此外，电介质载体材料在拉伸方向上的机械强度可以通过拉伸过程而增加。尤其是在长带状线的情况下，沿带状线纵向的大分子取向提供了改进的机械强度，并由此降低了带状线断裂的风险。通过增加机械强度和降低断裂风险，这种天线结构尤其适于电信号的宽带传输，其中例如在用于电脑断层扫描仪的旋转传输系统中，带状线和/或探头在环形路径上循环移动。

可以理解的是，根据本发明，如果显著数量的大分子沿所选择的优选方向被定向，则大分子沿优选方向的取向被满足。同样可以被理解的是，信号传输可以在两侧进行，即带状线作为发射器而探头作为接收器，或者带状线作为接收器而探头作为发射器。双向信号传输也是可能的。因此，根据本发明，探头还可以被设计为带状线或者其一小部分。

带状线大部分朝一侧向自由空间敞开。探头从该侧耦接。探头和可选的外壳由与导电表面尽可能对称的表面封闭。通过这种方式，一方面可以实现对导线系统所限定的阻抗，另一方面实现定义的对称定界。如果不存在定义的参考表面，那么天线结构被设置在其中的装置的至少一部分将会被用作电参考，由此不会实现所需要的对称性。

另一实施例提供了电介质载体材料具有至少另一均匀电介质层。通过该另一均匀电介质层，具有不同电气特性的材料可以按电介质载体材料整体上适用于产生均匀场的方式被组合。此外，该另一电介质层和塑料层的机械特性可以不同，以使得电介质载体材料在其整体上也可以根据相应的机械观点来设计。

本发明的另一实施例提供了所述电介质载体材料的介电常数值ε_r的变化和/或所述另一电介质层的介电常数值ε_r的变化在空间任意方向上小于5％，优选地小于1％，尤其优选地小于0.1％。如果介电常数值ε_r的变化低于上述限定值，则各个电介质层尤其是均匀的，从而使电介质损耗仅经受非常轻微的波动。

为了提高机械特性，另一实施例提供了电介质载体材料具有至少一个机械增强层。例如，玻璃纤维增强塑料层可以结合或者加入到电介质载体材料。也已经发现，包括具有机械增强层的电介质载体材料的带状线可以尤其良好地机械成型或者后期处理，从而使带状线尤其良好地适用于安装到电气装置中。

在另一实施例中，载体材料具有至少一个等势面。等势面有助于补偿电介质载体材料中的不对称性，从而使所产生的电场和/或磁场基本对称。为了提供这种等势层，可以将导体材料层、尤其是具有高导电性的材料加入到电介质载体材料中。尤其是，具有不完整表面覆盖的导体材料层，例如金属网格，可以在制造电介质载体材料中被直接引入到塑料层，其在工作中作为等势面滤除所产生的电场和/或磁场中的不对称性或干扰。根据所涉及的相应配置，这些层可以引入电绝缘的关系或者也可以以无反射的方式在带状线的两端被封闭。

如果带状线在横截面中是镜像对称的，例如在一个实施例中所提供的，则可以特别良好地限制所产生的电场和磁场的范围。这里和以下的对称性是关于带状线的纵向中心平面来理解的。对称带状线的提供防止由于在带状电极、参考电极和/或电介质载体材料中的不同传输时间所产生的不均匀性和/或不对称性。

在另一实施例中，从朝向探头的带状电极表面到朝向带状线的探头表面所测量的带状线和探头之间的最小间距小于15毫米，优选地小于8毫米，尤其优选地在1毫米和4毫米之间。

在另一实施例中，提供分别印制在塑料薄膜上的至少一个带状电极和参考电极。已经发现，如果带状电极和参考电极分别印刷在塑料薄膜上，然后布置在电介质载体材料处或电介质载体材料上，则带状线的制造可以实施得尤其廉价。尤其优选的是，带状电极和参考电极是由铜制成的，通过印制到相应的塑料薄膜上来应用铜。在一实施例中，在这种情况下，塑料薄膜本身可以是电介质载体材料。

在一实施例中，带状线具有平行地布置在同一平面中且具有相互间隔关系的两个带状电极。这种对称带状线可以具有尤其低辐射的特性，其中尤其是可以补偿由于在两条平行带状线上使用对称或不对称的电气信号而引起的干涉现象。根据本发明，术语“平行”也旨在包括带状电极是公认结构的这种配置，但是作为一个整体，它们基本上彼此平行地延伸。

在另一实施例中，提供一种电子发射装置，其被适配成在第一带状电极与参考电极之间和在第二带状电极与参考电极之间施加相反极性的信号。包含相反极性的信号允许差分传输，其中可以补偿选择性干扰，尤其是不对称性和不均匀性。由于在远区域中电场和磁场彼此抵消，这种对称天线结构还尤其是低辐射的。

由下文优选实施例和相关附图的描述，本发明进一步的优点、特征和可能的用途将变得明显，其中：

图1示出了根据本发明的天线结构的部分断开透视图，以及

图2示出了根据本发明实施例的带状线的剖面示意图。

图1示出了根据本发明的天线结构1的部分断开透视图。为了电信号的宽带传输，天线结构1具有带状线2和探头3，其设置为在沿带状线2纵向的预定空间范围内相对于彼此可移动。带状线2比探头3具有更大的纵向范围。带状线2和探头3之间的信号传输可以在相对运动期间发生。

