CN111902998A - 具有介质波导的旋转接头 - Google Patents

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Abstract

一种用于在旋转部分和固定部分之间传输数据的无接触数据链路，该数据链路包括介质波导，该介质波导被分开成两个部段，其中第一介质波导部段在该旋转部分处，并且第二介质波导部段在该固定部分处。该第一介质波导部段耦合到发射器，并且该第二介质波导部段耦合到接收器。

Description

具有介质波导的旋转接头
技术领域
本发明涉及用于非接触或无接触信号和数据传输的高速数据链路，具体地涉及例如旋转接头的旋转传输设备。可以在计算机断层摄影扫描仪——也称为CT扫描仪中使用这样的传输设备。可以在毫米波范围内使用这些数据链路。
背景技术
无接触旋转耦合器——也称为无接触旋转接头用来在抵靠彼此旋转的部分之间耦合信号和数据。例如，在CT扫描仪中，旋转的x射线管和x射线检测器生成高速成像数据。该数据可以从旋转部分传输到固定部分。此外，用于控制设备的控制信号并且特别是用于控制x射线管的电力供应的控制信号可以从固定部分传输到旋转部分，反之亦然。在需要在转子和定子之间传输控制信号或数据的情况下，例如在风车、旋转传送机、装瓶厂、包装机或插入机的放置头(placement head)中，存在许多另外的应用。
在US 5,600,697中公开了一种用于CT扫描仪的电容式旋转接头。大直径旋转环携带沿该环的此圆周导引信号的差动驱动的带状线路。该带状线路在PCB基板上具有铜导体。此带状线路具有限制到几GHz的带宽，并且因此具有限制到几Gbit/s的数据速率。
在US 2008/036558 A1中公开了一种介质电缆。在EP 3203287 A1中公开了一种混合塑料波导。在US 448004350中公开了一种使用粉末材料的介质波导。在US 9,871,283 B1中公开了一种使用球窝配置的可倾斜波导构件。DE 102015105657 A1公开了一种用于介质波导的连接器。
EP1729646公开了一种基于介质波导的数据链路。用于将信号耦合到波导内和耦合出波导的耦合器比较复杂。EP 3309898 A1公开了一种用于毫米波通信的天线模块，该模块将发射和接收信号组合到收发器，并且通过天线将它们耦合到介质波导内。
发明内容
本发明要解决的问题是提供一种用于在毫米波段中在旋转部分之间传输数据的无接触数据链路。设备应是简单的、易于安装的、易于维护的并且有成本效益的。
在独立权利要求中描述了该问题的解决方案。从属权利要求涉及本发明的进一步改进。
在一个实施方案中，一种用于在旋转部分和固定部分之间传输数据的无接触数据链路包括环形介质波导，该环形介质波导被分开成两个部件，两个部件优选地是两个相同的和/或对称的部件并且形成圆盘配置。一个部件，例如第一部件可以安装在旋转设备的该固定部分处，并且第二部件可以安装在该旋转部分处。该介质波导可以具有如所示出的圆形横截面或卵形或矩形横截面。在一个实施方案中，该旋转部分和固定部分可以交换。优选地，在一个平面中在两个部件之间存在间隙，该平面优选地与旋转轴线正交，从而形成旋转中心。在另一个实施方案中，环可以柱状地(cylindrically)并且平行于该旋转轴线被分开，以形成鼓状配置。任何配置都允许信号从任一侧到另一侧的耦合。在该旋转部分和该固定部分之间，该环形介质波导优选地具有与旋转轴线对准的中心轴线。该旋转部分和该固定部分可绕所述旋转轴线旋转。这里，术语相同的和/或对称的部件优选地涉及这些部件的结构，例如横截面或环直径。它们可以包括如本文所公开的不同部段。
该间隙的宽度优选地被定尺寸在空气中波长(通过介质波导传输的信号的波长)的1/10至1/6的范围内，并且可以具有在接近零和在空气中波长的1/4之间的任何大小。此范围可能有所改变和变化，例如由机械公差导致的。稍后，将参考作为波导的这些波导部件。
介质波导可以具有包层，该包层包括具有比芯低的介电常数的介质。芯或介质波导可以具有如所示出的圆形横截面或卵形或矩形横截面。
分开的波导优选地由具有比波导本身低的介电常数的机械支撑或包层保持，并且该机械支撑或包层例如可以包括塑料泡沫或不同的材料。
波导优选地在60GHz以及以上的频率范围(毫米波范围，其被定义为具有在1mm和10mm之间的波长，该波长对应于30GHz至300GHz的频率范围。此频段被称为极高频EHF(Extremely High Frequency))内具有低介电常数和低损耗。优选的材料是具有低相对介电常数(1.5至3.5)和低损耗的塑料，例如聚四氟乙烯(PTFE)和(PP)聚丙烯、聚乙烯或聚苯乙烯、氯化聚乙烯(CPE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、环烯烃聚合物(COP)或聚酰亚胺或其组合。在一个实施方案中，波导由固体塑料制成。它也可以被填充有陶瓷或被制成泡沫以调整介电常数。
