DE10225803A1

DE10225803A1 - Vorrichtung zur breitbandigen elektrischen Verbindung zweier gegeneinander beweglicher Einheiten

Info

Publication number: DE10225803A1
Application number: DE10225803A
Authority: DE
Inventors: Harry Schilling; Georg Lohr
Original assignee: Schleifring und Apparatebau GmbH
Current assignee: Schleifring und Apparatebau GmbH
Priority date: 2002-06-10
Filing date: 2002-06-10
Publication date: 2003-12-24
Also published as: US20050168299A1; EP1516438A1; DE10393268D2; WO2003105365A1; AU2003243898A1; US7109819B2

Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Signalübertragung zwischen Einheiten, welche entlang vorgegebener Bahnen beweglich sind. DOLLAR A Die Vorrichtung umfasst mindestens einen Sender zur Erzeugung elektrischer Signale, mindestens eine Leiteranordnung zur Führung der elektrischen Signale entlang der Bahn der Bewegung sowie mindestens einen Empfänger zur Auskopplung elektrischer Signale aus einer Leiteranordnung. DOLLAR A Zur Reduzierung der Störstrahlung bzw. Störempfindlichkeit sind im Verlauf der Leiteranordnung Mittel zur Symmetrierung der elektrischen Signale vorgesehen.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung elektrischer Signale bzw. Energie zwischen mehreren gegeneinander beweglichen Einheiten.
Der Übersichtlichkeit halber wird in diesem Dokument nicht zwischen der Übertragung zwischen gegeneinander beweglichen Einheiten und einer feststehenden und dazu beweglichen Einheiten unterschieden, da dies nur eine Frage des Ortsbezugs ist und keinen Einfluss auf die Funktionsweise der Erfindung hat. Ebenso wird nicht weiter zwischen der Übertragung von Signalen und Energie unterschieden, da die Wirkungsmechanismen hier die selben sind.

