CN110784247A - 用于数据的非接触式传输的系统 - Google Patents

Abstract

一种用于在可相对于彼此移动的两个部件之间无接触地传输数据的系统(1、2)，其中一个部件承载至少一个发射器结构而另一部件承载至少一个接收器结构，其中两个部件分别具有至少一个带状线，其中在任一部件中，带状线的至少一者具有相同截面的两个平行的金属带状导体，它们被对称地布置在公共平面内的带状成形的介电载体上或该带状成形的介电载体中，其中扁平的金属接地线被布置在介电载体的背离带状导体且平行于带状导体的平面的一侧上，扁平的金属接地线的宽度至少等于带状导体的包括介于中间的绝缘距离的公共宽度。本发明还涉及一种用于制造相应带状线的方法。为了减少这种系统中的介电损耗并增加可传输数据速率，根据本发明，建议在热作用下将接地线、介电载体和带状导体彼此直接压在一起，而无需附加的辅助材料，以创建具有恒定截面且长度至少为1米的复合线。

Description

用于数据的非接触式传输的系统

技术领域

本发明涉及一种用于在可相对于彼此移动的两个部件之间无接触地传输数据的系统，其中一个部件承载至少一个发射器结构而另一部件承载至少一个接收器结构。两个部件分别具有至少一个带状线，其中在每一部件中，带状线的至少一者具有相同截面的两个平行的金属带状导体，它们被对称地布置在公共平面中的带状成形的介电载体上或该带状成形的介电载体中，其中扁平的金属接地线(其宽度至少等于带状导体的包括介于中间的绝缘距离的公共宽度)被布置在介电载体的背离带状导体且平行于带状导体的平面的一侧上。

背景技术

在需要相对于彼此可移动的两个部件之间无需接触地传输数据或电信号的场合存在对数据或电信号的非接触式传输的需要。与替代地设想的滑动接触相比，非接触式传输具有的优点在于，可以以非常低的误码率传送高达10Gbit/s和更高的高数据速率。

例如，在风力涡轮机、起重机设备、输送机系统、雷达设施、车载炮塔(军事技术)、行李扫描仪或计算机断层摄影仪中需要这种非接触式传输。要传送的数据类型的示例包括在行李扫描仪和计算机断层摄影仪的情形中的X射线数据和在车载炮塔的情形中的视频数据。

在上述情形中，由于对高数据速率的需要和实时能力方面的要求，在可相对于彼此移动的部件之间的基于接触的传输现在在技术上几乎是不可能的。

数据速率随着传输信道的带宽和所传送的信号的质量而上升和下降。

例如在WO 2014/079744中公开了一种用于数据的非接触式传输的设备。本申请的图1示出了用于电信号的非接触式传输的系统，其基本上对应于WO 2014/079744。图1由此示出了透视图。

所解说的是一种用于非接触式传输的系统(天线结构)1，其包括接收器结构(探头)3和以带状线形式配置的发射器结构(天线)2。带状线2由此包括介电载体6，带状导体(带状电极)4和4'彼此平行地布置在介电载体6的上侧，并且接地线(参考电极)5被布置在介电载体6的下侧。在用于非接触式传输的系统1的操作期间，如果在带状导体4或4'与接地线5之间施加由传输电路7提供的电压信号，则通过介电载体材料6中的电荷转移生成电场和磁场。由于带状导体4和4'、接地线5和介电载体材料6的布置，电场和磁场主要被定向在垂直于纵向方向的平面中。因此，电场和磁场的场线仅在垂直于纵向方向的平面中延伸。

从电压信号被馈送到带状导体4和4'之一中所处的位置，与电压信号相关联的电场和磁场沿带状线的纵向方向铺展开。接收器结构3沿平行于带状线的纵向方向被定向，并接着借助于电容或电感耦合拾取信号。由于EMC指令，电磁波形式的辐射是不合需的。

为了标识外场不对称和/或不均匀性并降低其影响并且为了降低远场强度，通常在第一带状导体4和接地线5之间以及在第二带状导体4'和接地线5之间的电压信号相对于参考电势具有相反的极性，但是在其他方面具有相同的信号形式。产生干扰的外部影响通过这种差分信号传输而被最小化。另外，磁场在远场中相互抵消。

在下文中，本发明的描述将主要集中在作为发射器结构的带状线上。然而，本发明还包括被配置为接收器结构的带状线。

从WO 2014/079744中已知的带状电极4和4'以及参考电极5通常用粘合剂10固定到载体6。所得到的粘合剂粘结表示电极与介电载体的惯常连接。系统(诸如来自WO 2014/079744的系统)通常被证明高度适合于具有先前所需的数据传输速率的数据传输。