在可以基于如上文所描述的波导结构的一个实施方案中，形成一个圆的固定波导(或波导部件)，优选地在与上文所提到的平面平行的相同的平面中并且围绕旋转轴线，被分开成两个部段，并且优选地所述两个部段具有相同的长度。在可以是旋转部分的第二部分处的第二波导部件也包括第一部段和第二部段。优选地，第二波导部件与第一波导部件对称并且靠近第一波导部件安装以与其形成窄间隙。固定波导部件和旋转波导部件彼此紧密接近，使得在固定波导和旋转波导之间耦合信号，优选地在两个方向上——从固定波导部件到旋转波导部件，以及从旋转波导部件到固定波导部件。优选地，所有波导部段具有大约相同的长度，并且因此覆盖它们的部分的圆周的大约一半，对应于近似180度的角度。第一固定波导部段和第二固定波导部段通过靠近在一起的两端连接到3dB耦合器，该3dB耦合器进一步耦合到接收器。该3dB耦合器将两个固定波导部段的信号组合，并且将这些转发到该接收器。在相对端处，可以存在吸收器。旋转波导部段通过靠近在一起的端连接到3dB耦合器，该3dB耦合器进一步连接到发射器。来自发射器的信号被转发到该3dB耦合器，该3dB耦合器将该信号分开成两个相等的信号，所述两个相等的信号被馈送到旋转波导部段中的每个。旋转波导部段的相对端也可以由吸收器端接。
在一个另外的实施方案中，固定波导部段在彼此靠近的位置处与发射器和接收器连接，使得第一固定波导部段连接到接收器，并且第二固定波导部段连接到发射器。第一旋转部段在第一端处与第一3dB耦合器连接，该第一3dB耦合器进一步连接到接收器。第二端连接到第二3dB耦合器，该第二3dB耦合器进一步连接到发射器。另外，在顺时针方向上，第二旋转波导部段的第一端连接到该第一3dB耦合器，而第二旋转波导的第二端连接到该第二3dB耦合器。这允许传输而没有相位改变。角间隙防止交叉耦合。术语“靠近”可以指彼此接近的介质波导部段的端。
在一个另外的实施方案中，可以平行或反平行地安装上文所描述的实施方案中的几个相同的或不同的，以在给定应用中增加数据传输容量。
在另一个实施方案中，介质波导是一个闭环。它可以具有圆形形状，形成一个部分，或其中两端胶接或焊接在一起。此圆形介质波导可以固定到定子(固定的)，或固定在转子(旋转的)。波导的横截面可以被成形为圆形、椭圆形、卵形或矩形或具有适合于导引波的任何其他形状。在一个实施方案中，此波导可以与如上文所描述的一个波导部段相同，这意味着它仅是分开成两个部段的波导的一个部段，在所述两个部段中任一部段可以导引波，而且组合的部段也可以导引波。
可以存在被形成为如本文所描述的介质波导的部段的至少两个耦合器。这些耦合器可以用来将波耦合到闭环波导内和/或耦合出闭环波导。这些耦合器被保持在近距离，该距离优选地被定尺寸在空气中波长的1/6至1/10的范围内，例如由于机械公差，该距离可以在接近零和高达波长的1/4之间的范围内。耦合器优选地被安装为具有与闭环波导相同的中心点的圆形段(circular segment)。两个耦合器中的每个的长度优选地是相同的，并且短于总圆周的一半。
闭环波导也可以以与旋转耦合器不同的速度旋转。由于在优选配置中，闭环波导是旋转的或固定的，因此耦合器中的一个可以相对于该闭环波导在固定位置和以固定距离安装。可以以这样的方式安装旋转耦合器，使得它不会在旋转期间与固定耦合器碰撞。这意味着一个耦合器(例如固定耦合器)可以安装在波导的内侧，另一个耦合器(例如旋转耦合器)可以安装在外直径上。替代地，耦合器可以安装在闭环波导的前面或后面，或安装在避免碰撞的任何角位置处。
固定耦合器可以具有相同的长度。旋转耦合器可以具有相同的长度。固定耦合器可以具有与旋转耦合器相同的长度。
耦合器中的一个或两个也可以是如上文所描述的波导部段的一部分。这意味着耦合器由分开成两个部段的波导的另一个部段的一部分形成，在所述两个部段中任一部段可以导引波，而且组合的部段也可以导引波。优选地，当闭环波导是固定的时，这是旋转耦合器。
收发器可以包括连接到收发器的一个端口用于无线传输和接收的发射器和接收器。如果该端口耦合到能够导引波的介质波导，则此端口也可以用于通过介质波导进行“有线”通信。固定收发器具有用以无线发射和接收信号的一个端口，并且通过连接介质波导或通过直接将波耦合到耦合器内(例如通过天线)连接到固定耦合器。如同固定收发器，旋转收发器也具有用以无线发射和接收信号的一个端口，并且连接到固定耦合器。波导和也由如所描述的波导形成的耦合器彼此紧密接触，使得波导在中间在固定耦合器和旋转耦合器之间耦合信号，优选地在两个方向上。