Stand der Technik

Bei linear beweglichen Einheiten wie Kran- und Förderanlagen und auch bei drehbaren Einheiten wie Radaranlagen oder auch Computertomographen ist es notwendig, zwischen gegeneinander beweglichen Einheiten elektrische Signale bzw. Energie zu übertragen. Eine hierfür geeignete Vorrichtung ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 44 12 958 A1 beschrieben. Das zu übertragende Signal wird hier in eine Streifenleitung der ersten Einheit, welche längs des Weges der Bewegung der gegeneinander beweglichen Einheiten angeordnet ist, eingespeist. Mittels kapazitiver oder induktiver Kopplung wird das Signal von der zweiten Einheit abgegriffen. Eine verbesserte Vorrichtung zur Übertragung, wie sie beispielsweise in der WO 98/29919 beschrieben ist, basiert auf einer speziellen Leiterstruktur, welche gleichzeitig Filtereigenschaften besitzt. Mit derartige Strukturen lassen sich extrem breitbandige Übertragungssysteme im Bereich von einigen MHz bis GHz realisieren. In den folgenden Ausführungen bezieht sich der Begriff Leiterstrukturen auf alle denkbaren Formen von Leiterstrukturen, welche geeignet sind, elektrische Signale zu führen. Die Signale werden im Nahfeld der Leiterstruktur ausgekoppelt. Die Signalauskopplung soll im Idealfall ausschließlich im Bereich der zweiten Einheit erfolgen. Eine weitere Signalaussendung in anderen Bereichen der Leiterstruktur ist im Gegensatz zu den bekannten Leckleitungen meist unerwünscht, da die breitbandigen Signale zu Störungen in anderen Geräteteilen bzw. Geräten führen können.
Die Konstruktions- und Dimensionierungsprinzipien von Leckleitungen, wie beispielsweise in der US 5,936,203 beschrieben, sind für diese Art von Leiterstrukturen nicht anwendbar. Leckleitungen sind gerade dafür ausgelegt, über die gesamte Länge einen bestimmten Anteil der geführten Hochfrequenzenergie nach außen abzustrahlen. Genau das soll aber hier vermieden werden.
Technisch ähnlich mit der kontaktlosen Signalauskopplung ist auch die kontaktierende Signalauskopplung. Eine kontaktlose Auskopplung wird jedoch meist vorgezogen, da sie zuverlässiger und wartungsfrei ist.
Die hier beschriebenen Leiterstrukturen können wahlweise kontaktierend oder auch kontaktlos ausgeführt werden. Dabei sind selbstverständlich Anpassungen entsprechend der Übertragungsaufgabe möglich. So kann eine Leiterstruktur zur kontaktierenden Übertragung eine besonders gut leitende Oberfläche, beispielsweise mit Silberbeschichtung aufweisen. Im Gegensatz hierzu kann eine Leiterstruktur zur kontaktlosen Übertragung mit einer Lackschicht auf der Oberfläche als Korrosionsschutz versehen sein. Die grundlegenden Prinzipien zur Ausgestaltung der Leiterstrukturen sind in diesen Fällen jedoch identisch. Eine besondere Ausführung einer kontaktierenden Übertragungseinrichtung ist in der US-Patentschrift 5,208,581 beschrieben. Hier ist auch ein unsymmetrisches Leitersystem beschrieben. Die Geometrie ist hier zwar symmetrisch, allerdings wird das Leitersystem mit einem unsymmetrischen Signal gespeist. Der Signalfluss erfolgt über den mittleren Leiter vom Sender zum Empfänger und teilweise über einen bzw. beide Außenleiter oder auch das Computertomographensystem selbst zurück. Die Bezugfläche ist hier das Gerät selbst. Die Geometrie der Bezugfläche ist hier nicht eindeutig symmetrisch ausgeführt.