带状线2具有朝向探头3的两个带状电极4、4’、参考电极5和位于带状电极4、4’和参考电极5之间的电介质载体材料6。在这种情况下，带状电极4、4’和参考电极5彼此平行地布置在电介质载体材料6的相对侧上。

在天线结构1工作时，由电子发射装置11提供的电压信号被施加在带状电极4、4’和参考电极5之间，电场和磁场是由电介质载体材料6中的电荷位移所产生的。通过带状电极4、4’、参考电极5和电介质载体材料6的设置，所产生的场的场线大体垂直于带状线2的纵向。

为了减少外来场、不对称性和/或非均匀性的影响，第一带状电极4与参考电极5之间和第二带状电极4’与参考电极5之间的电压信号是相反的极性，但在另一方面，其都具有相同的信号配置。在这方面，有利地使电介质载体材料6包括含有大分子的塑料层，其中包含在塑料层中的显著数量的大分子沿带状线2的纵向取向。大分子的取向导致此处仅由塑料层7制成的电介质载体材料6具有所需的均匀性，以在空间有限地工作的电场或磁场的情况下准许电信号的宽带传输。

可以通过容性和感性耦合将所产生的场传输到探头3，其中从朝向探头的带状电极2的表面到朝向带状线2的探头3的表面测量的、带状线2和探头3相对彼此的最小间距小于15mm。

在该实施例中，探头3构造为与带状线2相似，从而使天线结构2适用于带状线2和探头3之间的双向信号传输。

图2示出了根据本发明实施例的带状线2的剖面示意图。带状线2具有两个平行的带状电极4、4’，其包括铜并印刷在塑料薄膜12上。在带状电极4、4；下面，塑料薄膜12连接到由多个层形成的电介质载体材料6。第一层是含有大分子的均匀塑料层7，均匀塑料层7中的大分子沿带状线2的纵向取向。均匀塑性层7的介电常数值ε_r在任意空间方向上的变化小于5％。

均匀塑料层7下面设置另一均匀电介质材料层8和机械增强层9。另一电介质材料层8和机械增强层9之间嵌入金属网格，其在工作中构成等势面10。均匀塑料层7、另一电介质材料层8、作为等势面10的金属网格和机械增强层9一起形成电介质载体材料6。在剖视图中可以看出，带状线2在横截面中是对称结构。

为了原始公开的目的，应该指出的是，本领域技术人员由当前说明书、附图和权利要求以及仅与其他特征相关联的所述专门术语而所见的所有特征功能都可以独立地组合，还可以与此处所公开的其他特征或特征组合相结合，其不会被明确排除或技术方面使这样的组合不能实现或没有意义。特征的所有可想象的组合的全面明确的表示和单个特征的彼此独立性强调在这里只是为了描述的简洁性和可读性。

附图标记列表

1  天线结构

2  带状线

3  探头

4、4’  带状电极

5  参考电极

6  电介质载体材料

7  均匀塑料层

8  均匀电介质层

9  机械增强层

10 等势面

11 电子发射装置

Claims (11)

1.一种用于电信号的宽带传输的天线结构(1)，其具有带状线(2)和探头(3)，所述探头(3)可以容性或感性地耦合到所述带状线(2)，其中所述带状线(2)和所述探头(3)设置为在所述探头(3)和所述带状线(2)之间的预定空间范围内在所述带状线(2)的纵向上相对于彼此可移动，从而使电信号可以非接触地在所述带状线(2)和所述探头(3)之间传输，其中所述带状线(2)包括朝向所述探头(3)的至少一个带状电极(4)、参考电极(5)以及位于所述带状电极(4)和所述参考电极(5)之间的电介质载体材料(6)，其特征在于，所述电介质载体材料(6)包括含有大分子的均匀塑料层(7)，所述均匀塑料层(7)中的大分子沿优选方向取向。

2.根据权利要求1所述的天线结构(1)，其特征在于，所述电介质载体材料(6)具有至少另一均匀电介质层(8)。

3.根据权利要求1和2之一所述的天线结构(1)，其特征在于，所述电介质载体材料(6)的介电常数值ε_r的变化和/或所述另一均匀电介质层(8)的介电常数值ε_r的变化在任意空间方向上小于5％，优选地小于1％，尤其优选地小于0.1％。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的天线结构(1)，其特征在于，所述电介质载体材料(6)具有至少一个机械增强层(9)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的天线结构(1)，其特征在于，所述电介质载体材料(6)具有至少一个等势面(10)。

6.根据权利要求5所述的天线结构(1)，其特征在于，所述载体材料具有带有不完整表面覆盖的导体材料层、尤其是金属网格，所述导体材料层在工作中用作所述等势面(10)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的天线结构(1)，其特征在于，所述带状线(2)在横截面中是对称配置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的天线结构(1)，其特征在于，从朝向所述探头(3)的所述带状电极(4)的表面到朝向所述带状线(2)的所述探头(3)的表面测量的、所述带状线(2)和所述探头(3)之间的最小间距小于15mm，优选地小于8mm，尤其优选地在1mm和4mm之间的范围内。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的天线结构(1)，其特征在于，所述至少一个带状电极(4)和所述参考电极(5)分别印制到塑料薄膜(12)上。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的天线结构(1)，其特征在于，所述带状线(2)具有平行地布置在同一平面中的具有相互间隔关系的两个带状电极(4、4’)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的天线结构(1)，其特征在于，提供电子发射装置(11)，其被适配成在第一带状电极(4)与所述参考电极(5)之间和在第二带状电极(4’)与所述参考电极(5)之间施加具有相同信号配置但相反极性的信号。