在一个实施例中，上行(从固定收发器到旋转收发器)传输的数据作为波在波导内在顺时针方向上传播，下行(从旋转收发器到固定收发器)传输的数据在相反方向上传播。优选地，闭环波导具有衰减，该衰减在波行进的第一轮期间足够低以允许在两个收发器之间的通信，但是在完成第一轮之后足够高以不使接收器失真。
成对的耦合器可以在彼此靠近的端处或在相距耦合器的长度的端处连接到收发器。
在具有提供不止一个rf端口的收发器的另一个实施方案中，可以通过采用具有连接到一个或多个收发器的端口的旋转耦合器和固定耦合器的不止一个闭环波导来增加多个并行通信。
优选地，固定收发器生成并且调制在60GHz以及以上的范围内的rf信号，并且将波耦合到介质波导内，在该介质波导内该波朝向固定收发器传播，反之亦然。该技术也可以与所有可以耦合到介质波导内的载波频率一起使用，例如在2.4GHz或5GHz或在该频率以上但是在光频段以下的任何频率运行。
优选地，收发器采用多输入多输出(multiple in–multiple out，MIMO)技术，如例如在IEEE-802.11的最近的子标准-(WiFi/WLAN-Standard)例如IEEE-802.11n和更新的子标准-(WiFi/WLAN-Standard)中所定义的。实施到广泛使用的商业标准中的另一个实现方式是在例如2.6GHz下的LTE。这些用于无线通信的标准通过允许一个收发器的任何端口与对应的收发器的任何端口通信来优化，从而允许通过多个并行通信来增加数据速率。两个收发器都可以具有另一个有线端口，该另一个有线端口被电耦合以经由总线发射和接收数据。闭环波导和耦合器形成用于双向数据传输的无接触旋转接头。在CT机架的情况下，由X射线检测器获得的数据经由旋转收发器通过无接触旋转接头传输到固定收发器，该固定收发器通过总线连接到固定评估单元。
在一个实施方案中，至少一个旋转收发器具有至少一个rf端口，所述至少一个rf端口通过单独地控制每个端口的载波频率、相位、幅度和调制参数以建立与固定收发器的任何一个或多个rf端口的通信以在旋转期间单独地匹配改变的衰减和相位并且以避免同一收发器的所述rf端口之间的串扰来单独地优化传输质量和/或数据速率。
在一个实施方案中，至少一个旋转收发器具有两个或更多个rf端口，所述两个或更多个rf端口通过对于该固定收发器的任何两个或更多个rf端口单独地控制每个端口的载波频率、相位、幅度和调制参数以在旋转期间单独地匹配改变的衰减和相位并且以避免同一收发器的所述rf端口之间的串扰并且以在所有时间期间建立多个并行通信信道来单独地优化传输质量和/或数据速率。
在一个实施方案中，无接触数据链路被配置为以在极高频段内的运行频率运行。该无接触数据链路也可以被配置为以在2.4GHz和30GHz之间的运行频率运行。
存在具有波导、波导部段、发射器和接收器的不同组合的另一些实施方案。在附图部分中更详细地描述了这些实施方案的实施例。
附图说明
在下文中，将参考附图在实施方案的实施例上通过实施例的方式描述本发明，而不限制总体发明构思。
图1a、图1b、图1c示出了介质波导的第一实施方案的不同改型。
图2示出了单信道单向数据通信的一个基本实施方案。
图3示出了单信道双向数据通信的一个另外的实施方案。
图4示出了多信道双向数据通信的一个另外的实施方案。
图5示出了多信道双向数据通信的一个另外的实施方案。
图6示出了一个另外的实施方案。
图7以截面视图示出了一个另外的介质波导的基本构思。
图8示意性地示出了CT(计算机断层摄影)扫描仪机架。
图9示出了采用收发器的一个另外的双向实施方案。
图10示出了采用收发器的一个另外的双向实施方案。
图11示出了采用收发器的一个另外的双向实施方案。
在图1a中，示出了第一实施方案。介质波导100包括形成圆盘配置的两个波导部件，优选地两个相同的和/或对称的部件101和102。一个部件例如第一部件101安装在固定部分处，并且第二部件102安装在旋转部分处。介质波导部件可以在一起具有如所示出的圆形横截面或卵形或矩形横截面。在一个实施方案中，旋转部分和固定部分可以交换。在优选地与旋转轴线108正交的平面109中在两个部件之间存在间隙107。
如图1b中所示出的，在一个另外的实施方案中，包括第一介质波导部件103和第二介质波导部件104的环可以在任何角度(例如倾斜角度或45度角度)下被分开，这存在于上文所提到的实施方案之间。在另一个实施方案中，如图1c中所示出的，包括第一介质波导部件105和第二介质波导部件106的环可以柱状地并且平行于旋转轴线被分开(形成两个部件)，以形成鼓状配置。
任何配置都允许信号从任一侧到另一侧的耦合。