Aufgrund der unsymmetrischen Signale mit einem nicht eindeutig definierten Signalpfad und der undefinierten Bezugfläche strahlt dieses System hohe HF-Leistungen ab. Bereits mit Datenraten von 50 MBaud können die aktuellen EMV-Normen nicht mehr ohne zusätzliche, teure Schirmung eingehalten werden.
Die hier zur Übertragung verwendeten Leiteranordnungen sind üblicherweise als Streifenleitungen bzw. Leiterstrukturen mittels doppelseitiger Leiterplatten aufgebaut. Als Träger und Dielektrikum dient üblicherweise ein glasfaserverstärkter Kunststoff. Dieser Träger ist auf einer Seite mit einer durchgehenden Leiterfläche als elektrische Bezugsfläche bzw. Masse und auf der anderen Seite mit einem streifenförmigen Leiter bzw. der Leiterstruktur versehen.
Zu den schwierigsten technischen Probleme bei derartigen Übertragungssystemen zählt das Erreichen einer hohen Störfestigkeit sowie einer niedrigen Abstrahlung. Um nun eine besonders störarme Signalübertragung zu erreichen werden beispielsweise zwei parallel laufende Leitungen bzw. Leiterstrukturen symmetrisch mit einem Differenzsignal gespeist. Dadurch wird zumindest bei Leiterabständen, die kleiner als die Wellenlänge sind, das Fernfeld näherungsweise zu null. Somit wird nur eine äußerst geringe Energie abgestrahlt. Im umgekehrten Falle wird bei einer unerwünschten Einkopplung elektromagnetischer Wellen von außen in beiden Leitern das gleiche Signal erzeugt. Dieses kann nun von einer Empfangsschaltung mit hoher Gleichtaktunterdrückung ausgefiltert werden. Wesentlich für eine hohe Störfestigkeit ist die Symmetrie der gesamten Anordnung.
Um die Störfestigkeit zu erhöhen, kann normalerweise der Signalpegel des Senders nicht beliebig erhöht werden. Trotz hoher Symmetrie findet immer eine geringe Abstrahlung statt. Mit höherer Symmetrie wird die Abstrahlung geringer und die Signalpegel können weiter erhöht werden.
Bei hohen Bandbreiten bzw. Datenraten im Bereich von einigen 100 MHz bis mehrere GHz treten nicht mehr vernachlässigbare Dämpfungen bzw. Verzerrungen der Signale auf. So wurden bei üblichen Leitermaterialien und einer Frequenz von 1 GHz Dämpfungen in der Größenordnung von 10 dB pro Meter gemessen. Dies führt bei großen Längen zu unakzeptablen Dämpfungen. Zudem besteht eine erhöhte Gefahr von Unsymmetrien, da das Dielektrikum nicht beliebig symmetrisch bzw. homogen fertigbar ist.
Eine Lösung, die diese Probleme von vorneherein vermeidet, ist in der US-Patentschrift 5,287,117 angegeben. Hierin wird die Leiteranordnung durch mehrere kleine Antennensegmente ersetzt. Diese können auf Leiterplatten kleiner Fläche mit hochwertigen Materialien hergestellt werden. Die Speisung über lange Distanzen kann mit hochwertigen Koaxialkabeln hoher Schirmung und niedriger Dämpfung erreicht werden. Allerdings ergibt sich auch hier durch die hohe Anzahl von Antennensegmenten ein hoher Materialeinsatz und insbesondere ein hoher Montageaufwand, was zu hohen Fertigungskosten führt.