然而，由于数字化所驱动的众多技术领域的快速发展以及相关联的愈发增长的数据量，在用于非接触式数据传输的一些应用系统领域中，如今需要10Gbit/s和更高的数据传输速率。利用现有技术中已知的用于数据的非接触式传输的系统无法实现这种高数据传输速率。这主要归因于在一些情形中在电极和接地线之间的(诸)高损耗介电层，尤其是在电极和载体之间的任何粘合剂粘结。介电损耗导致低通行为，这限制了最大频率带宽，并因而限制了最大可能数据速率。

另外，出于经济原因，用于非接触式数据传输的系统应尽可能制造起来简单且经济。

发明内容

因此，本发明的目的是尽可能简单且经济地提供一种用于数据的宽带非接触式传输的系统，该系统展示出显著较低的介电损耗，并因此使得数据速率高达10Gbit/s或更高的数据传输成为可能。

根据本发明，通过根据权利要求1所述的用于在可相对于彼此移动的部件之间无接触地传输数据的系统来解决本发明的目的。

相对于彼此可移动的部件之一由此承载至少一个发射器结构而另一部件承载至少一个接收器结构。两种结构分别具有至少一个带状线，其中在任一部件中，带状线具有相同截面的两个平行的金属带状导体，它们在公共平面中被对称地布置在带状成形的介电载体上或该带状成形的介电载体中。另外，扁平的金属接地线(其宽度至少等于带状导体的包括介于中间的绝缘距离的公共宽度)被布置在介电载体的背离带状导体且平行于带状导体的平面的一侧上。根据本发明，接地线、介电载体和带状导体在热作用下彼此直接被压在一起而无需附加的辅助材料，以创建具有恒定截面且长度至少1m的复合线。

介电载体通常包括塑料，优选地热塑性加工的塑料(这包括热塑性塑料)，但不限于这些。所使用的塑料应具有尽可能最低的介电常数，以及尽可能最低的介电损耗因子。

热压消除了使用粘合剂以便将电极(接地线和带状导体)与介电载体相连接的必要性。因此，在电极和介电载体之间没有粘合剂层。带状导体上的信号的介电损耗通过省略粘合剂层而显著地降低。已经发现，利用通过热压产生的带状线，可以实现5GHz或更高的带宽，这使得数据速率大于10Gbit/s的直接和二进制传输成为可能。

在一特定实施例中，带状导体和接地线直接与相同的载体材料带相连接而无需中间层。这样的实施例是有利的，因为其可以利用单次压制操作来被尤其简单地制造。带状导体由此与载体材料带从一侧压在一起，而与接地线从另一侧压在一起。这尤其也可以同时发生。

在一进一步的实施例中，带状导体在其背离载体的一侧被另一介电层覆盖。这样的层理想地包括与介电载体相同的材料，并且还可以通过(优选地与其他层的压制同时进行的)热压来与带状导体相连接。这样的覆盖层的优点是抗损坏和氧化(腐蚀)的保护。另外，这样的附加层使金属带状导体绝缘，并因而在不当操作的情况下保护所连接的电子器件免受静电放电(ESD)。优选地，所覆盖的介电层是最大厚度为500μm的绝缘保护层。

另外，在外侧覆盖接地线的另一材料层可以被粘结在上，其中在接地线一侧背离带状导体的所得粘合剂层不会影响信号质量并且纯粹用作固定元件。接地线尤其可以经由这样的粘合剂层被直接粘结到组件(例如，计算机断层摄影仪的环形元件)上。

在一个特定实施例中，带状导体和接地线分别包括带状的金属箔，尤其是铜箔。优选地，这样的箔的厚度为35μm，并且表面粗糙度约为1μm或更小。铜尤其适合作为箔材料，因为它拥有良好的电属性并且还是经济且容易获得的。

在一进一步的实施例中，介电载体材料是均匀塑料。均匀塑料被理解为其物理属性在塑料内的每个位置处基本相同的一种塑料。这尤其意味着介电载体材料内的塑料的密度、介电常数和介电损耗常数不会变化，或者只是非常轻微地变化，并且介电载体材料仅包括一种类型的塑料。这导致介电损耗的减少，并因而导致带宽和最大可能数据速率的增加。

在一尤其优选的实施例中，介电载体材料是具有被定向在带的纵向方向上的大分子的塑料。介电载体材料的均匀性可以通过将大分子定向在优选方向上来进一步改善。由于更高的均匀性，信号完整性得到改善，这导致经改善的信噪比以及因而更高的数据速率。