在图2中，示出了可以基于第一实施方案的波导结构的一个基本实施方案。包括第一部段131和第二部段132的固定波导131、132在第一部分处。旋转部分的波导也包括第一部段133和第二部段134。固定波导和旋转波导彼此紧密接触，使得在固定波导和旋转波导之间耦合信号，优选地在两个方向上——从固定波导到旋转波导以及从旋转波导到固定波导。优选地，所有波导部段都具有大约相同的长度，并且因此覆盖它们的部分的圆周的大约一半，对应于近似180度的角度。所述波导部段优选地具有两端。第一固定波导部段131和第二固定波导部段132通过靠近在一起的两端连接到3dB耦合器142，该3dB耦合器142进一步耦合到接收器141。该耦合器将两个固定波导部段的信号组合，并且将这些转发到该接收器。在相对端处，存在吸收器143和144。旋转波导部段133和134通过靠近在一起的端连接到3dB耦合器152，该3dB耦合器152进一步连接到发射器151。来自发射器151的信号被转发到3dB耦合器152，该3dB耦合器152将该信号分开成两个相等的信号，所述两个相等的信号被馈送到旋转波导部段133和134中的每个内。所述旋转波导波导的相对端也由吸收器153和154端接。
优选地，发射器151生成并且调制在60GHz以及以上的范围内的rf信号，并且将波耦合到介质波导内，在该介质波导内该波朝向接收器141传播。
在图3中，示出了一个另外的实施方案。这里，固定波导部段131和132在彼此靠近的位置处与发射器164和接收器161连接，使得第一固定波导部段131连接到接收器161，并且第二固定波导部段132连接到发射器164。第一旋转部段133在第一端处与第一3dB耦合器172连接，该第一3dB耦合器172进一步连接到接收器171。第二端连接到第二3dB耦合器174，该第二3dB耦合器174进一步连接到发射器173。另外，在顺时针方向上，第二旋转波导部段134的第一端连接到第一3dB耦合器172，而第二旋转波导134的第二端连接到第二3dB耦合器174。这允许传输而没有相位改变。角间隙防止旋转波导部段133和134的端之间的交叉耦合。
在图4中，示出了一个另外的实施方案，该另外的实施方案仅具有一个第一波导131和一个第二波导133。第一波导131在一端处连接到接收器182，并且在相对端处连接到发射器181。第二波导133在第一处连接到接收器192，并且在相对端处连接到发射器191。建立链路使得发射器和接收器的布置在相反方向上。在接收器和发射器之间的间隙导致在接收器和发射器之间的高衰减。
替代地，第一固定波导部段131的两端可以在端处连结到单个波导，并且连接到将接收器182和发射器181组合的收发器。另外，第一旋转波导部段133的两端可以在端处连结到单个波导，并且连接到将接收器192和发射器191组合的收发器。在图5中，示出了一个另外的实施方案，其中第一波导包括第一固定波导部段131和第二固定波导部段132，该第一固定波导部段131和第二固定波导部段132具有相同的长度，并且因此覆盖大约180度的角度。旋转波导包括第一旋转波导部段133、第二旋转波导部段134和第三旋转波导部段135，该第一旋转波导部段133、第二旋转波导部段134和第三旋转波导部段135全都具有大约相同的大小，并且因此覆盖大约120度的角度。第一固定波导部段131在第一端处连接到接收器201，并且在相对端处连接到发射器202。顺时针地紧挨着此端，第二固定波导部段132的第一端连接到接收器203，并且相对端连接到发射器204。因此，在第一波导部段的端处交替地连接发射器和接收器，其中顺时针查看时，在接收器之后是发射器。在旋转波导部段处，存在基本上相同的布置，使得在三部段中的每个上顺时针查看时在发射器之后是接收器。因此，第一旋转波导部段133具有在第一端处的接收器211和与其相对的发射器212。紧挨着此，第二旋转波导部段134具有在其第一端处的接收器213和在其第二端处的发射器214。在此之后是第三旋转波导部段，该第三旋转波导部段具有在其第一端处的接收器215和在其第二端处的发射器216。该第二端靠近第一旋转波导部段133的第一端。显然，发射器和接收器的顺序可以颠倒。
另外，第一固定波导部段131和132的一端可以在端处连结到单个波导，并且连接到将接收器203和发射器202组合的收发器和将接收器201和发射器204组合的另一个收发器。另外，接收器213和发射器212、接收器215和发射器214以及接收器211和发射器216可以配对成收发器。
在图6中，示出了一个另外的实施方案。第一部分，例如固定部分，可以支承固定波导部段131、132。第二部分，例如固定部分，可以支承固定波导部段133、134、135、136，所述固定波导部段133、134、135、136全都具有大约相同的大小，并且因此各自覆盖大约90度的角度。固定波导131、132具有在它们的第一端处的接收器112、114和在它们的第二端处的发射器111、113。因此，在顺时针方向上，第一波导131具有在其第一端处的接收器114和在其第二端处的发射器111，而第一波导132具有在其第一端处的接收器112和在其第二端处的发射器113。