Darstellung der Erfindung

Es stellt sich die Aufgabe, eine breitbandige und kostengünstige Vorrichtung zur Signalübertragung zu gestalten, welche basierend auf einer Leiteranordnung mit Leitern bzw. Leiterstrukturen eine hohe Störfestigkeit bzw. geringe Störstrahlung aufweist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Mitteln gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen weiteren Ansprüche.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Signalübertragung umfasst mindestens einen Sender, der die zu übertragenden elektrischen Signale erzeugt und in eine Leiteranordnung einspeist. Mindestens eine solche Leiteranordnung ist entlang der Bahn der Bewegung angeordnet und führt die vom Sender eingespeisten Signale. Mindestens ein Empfänger, welcher gegenüber Sender und Leiteranordnung beweglich ist, dient zur Auskopplung der Signale aus der Leiteranordnung. Entsprechend dem Anwendungsfall kann auch ein Sender mehrere Leiteranordnungen speisen. Ebenso kann eine Leiteranordnung von mehreren Sendern gespeist werden. Weiterhin ist es möglich, eine beliebige Anzahl von Empfängern zur Auskopplung von Signalen an einer Leiteranordnung einzusetzen.
Erfindungsgemäß sind im Verlauf der Leiteranordnung Mittel zur Symmetrierung elektrischer Signale vorgesehen. Diese Mittel zur Symmetrierung erhöhen die elektrische Symmetrie von in der Leiteranordnung geführten Signalen. Wird die Symmetrie elektrischer Signale beim Durchlaufen der Leiteranordnung durch Unsymmetrien der Leiteranordnung verringert, so kann sie durch erfindungsgemäße Mittel zur Symmetrierung wieder erhöht werden. Durch diese erhöhte Symmetrie der Signale lässt sich wiederum eine erhöhte Störfestigkeit bzw. reduzierte Störabstrahlung erreichen. Erfindungsgemäße Mittel zur Symmetrierung lassen symmetrische Signale bzw. Signalanteile auf der Leiteranordnung passieren und dämpfen unsymmetrische Signale bzw. Signalanteile ab.
Eine Erhöhung der Störfestigkeit ergibt sich dadurch, dass externe Störsignale, welche bevorzugt als unsymmetrische Signale (Gleichtaktsignale) in die Leiteranordnung eingekoppelt werden, durch die Mittel zur Symmetrierung gedämpft werden.
Eine Verringerung der Abstrahlung ergibt sich dadurch, dass in der Leiterstruktur bevorzugt symmetrische Signale (Gegentaktsignale) geführt werden, welche nur zu geringen Abstrahlungen führen.
Eine Leiteranordnung umfasst mindestens eine Leiterstruktur, in der elektrische Signale geführt werden können. Eine solche Leiterstruktur enthält einen oder mehrere Leiter aus einem vorzugsweise gut leitenden Material. Bevorzugt enthält eine Leiteranordnung eine Leiterstruktur aus zwei symmetrisch angeordneten Leitern, welche mit symmetrischen Signalen gespeist werden. Alternativ sind auch Leiterstrukturen in unsymmetrischen Ausführungen bzw. mit mehreren Leitern einsetzbar, allerdings sind hier im Vergleich zum symmetrischen Zweileitersystem schen Zweileitersystem nur schlechtere Werte der Störfestigkeit bzw. der Abstrahlung erzielbar.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zusätzliche Mittel zur Symmetrierung elektrischer Signale zwischen mindestens einem Sender und der Leiteranordnung vorgesehen. Durch derartige zusätzliche Mittel zur Symmetrierung kann bereits ein gut symmetriertes elektrisches Signal in die Leiteranordnung eingespeist werden. Dadurch sind die Anforderungen an die Mittel zur Symmetrierung im Verlauf der Leiteranordnung geringer, bzw. es kann eine höhere Symmetrie des Signals erreicht werden.
In einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind zusätzliche Mittel zur Symmetrierung elektrischer Signale zwischen der Leiteranordnung und mindestens einem Empfänger vorgesehen. Durch derartige zusätzliche Mittel zur Symmetrierung zwischen Leiteranordnung und mindestens einem Empfänger können unsymmetrische Störungen (Gleichtaktsignale) im Pegel reduziert werden. Dadurch erhöht sich die Störfestigkeit des Empfängers.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht eine symmetrische Ausbildung der Leiteranordnung vor. Grundsätzlich ist eine erfindungsgemäße Ausgestaltung der Übertragungseinrichtung auch mit einer unsymmetrischen Leiteranordnung möglich, bei der in vorzugsweise geringen Abständen Mittel zur Symmetrierung elektrischer Signale vorgesehen sind. Dadurch lässt sich auch über längere Strecken ein symmetrisches Signal erzielen. Wesentlich günstiger ist es jedoch, von vorneherein eine symmetrische Ausbildung der Leiteranordnung zu wählen. Damit sind die Anforderungen an die Mittel zur Symmetrierung wesentlich geringer. Ebenso lässt sich damit ein wesentlich symmetrischeres Signal erreichen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine Leiteranordnung mindestens eine jeder Leiterstruktur zugeordnete elektrisch leitende Bezugsfläche. Zwischen der Leiterstruktur und der Bezugsfläche befindet sich mindestens ein Dielektrikum zur Isolation von Leiterstruktur und Bezugsfläche. Ein solches Dielektrikum besitzt wahlweise eine hohe Homogenität bzw. eine hohe Symmetrie in Bezug auf die elektrische Mitte der Längsachse der Leiterstruktur. Der Symmetriebegriff bezieht sich hier auf eine Symmetrie des elektrischen Feldes. Ausgehend von der elektrischen Mitte der Leiterstruktur sollen die elektrischen Feldlinien symmetrisch verlaufen. Dies ist beispielsweise mit einer spiegelsymmetrischen Anordnung realisierbar. Ebenso aber sind andere Realisierungen vorstellbar, wie beispielsweise im Falle eines geschichteten Dielektrikums bei Leitern parallel zur Bezugsfläche. Hier kann grundsätzlich die Schichtenabfolge des Dielektrikums bei den Leitern unterschiedlich sein, wenn die gesamten Dielektrizitätskonstanten auf beiden Seiten gleich sind und auch die Flächen gleich groß sind.