这在被包含在塑料层中的大分子沿带状线的纵向取向被定向的情况下已被证明是尤其有利的。介电载体材料中的大分子的取向可以通过拉伸工艺来实现，其中介电载体材料通过施加张力在所需的优先方向上被拉伸。由于载体材料的变形，塑料层的下属聚合物和局部结晶区域大致平行于拉伸方向来被定向。作为该措施的结果，大分子之间的接触表面变得更大，它们之间的距离更小并且结构更均匀。副粘结也变得更强。

另外，通过拉伸过程可以增加介电载体材料在拉伸方向上的机械强度。尤其是在长带状线的情形中，这种效果在组装期间已被证明是有利的，因为这意味着在组装期间带状线的扭曲更少地发生。

就本发明而言，如果存在的绝大多数大分子沿着所选择的优先方向来被定向，则大分子沿优先方向的取向是足够的。

在一进一步的实施例中，载体材料是热塑性塑料，其中在一尤其优选的实施例中，其是可熔融的PTFE材料。已经证明许多热塑性塑料，且尤其是热塑性可加工的PTFE材料在其用作载体材料方面尤其合适，因为它们展现出非常良好的介电属性，尤其是非常低的介电常数(介电常量)和非常低的介电损耗常数。另外，它们可以在不改变它们良好的电属性的情况下在温度和压力之下被加工并且与金属箔形成非常良好的粘合剂粘结。因此，使用热塑性塑料作为载体材料使得电极更好地粘结到载体，以及载体本身的更均匀成形这两者成为可能。

在一尤其优选的实施例中，带状线的长度至少为1.5m，尤其优选地至少为2.5m。前述长度是发射器结构和接收器结构通常沿其相对于彼此可移动地布置的路径的最小尺寸。此类路径尤其是圆柱形路径和圆形表面上的路径。在一些情形中，带状线的长度是6至10m。

根据一进一步的实施例，带状线具有足够的弹性以至于它可以作为卷料被卷到辊上。带状线由此具有例如50m的长度。由于带状线是细长的产品，因此带状线可以被卷起来是有利的。这简化了带状线的存储和运输。而且，对于一些应用，例如在计算机断层摄影仪中，可以尽可能简单地使带状线变成圆的形式是有必要的。

在一进一步的实施例中，带状线在圆周方向上围绕圆柱形载体的周界延伸。这些实施例尤其－如已经提到的－在计算机断层摄影仪中被使用。在一尤其优选的实施例中，圆柱形载体的直径由此在0.5和2.5m之间，这大约是对应于约1.5至略低于8m的带状线长度的周长。

本发明还包括一种用于制造根据本发明的带状线的方法，其中该方法的特征在于，带状导体和介电载体通过热压(加热和压制)彼此连接而无需其他辅助材料。热压的方法步骤不仅创建了由非常低的介电损耗表征的有利的带状线，而且其也是一种极其易于使用且经济的制造方法。

带状线通过机械方法被形成为带，优选地切割或铣削，并修剪成尺寸。带状导体也可以被形成为通过这样的机械方法配合。

该方法使得在生产线内制造极长的带状线成为可能。

进一步，在借助于热压来被连接之后或者之前，所述接地线、所述介电载体和所述带状导体可以借助于机械方法，优选地切割或铣削，被形成为腹板。

附图说明

参考以下对优选实施例的描述，本发明的其他优点、特征和可能的应用将变得清晰，其中：

图1：示出了现有技术中已知的天线和接收器结构的局部剖析透视图，

图2：示出了根据本发明的用于在可相对于彼此移动的部件之间无接触地传输数据的系统的带状线的局部剖析透视图。

具体实施方式

图2以透视剖视图示出了带状线2的短截面。所解说的区段2包括具有长度L、宽度B和高度H的载体6，在该载体6的上侧，彼此平行延伸的两个扁平或带状成形的带状导体4和4'沿纵向方向(其对应于长度L的方向)延伸。带状导体4和4'的宽度由此对应于载体宽度B的大约五分之一。带状导体之间的距离在带状线的长度L上是恒定的并且相当于带状导体宽度的约三分之二。带状线2的长度L原则上是任意的并且取决于具体应用。在根据本发明的带状线所预期的实际应用中，完整带状线的长度L通常相当于在1.5m和10m之间。

带状导体4和4'在其上侧和侧边缘表面上被绝缘保护层9包围。绝缘保护层9还覆盖载体6的整个上侧，且由此包括不与载体连接的带状导体4和4'的表面。在载体6的边缘处，其与载体6的边缘表面相齐平地终止。该保护层9保护带状导体4和4'免受损坏、氧化和短路。在这里所示的表示中，保护层9具有约0.5mm的厚度并且包括介电材料。