旋转波导具有在一端处的发射器或接收器和在相对端处的吸收器。这里，第一旋转波导133在顺时针方向上具有在其第一端处的接收器121和与其相对的吸收器122。第二旋转波导部段134具有在靠近吸收器122的一端处的吸收器123和与其相对的发射器124。第三旋转波导部段135具有靠近发射器124的接收器125和与其相对的吸收器126。第四旋转波导部段136具有靠近吸收器1226的吸收器127和与其相对的发射器128。
上文的所有实施方案示出了本发明的示例性实施方案。显然，旋转部分和固定部分的功能可以交换。此外，可以关于波导交换发射器或接收器的定向。在任何情况下，在所述实施方案中的每个中，发射器中的每个可以由接收器交换，并且接收器中的每个可以由发射器交换。
当两个半波导直接邻近收发器组合成全波导时，图4至图6中所示出的所有发射器和接收器以及图3中的接收器161和发射器164可以组合成收发器。
在图7中，以截面视图示出了另外的介质波导300的基本构思。该波导具有介质芯301和具有间隙303的金属屏蔽302。为了耦合信号，可以存在拾取器310，与可以在几米的范围内的介质波导的总长度相比，该拾取器优选地仅具有几毫米或几厘米的短长度。优选的是，能量仅在该拾取器所在的位置处从间隙辐射出去，因为在那里阻抗应被匹配。
图8示意性地示出了CT(计算机断层摄影)扫描仪机架。固定部分悬挂在巨大的框架810内并且是框架810的一部分。机架的旋转部分809相对于固定部分可旋转地安装，并且沿旋转方向808旋转。它支撑用于生成X射线束802的X射线管801，该X射线束辐射穿过躺在检查台807上的患者804，并且该X射线束被检测器803拦截并且被转换成电信号以及其成像数据。来自电力供应单元811的电力可以通过滑环(slipring)(未示出)传输到旋转部分。由检测器803获得的数据经由无接触旋转接头800借助于数据总线或网络805传输到评估单元806。
在对接下来的图的描述中，为了更好的可读性，闭环介质波导400被缩写为波导400。
在图9中，示出了可以基于标准介质波导结构400的一个基本实施方案，该标准介质波导结构400形成闭环并且包括一个部分，该标准介质波导结构400被形成为其中两端胶接或焊接在一起的圆或被形成为一个部分。此圆形介质波导可以固定到定子(固定的)或固定到转子(旋转的)。波导400的横截面可以被成形为圆形、椭圆形、卵形或矩形或适合于导引波的任何其他形状。
另外，此波导400可以与如图1中所描述的一个波导部段101相同，这意味着它仅是分开成两个部段的介质波导的一个部段，在所述两个部段中，任一部段可以导引波，而且组合的部段也可以导引波。
由如所描述的标准介质波导形成的两个耦合器(420、440)可以用来将波耦合到波导400内和/或耦合出波导400。这些耦合器被保持在近距离，该距离优选地被定尺寸在空气中波长的1/6至1/10的范围内，该距离可以因为在接近零和高达波长的1/4之间的机械公差而变化。耦合器优选地被安装为具有与波导400相同的中心点的圆形段。两个耦合器中的每个的长度优选地是相同的，并且短于总圆周的一半。
波导400也可以以与旋转耦合器不同的速度旋转。由于在优选配置中，波导400是旋转的或固定的，因此耦合器中的一个可以相对于该波导400在固定位置和以固定距离安装。以这样的方式安装旋转耦合器440使得它不会在旋转期间与固定耦合器碰撞。这意味着一个耦合器(例如，如此图中的固定耦合器420)可以安装在波导400的内侧上，另一个耦合器(例如，如此图中的旋转耦合器440)可以安装在外直径上。替代地，耦合器可以安装在波导400的前面或后面，或以避免碰撞的任何角布置安装。
耦合器(420、440)中的一个或两个也可以是如图1中所描述的波导部段102的一部分，这意味着耦合器由分开成两个部段的波导的另一个部段的一部分形成，在所述两个部段中任一部段可以导引波，而且组合的部段也可以导引波。优选地，当波导400是固定的时，这是旋转耦合器440。
收发器410、430包括连接到收发器的一个端口用于无线发射和接收的发射器和接收器。如果该端口耦合到能够导引波的介质波导，则此端口也可以用于通过该介质波导进行“有线”通信。固定收发器(410)具有用以无线发射和接收信号的一个端口，并且通过连接介质波导或通过直接将波耦合到耦合器内(例如通过天线或通过同轴电缆，该同轴电缆将收发器连接到天线，该天线然后将信号耦合到耦合器内)连接到固定耦合器(420)。如同固定收发器(410)，旋转收发器(430)也具有用以无线发射和接收信号的一个端口，并且连接到固定耦合器(420)。波导400和也由如所描述的波导形成的耦合器(420，440)彼此紧密接触，使得波导400在中间在固定耦合器和旋转耦合器之间耦合信号，优选地在两个方向上。