Die Symmetrie des elektrischen Feldes wird bezogen auf eine Äquipotentialfläche mit einem Potential, welches dem mittleren Potential zwischen den aktiven, d. h. zur Signalführung verwendeten Leitern entspricht.
Die Leiterstruktur ist meist nach einer Seite hin zum freien Raum offen. Von dieser Seite aus erfolgt die Ankopplung von Empfängern. Die Gegenseite und optional auch deren Begrenzung sind von möglichst symmetrischen Flächen mit leitender Oberfläche abgeschlossen. Damit lässt sich einerseits eine definierte Impedanz des Leitersystem erreichen und andererseits eine definiert symmetrische Begrenzung realisieren. Würde hier keine definierte Bezugsfläche vorhanden sein, so wäre mindestens ein Teil des Gerätes, in dem die Vorrichtung angebracht ist, als elektrischer Bezug dienen. Sicherlich würde hier nicht auf der ganzen Länge der Leiterstruktur die erforderliche Symmetrie erreicht werden, da verschiedene Bauteile bzw. Baugruppen des Gerätes nicht beliebig symmetrisch anzuordnen wären.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung sind Sender bzw. Symmetrierelemente in unmittelbarer Nähe der Leiteranordnung angebracht. Dadurch lassen sich zusätzliche Störungen minimieren. Ebenso kann hiermit eine eventuelle Fehlanpassung minimiert werden. Weiterhin lässt sich hierdurch ein besonders platzsparender Aufbau erreichen.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Mittel zur Symmetrierung in die Leiteranordnung selbst integriert sind. Durch diese Integration ist ein einfacherer Aufbau bei geringeren Herstellungskosten möglich.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Integration mittels mehrlagiger Leiterplattentechnik. Somit können auf unterschiedlichen Leiterlagen Elemente der Leiteranordnung sowie Elemente zur Symmetrierung angebracht werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zusätzliche Elemente, wie beispielsweise ferromagnetische Elemente auf der Leiteranordnung selbst aufgebracht. Dies können wahlweise einzelne diskrete ferromagnetische Elemente sein, welche in bestimmten Abständen auf der Leiteranordnung aufgebracht sind. Ebenso kann dies aber auch eine längere Strecken der Leiteranordnung oder auf deren gesamter Länge aufgebrachte Struktur aus ferromagnetischem Material sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zur Symmetrierung elektrischer Signale eine Leitung aus zwei parallel geführten Leitern vorgesehen. Bei den parallel geführten Leitern ergibt sich eine Verkopplungen elektrischer und magnetischer Felder. Dadurch wird eine Symmetrierwirkung erreicht. Durch eine entsprechende Ausgestaltung unter Berücksichtigung der Geometrie und des Dielektrikums lässt sich eine Anpassung an den Wellenwiderstand der Leiteranordnung erreichen. Somit verursacht die Symmetrieeinrichtung keine zusätzlichen Reflexionen und Störungen auf der Leiteranordnung.
Eine andere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur Symmetrierung mindestens ein Übertrager, vorzugsweise ein Balun oder Guanella vorgesehen ist. Derartige Symmetrierelemente sind beispielsweise in Meinke, Gundlach, "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", Springer-Verlag, Berlin, 1968, insbesondere auf S. 398 offenbart.
Besonders vorteilhaft ist die Ausführung von Symmetrierelementen in Form einer flexiblen Leiterplatte, welche zwei parallel zueinander angeordnete Leiter aufweist, die zu einer Spule aufgewickelt ist. Dabei wird die flexible Leiterplatte, ähnlich wie eine Leitung zu einer Spule aufgewickelt.
Weiterhin ist die Ausführung der Spulen in planaren Leiterplattentechniken besonders vorteilhaft. Hier können insbesondere durch den Einsatz von Mehrlagen- Techniken besonders platzsparende Bauteile realisiert werden. Vorteilhafter Weise wird eine spiralförmige Leiterführung mindestens zweier paralleler Leiterbahnen auf unterschiedlichen Lagen der Leiterplatte gewählt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist mindestens eine Spule einen Kern aus ferromagnetischem Material auf.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht mindestens einen Sender vor, welcher eine symmetrische Ausgangstufe zur Erzeugung symmetrischer Ausgangsignale aufweist. Hierbei erfolgt die Symmetrierung bevorzugt durch aktive Mittel, wie beispielsweise Differenzverstärker.

Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
Fig. 1 zeigt in allgemeiner Form schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.
Fig. 2 zeigt eine Leiteranordnung mit Mitteln zur Symmetrierung aus Ferritmaterial.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer Leiteranordnung nach Fig. 2 in der Draufsicht.
Fig. 4 zeigt einen einfaches Mittel zur Symmetrierung in Form einer Leiterplatte mit zwei parallelen Leiterbahnen.
Fig. 5 zeigt ein besonders vorteilhaft des Mittel zur Symmetrierung mit spiralförmiger Leiteranordnung.
Fig. 6 zeigt die Anordnung eines Mittels zur Symmetrierung in Bezug zur Leiteranordnung.
Fig. 7 zeigt eine Anordnung es Mittels zur Symmetrierung zwischen Sender und Leiteranordnung.
Fig. 8 zeigt eine besonders vorteilhafte Anordnung eines Senders
Fig. 9 zeigt die Anordnung eines ferromagnetischem Materials entlang der Leiteranordnung.
Fig. 10 zeigt eine besonders Platz sparende Anordnung eines ferromagnetischem Materials entlang der Leiteranordnung.
In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung beispielhaft abgebildet. Ein Sender (10) speist elektrische Signale in die Leiteranordnung (11a, 11b, 11c, 11d) ein. Gegenüber der Leiteranordnung und dem damit verbundenen Sender (10) ist der Empfänger (12) beweglich angeordnet. Zwischen den einzelnen Abschnitten der Leiteranordnung sind Mittel zur Symmetrierung (13a, 13b, 13c) vorgesehen. Diese Symmetrierung dass entlang der Leiteranordnung geführte Signal.
Die relative Bewegung erfolgt auf vorgegebenen Bahnen. Derartige Bahnen können beispielsweise linear oder auch kreisförmig sein. Die Leiteranordnung (11a, 11b, 11c, 11d) ist entlang mindestens einer dieser Bahnen der Bewegung angeordnet, so dass an jedem Punkt der Bewegung, an dem Signale übertragen werden sollen nur eine kurze Distanz zwischen der Leiteranordnung (11a, 11b, 11c, 11d) und dem Empfänger (12) besteht. Typischerweise liegen die Distanzen in einem Bereich von 0.1 mm bis ca. 10 mm. Ein direkter Kontakt mit einer Distanz von 0 ist möglich. Hierbei liegt der Fall einer galvanischen Übertragung vor. Um hier eine hohe Lebensdauer des Kontaktsystems zu erhalten, ist es notwendig, die Oberflächen besonders zu gestalten. Im Normalfall ist jedoch eine kontaktlose und damit verschleißarme Übertragung erwünscht. Größere Abstände als ca. 10 mm sind nicht ausgeschlossen, aber in den meisten Fällen unerwünscht, da die Abstrahlung der gesamten Leiteranordnung derart niedrig sein soll, dass keine Störung bzw. Beeinflussungen anderer Geräteteile bzw. Geräte erfolgt. Daher ist das Übertragungssystem gezielt so ausgelegt, dass das elektromagnetische Fernfeld der Leiteranordnung möglichst gering und im Idealfall gleich Null ist.
Die Fig. 2 zeigt beispielhaft eine besonders einfache Ausführungsform einer Leiteranordnung (11). Hierbei sind in vorgegebenen Abständen Mittel zur Symmetrierung (13a, 13b, 13c) angeordnet. Dies sind vorteilhafter Weise ferromagnetische Bauteile, wie beispielsweise Ferritkerne. Um hier eine Bewegung des Empfängers (12) in unmittelbarer Nähe zu Leiteranordnung zu ermöglichen sind die Mittel zur Symmetrierung abgesenkt.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer Anordnung mit Ferritkernen in der Draufsicht. Die Leiteranordnung (11) weist beispielsweise einen ersten Leiter (1a) sowie einen zweiten Leiter (1b) auf. Als Mittel zur Symmetrierung ist ein Ferritkern (14) (hier im Schnitt dargestellt) vorgesehen, welcher die beiden Leiter umschließt. Dieser Ferritkern könnte beispielsweise ein Ringkern oder ein Kern mit rechteckigem Querschnitt sein. Um den Platzbedarf zu verringern und die Verkopplung der beiden Leiter zu erhöhen weisen die Leiter an der Stelle des Ferritkernes einen geringeren Querschnitt auf. Selbstverständlich kann der Querschnitt auch unverändert bleiben.
In Fig. 4 ist eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung eines Mittels zur Symmetrierung elektrischer Signale dargestellt. Eine Leiterstruktur (1) besteht aus einem symmetrisch angeordneten Leiterpaar, umfassend einen ersten Leiter (1a) sowie einen zweiten Leiter (1b), welche durch ein Dielektrikum (3) von einer Bezugsfläche (2) beabstandet sind. Eine solche Leiteranordnung selbst hat bereits eine gewisse symmetrierende Wirkung, welche beispielsweise durch aufwickeln auf einen Ferritkern, vorzugsweise einen Ringkern wesentlich verstärkt werden kann. Hierzu wird die Leiterstruktur vorteilhafterweise mit kleiner Geometrie gefertigt. Bewährt hat sich beispielsweise eine gesamte Breite von zwei Millimetern. Unterhalb der Bezugsfläche (2) kann eine zusätzliche Lage aus ferromagnetischem Material vorgesehen sein, um die Symmetrierwirkung zu verbessern. Ebenso kann bei einer solchen Anordnung eine zweite, hier nicht dargestellte Bezugsfläche oberhalb des ersten und zweiten Leiters angebracht sein. Damit sind die Leiter vollständig geschirmt angeordnet. In diesem Fall kann auch eine zweite Lage aus ferromagnetischem Material oberhalb der Leiter vorgesehen werden. Selbstverständlich kann die komplette Leiterstruktur auch von ferromagnetischem Material umschlossen werden.