接地线5在其底侧与载体6相连接，其中它具有与载体6相同的宽度，并因此与载体6的边缘表面相齐平地终止。粘合剂层12被施加在接地线5的底侧，其具有接地线5的宽度的约五分之四的宽度并且相对于纵向方向被居中地布置，使得到粘合剂层12的两侧存在宽度约为接地线5的宽度的十分之一的其中接地线5在其底侧上没有被粘合剂层12涂覆的区域。粘合剂层12用于将带状线2固定到组件。该粘合剂粘结/粘合剂层12使得以非常简单的方式从任何组件制造出发射器或接收器结构成为可能。

替代地，接地线5也可以在介电载体6的侧面上延伸并且直到带状导体4和4'的高度，并且在这种情形中，将具有相对于长度L的U形截面。

图2中所示的带状线2被例如用于计算机断层摄影仪中。由于其在远场中不生成任何显著的电场和磁场，因此计算机断层摄影仪的其他电子组件不受带状线的场的影响。相反，延长了的接地线防止外部干扰场干扰带状导体4和4'上的信号。

如果接收器结构3被布置在图2所示的带状线2上方(如根据图1)，则这可以在带状线2的纵向方向上移动，且由此总是与带状线2的电场或磁场电容性地或电感性地耦合。作为结果，接收器结构3接收由带状线2生成的传输信号。归因于热压，由于在带状导体4和4'与介电载体6之间不存在粘合剂(如从现有技术(图1)中已知的用于非接触式数据传输的所有系统中的情形那样)，传输信号仅经受非常低的介电损耗，作为其结果，可以以超过10Gbit/s的数据速率传送数据。

出于原始公开的目的，需要指出的是，通过本说明书、附图和从属权利要求向本领域技术人员公开的所有特征，以及如果它们仅结合特定的进一步特征进行具体描述的话，既可以被单独地组合，而且还可以按任何组合来与本文中所公开的其他特征或特征组进行组合，只要这没有被明确排除在外或者技术境况使得这样的组合不可能或毫无意义就行。出于说明书的简洁和易读性的原因，这里仅省略对所有可想到的特征组合的全面明确描述以及对各个特征的彼此独立性的强调。

附图标记列表

1 用于数据的非接触式传输的系统

2 带状线

3 接收器结构

4,4' 带状导体

5 接地线

6 由介电载体材料制成的载体

7 传输电子设备

8 接收电子设备

9 绝缘保护层

10 粘合剂

11 热压式连接

12 粘合剂层

L 长度

B 宽度

H 高度

Claims (14)

1.一种用于在可相对于彼此移动的两个部件之间无接触地传输数据的系统(1、2)，其中一个部件承载至少一个发射器结构而另一部件承载至少一个接收器结构，其中两个部件分别具有至少一个带状线，其中在任一部件中，所述带状线的至少一者具有相同截面的两个平行的金属带状导体，它们被对称地布置在公共平面内的带状成形的介电载体上或该带状成形的介电载体中，其中扁平的金属接地线被布置在所述介电载体的背离所述带状导体且平行于所述带状导体的平面的一侧上，所述扁平的金属接地线的宽度至少等于所述带状导体的包括介于中间的绝缘距离的公共宽度，

其特征在于，

所述接地线、所述介电载体和所述带状导体在热作用下彼此直接被压在一起而无需附加的辅助材料，以创建具有恒定截面且长度至少1m的复合线。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述带状导体和所述接地线直接与相同的载体材料带相连接而无需附加的中间层。

3.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述带状导体在其背离所述载体的一侧上被另一介电层覆盖，其中所述另一介电层优选地是最大厚度为100μm的绝缘保护层。

4.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述带状导体和所述接地线分别包括带状的金属箔，尤其是铜箔。

5.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述介电载体材料是均匀塑料。

6.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述介电载体材料是具有被定向在所述带状线的纵向方向上的大分子的塑料。

7.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述载体材料是热塑性塑料。

8.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述载体材料是可熔融的PTFE材料。

9.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述带状线的长度至少为1.5m，优选地至少为2.5m。

10.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述带状线具有足够的弹性以至于其能够作为卷料被卷到辊上，其中所述带状线优选地具有50m的长度。

11.根据前述权利要求之一所述的系统，其特征在于，所述带状线在圆周方向上围绕圆柱形载体延伸。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述圆柱形载体的直径在0.5和2.5m之间。

13.一种用于制造根据前述权利要求之一所述的系统的方法，其特征在于，

所述接地线、所述介电载体和所述带状导体彼此连接以在热和压力的作用下通过热压，即直接地、在无需附加的辅助材料的情况下创建复合线。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在借助于热压来被连接之后，所述接地线、所述介电载体和所述带状导体借助于机械方法，优选地切割或铣削，被形成为腹板。

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