在此图9中所描述的配置中，上行(从固定收发器410到旋转收发器430)传输的数据作为波在波导400中在顺时针方向上传播，下行(从旋转收发器430到固定收发器410)传输的数据在相反方向上传播。优选地，波导400具有衰减，该衰减在波行进的第一轮期间足够低以允许两个收发器之间的通信，但是在完成第一轮之后足够高以不使接收器失真。
优选地，固定收发器(410)生成并且调制在60GHz以及以上的范围内的rf信号，并且将波耦合到介质波导内，在该介质波导内该波朝向旋转收发器(430)传播，反之亦然。该技术也可以与所有可以耦合到介质波导内的载波频率一起使用，例如在2.4GHz或5GHz或在该频率以上但是在光频率以下的任何频率运行。
两个收发器都具有未示出的另一个有线端口，该另一个有线端口被电耦合以经由总线发射和接收数据。波导400和耦合器(410、430)形成用于双向数据传输的无接触旋转接头。在图8中所示出和所描述的CT机架的情况下。由图8的检测器803获得的数据经由旋转收发器430通过图9中所描述的无接触旋转接头传输到固定收发器，该固定收发器通过总线(未示出)连接到图8的固定评估单元806，在该固定评估单元中接收该数据，在相反方向上发射控制数据。
图10基本上示出了与在图9中的相同的旋转耦合器和波导400的原理设置。区别在于，使用具有至少一个第一固定端口412和至少一个第二固定端口413的多端口收发器411，该多端口收发器通过控制每个rf端口的载波频率、相位、幅度和调制参数以在旋转期间单独地匹配改变的衰减和相位并且以避免信道之间的串扰来优化传输质量和/或数据速率。
在所描述的配置中，上行(从固定多端口收发器411到旋转多端口收发器431)传输的数据作为调制波在波导中在顺时针方向上传播，下行(从旋转多端口收发器431到固定收发器411)传输的数据在相反方向上传播。优选地，波导400具有衰减，该衰减在波行进的第一半轮期间足够低以允许两个收发器之间的通信，但是在完成第一轮之后足够高以不使接收器失真。
在此配置中，固定多端口收发器411的第一固定端口412和第二固定端口413经由第一固定耦合器421、第二固定耦合器422、波导400和第一旋转耦合器441、第二旋转耦合器442与旋转多端口收发器431的第一旋转端口432和第二旋转端口433通信。收发器选择具有最佳通信质量的rf端口作为输入，该通信质量在旋转期间改变，通常由比特差错率确定。为了通过降低信道之间的串扰来优化传输，第一旋转耦合器441和第二旋转耦合器442可以彼此相隔近似180度定位。这同样适用于第一旋转耦合器441和第二旋转耦合器442，优选地，该第一旋转耦合器和第二旋转耦合器彼此相隔近似180度定位。对于n(n＝1、2、3、4、5、……)个端口，耦合器的放置应近似为360度除以n。图10示出了近似90度的放置。
优选地，收发器采用MIMO(multiple in–multiple out，多输入多输出)技术，如例如在IEEE-802.11的最近的子标准-(WiFi/WLAN-Standard)例如IEEE-802.11n和更新的子标准-(WiFi/WLAN-Standard)中所定义的。实施到广泛使用的商业标准中的另一个实现方式是在例如2.6GHz下的LTE。这些用于无线通信的标准通过允许一个收发器的任何端口与对应的收发器的任何端口通信来优化。图11类似于图10。
在该配置中，固定多端口收发器411的端口即第一固定端口412经由固定耦合器421、波导400和旋转耦合器441与旋转多端口收发器431的端口即第一旋转端口432通信，固定多端口收发器411的第二固定端口413经由固定耦合器421、波导400和旋转耦合器441与旋转多端口收发器431的第二旋转端口433通信。
这里，优选地，闭环波导400具有衰减，该衰减在波行进的第一半轮期间足够低以允许两个收发器之间的通信，但是在完成第一轮之后足够高以不使接收器失真。为了优化传输，第一旋转耦合器441和第二旋转耦合器442可以彼此相隔近似180度定位。这同样适用于第一旋转耦合器441和第二旋转耦合器442，该第一旋转耦合器441和第二旋转耦合器442可以彼此相隔近似180度定位。对于n(n＝1、2、3、4、5、……)个端口，耦合器的放置应近似为360度除以n。图11示出了近似90度的放置。
附图标记列表
100 环形介质波导
101 第一介质波导部件
102 第二介质波导部件
103 第一介质波导部件
104 第二介质波导部件
105 第一介质波导部件
106 第二介质波导部件
107 间隙
108 旋转轴线
109 平面
111 发射器
112 接收器
113 发射器
114 接收器
121 接收器
122 吸收器
123 吸收器