In Fig. 5 ist eine andere vorteilhafte Ausgestaltung eines Mittels zur Symmetrierung dargestellt. Hierin wird eine Anordnung aus mehreren Leitern, vorzugsweise zwei Leitern, parallel auf verschiedenen Lagen eines Trägers (6) angeordnet, spiralförmig aufgewickelt. Ein optionaler Ferritkern kann zur Erhöhung der Induktivität bzw. Symmetrierwirkung eingesetzt werden. In der grafischen Darstellung ist nur eine erster Leiter (1a) auf der obersten Lage sichtbar. Die Kontaktierung dieser Anordnung kann wahlweise durch Drahtstifte oder auch eine senkrecht zum Träger stehende Leiterplatte erfolgen. Vorzugsweise ist die Länge der Leiter wesentlich kleiner als die kleinste Wellenlänge des zu übertragenden Signals zu gestalten. Daher wird diese Art eines mittels zur Symmetrierung in miniaturisierter Technik, beispielsweise in Feinstleitertechnik, durch Laserschneiden, Sputtering oder als Mikrostruktur ausgeführt.
Fig. 6 zeigt eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung. Es wird eine Leiteranordnung, bei der die (hier nicht dargestellten Leiter) auf einem Träger (6) angebracht sind, eingesetzt. Als Dielektrikum (3) zwischen den Leitern und der Bezugsfläche ist beispielsweise Luft oder aber auch jedes andere Dielektrikum, wie beispielsweise die bekannten Kunststoffe einsetzbar. Innerhalb des Dielektrikums ist mindestens ein Mittel zur Symmetrierung (13) angeordnet.
Fig. 7 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Anordnung, bei der ein Mittel zur Symmetrierung (13) unmittelbar zwischen einem Sender (10), welcher bevorzugt schon selbst ein symmetrisches Ausgangssignal liefert, und der Leiteranordnung (11) umfassend mindestens einen ersten Leiter (1a) sowie einen zweiten Leiter (1b) angeordnet ist. Die beiden Leiter bestehen hier beispielsweise aus einer Struktur mit einzelnen Resonatoren. Selbstverständlich kann auch jede andere denkbare Leiterstruktur, beispielsweise in Streifenleitungstechnik eingesetzt werden. Derartige Mittel zur Symmetrierung können auch im weiteren Verlauf der Leiteranordnung eingesetzt werden.
In Fig. 8 ist eine besonders vorteilhafte Art der Anordnung eines Senders (10), welcher auf einer Leiterplatte (15) angeordnet ist, dargestellt. Ein erster Leiter (1a) sowie ein zweiten Leiter (1b) sind auf einem Träger (6) angeordnet. Ferner ist eine Bezugsfläche (2) vorgesehen, welche elektrisch leitend ist. Zwischen Bezugsfläche und den Leitern ist mindestens ein Dielektrikum (3) vorgesehen. Die Leiterplatte (15) ist im Raum des Dielektrikums angeordnet. Durch diese Anordnung lassen sich besonders kurze und symmetrische Leiterwege realisieren. Eine Signalzuführung zum Sender erfolgt mittels einer Leitung (16).
In Fig. 9 ist eine besonders zweckmäßige Anordnung im Schnitt dargestellt, bei welcher das Ferritmaterial entlang der Leiterstruktur angeordnet ist. Somit ergibt sich eine kontinuierliche Symmetrierung des Signals. Wesentlich hierbei ist, dass der überwiegende Teil des magnetischen Feldes um die beiden Leiter herumgeführt wird und nicht durch diese verläuft. Eine solche Führung des Magnetfelds kann durch die auf beiden Seiten der Leiterstruktur überstehenden Schenkel erreicht werden. Selbstverständlich kann auch eine planare Fläche aus Ferritmaterial ohne überstehende Schenkel an der Rückseite der Leiterstruktur angeordnet werden. Allerdings ist hier die Symmetrierungswirkung geringer. Vorzugsweise ist noch zwischen dem Dielektrikum (3) und dem Ferritmaterial (14) eine elektrische Bezugsfläche (2) vorgesehen.
In Fig. 10 ist eine besonders platzsparende Anordnung analog zu Fig. 9 dargestellt. Bezugszeichenliste 1 Leiterstruktur
1a erster Leiter
1b zweiter Leiter
2 Bezugsfläche
3 Dielektrikum
6 Träger
10 Sender
11 Leiteranordnung
12 Empfänger
13 Mittel zur Symmetrierung
14 Ferritkern, Ferritmaterial
15 Leiterplatte
16 Leitung