124 发射器
125 接收器
126 吸收器
127 吸收器
128 发射器
131 第一固定波导部段
132 第二固定波导部段
133 第一旋转波导部段
134 第二旋转波导部段
135 第三旋转波导部段
136 第四旋转波导部段
141 接收器
142 3dB耦合器
143 吸收器
144 吸收器
151 发射器
152 3dB耦合器
153 吸收器
154 吸收器
161 发射器
164 接收器
171 接收器
172 第一3dB耦合器
173 发射器
174 第二3dB耦合器
181 发射器
182 接收器
191 发射器
192 接收器
201 接收器
202 发射器
203 接收器
204 发射器
211 接收器
212 发射器
213 接收器
214 发射器
215 接收器
216 发射器
300 介质波导
301 介质芯
302 金属屏蔽
303 间隙
310 拾取器
400 闭环介质波导
410 固定收发器
411 固定多端口收发器
412 第一固定端口
413 第二固定端口
420 固定耦合器
421 第一固定耦合器
422 第二固定耦合器
430 旋转收发器
431 旋转多端口收发器
432 第一旋转端口
433 第二旋转端口
440 旋转耦合器
441 第一旋转耦合器
442 第二旋转耦合器
800 无接触旋转接头
801 x射线管
802 x射线束
803 x射线检测器
804 患者
805 网络
806 评估单元
807 患者检查台
808 旋转方向
809 旋转部分
810 框架
811 电力供应单元

Claims (15)

1.一种用于在旋转部分和固定部分之间传输数据的无接触数据链路，该旋转部分和该固定部分可绕旋转轴线(108)旋转，该数据链路包括环形介质波导(100)，
该环形介质波导(100)包括在该旋转部分处的第一介质波导部件(101)和在该固定部分处的第二介质波导部件(102)，
该环形介质波导(100)具有与该旋转轴线(108)对准的中心轴线，
该环形介质波导(100)具有在该第一介质波导部件(101)和该第二介质波导部件(102)之间的间隙(107)，
该第一介质波导部件(101)包括至少一个第一旋转波导部段(133、134、135、136)，所述至少一个第一旋转波导部段具有两端，其中一端连接到发射器(111、113、124、128、151、161、173、181、191、202、204、212、214、216)、接收器(112、114、125、141、164、171、182、192、201、203、211、213、215)或吸收器(122、123、126、127、143、144、153、154)中的至少一个，并且另一端连接到发射器(111、113、124、128、151、161、173、181、191、202、204、212、214、216)、接收器(112、114、125、141、164、171、182、192、201、203、211、213、215)或吸收器(122、123、126、127、143、144、153、154)中的至少一个，
该第二介质波导部件(102)包括至少一个第一固定波导部段(131、132)，所述至少一个第一固定波导部段具有两端，其中一端连接到发射器(111、113、124、128、151、161、173、181、191、202、204、212、214、216)、接收器(112、114、125、141、164、171、182、192、201、203、211、213、215)或吸收器(122、123、126、127、143、144、153、154)中的至少一个，并且另一端连接到发射器(111、113、124、128、151、161、173、181、191、202、204、212、214、216)、接收器(112、114、125、141、164、171、182、192、201、203、211、213、215)或吸收器(122、123、126、127、143、144、153、154)中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的无接触数据链路，
其特征在于，
该第一介质波导部件(101)包括第一旋转波导部段(133)和第二旋转波导部段(134)，其中所述部段的靠近在一起的第一端通过3dB耦合器(152)连接到发射器，并且另一端由吸收器(153、154)端接；并且
该第二介质波导部件(102)包括第一固定波导部段(131)和第二固定波导部段(132)，其中所述部段的靠近在一起的第一端通过3dB耦合器(142)连接到发射器，并且另一端由吸收器(143、144)端接。
3.根据权利要求1所述的无接触数据链路，
其特征在于，
该第一介质波导部件(101)包括第一旋转波导部段(133)和第二旋转波导部段(134)，其中所述部段的第一端靠近在一起，并且所述部段的第二端靠近在一起；
该第一旋转波导部段(133)的第一端和该第二旋转波导部段(134)的第二端通过第一3dB耦合器(174)连接到发射器(173)；并且
该第一旋转波导部段(133)的第二端和该第二旋转波导部段(134)的第一端通过第二3dB耦合器(172)连接到接收器(171)；并且
该第二介质波导部件(102)包括第一固定波导部段(131)和第二固定波导部段(132)，其中所述部段的第一端靠近在一起，并且所述部段的第二端靠近在一起；
该第一固定波导部段(131)的第一端连接到接收器(161)，并且该第二固定波导部段(132)的第一端连接到发射器(164)；并且
所述第二端由吸收器(143、144)端接。
4.根据权利要求1所述的无接触数据链路，
其特征在于，
该第一介质波导部件(101)包括旋转波导部段(133)，其中该部段的一端连接到发射器(191)，并且另一端连接到接收器(192)；并且
该第二介质波导部件(102)包括固定波导部段(131)，其中该部段的一端连接到发射器(181)，并且另一端连接到接收器(182)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的无接触数据链路，
其特征在于，
该第一介质波导部段耦合到发射器，并且该第二介质波导部段耦合到接收器。
6.根据前述权利要求中任一项所述的无接触数据链路，
其特征在于，
该第一介质波导部件(101)具有与该第二介质波导部件(102)相同的结构。
7.根据前述权利要求中任一项所述的无接触数据链路，
其特征在于，
该间隙(107)的宽度在待被传输的信号在空气中的波长的1/10至1/6的范围内。
8.根据前述权利要求中任一项所述的无接触数据链路，
其特征在于，
所述至少一个第一旋转波导部段(133、134、135、136)具有相同的长度和/或
所述至少一个第一固定波导部段(131、132)具有相同的长度。
9.一种用于在旋转部分和固定部分之间传输数据的无接触数据链路，该数据链路包括：
闭环介质波导(400)，
至少一个固定耦合器(420、421、422)，
至少一个旋转耦合器(440、441、442)，
至少一个固定收发器(410)，所述至少一个固定收发器耦合到所述至少一个固定耦合器(420、421、422)，以及
至少一个旋转收发器(430)，所述至少一个旋转收发器耦合到所述至少一个旋转耦合器(440、441、442)。
10.根据权利要求9所述的无接触数据链路，
其特征在于，
成对的耦合器在彼此靠近的端处连接到所述收发器，或
成对的耦合器在相距所述耦合器的长度的端处连接到所述收发器。
11.根据权利要求9或10所述的无接触数据链路，
其特征在于，
所述至少一个旋转收发器(430)具有至少两个rf端口，
所述至少一个固定收发器(410)具有至少两个rf端口，
其中采用不止一个闭环波导(400)来并行传输数据，
其中，对于每个闭环波导(400)，采用耦合到所述至少一个固定耦合器(420、421、422)的至少一个固定收发器(410)，以及
耦合到所述至少一个旋转耦合器(440、441、442)的至少一个旋转收发器(430)。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的无接触数据链路，
其特征在于，
所述至少一个旋转收发器(430)具有至少一个rf端口，所述至少一个rf端口通过单独地控制每个端口的载波频率、相位、幅度和调制参数以建立与该固定收发器(410)的任何一个或多个rf端口的通信以在旋转期间单独地匹配改变的衰减和相位并且以避免同一收发器的所述rf端口之间的串扰来单独地优化传输质量和/或数据速率。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的无接触数据链路，
其特征在于，
所述至少一个旋转收发器(430)具有两个或更多个rf端口，所述两个或更多个rf端口通过对于该固定收发器(410)的任何两个或更多个rf端口单独地控制每个端口的载波频率、相位、幅度和调制参数以在旋转期间单独地匹配改变的衰减和相位并且以避免同一收发器的所述rf端口之间的串扰并且以在所有时间期间建立多个并行通信信道来单独地优化传输质量和/或数据速率。
14.根据前述权利要求中任一项所述的无接触数据链路，该无接触数据链路被配置为以在极高频段内的运行频率运行。
15.根据权利要求9至13中任一项所述的无接触数据链路，该无接触数据链路被配置为以在2.4GHz和30GHz之间的运行频率运行。
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