Claims

1. Vorrichtung zur Signalübertragung zwischen entlang vorgegebenen Bahnen beweglichen Einheiten umfassend

- mindestens einen Sender (10) zur Erzeugung elektrischer Signale

- mindestens eine Leiteranordnung (11) zur Führung mindestens eines der elektrischen Signale entlang der Bahn der Bewegung

- mindestens einen Empfänger (12) zur Auskopplung elektrischer Signale aus der Leiteranordnung

dadurch gekennzeichnet, dass im Verlauf der Leiteranordnung Mittel zur Symmetrierung elektrischer Signale vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Mittel zur Symmetrierung elektrischer Signale zwischen mindestens einem Sender und der Leiteranordnung vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Mittel zur Symmetrierung elektrischer Signale zwischen der Leiteranordnung und mindestens einem Empfänger vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteranordnung symmetrisch ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteranordnung eine elektrisch leitende Bezugsfläche umfasst, und weiterhin mindestens ein Dielektrikum zwischen Signalleitern und Bezugsfläche vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sender bzw. Mittel zur Symmetrierung elektrischer Signale in unmittelbarer Nähe der Leiteranordnung angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Symmetrierung elektrischer Signale in die Leiteranordnung selbst integriert sind.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Symmetrierung elektrischer Signale sowie die Leiteranordnung selbst in eine mehrlagige Leiterplatte integriert sind.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche passive Elemente wie ferromagnetische Bauelemente an der Leiteranordnung angeordnet sind.

10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Symmetrierung elektrischer Signale eine Leitung aus zwei parallel geführten Leitern vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Symmetrierung elektrischer Signale ein Übertrager mit symmetrierender Wirkung, vorzugsweise ein Balun oder Guanella vorgesehen ist.

12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Mittel zur Symmetrierung vorhanden ist, welches zwei parallel zueinander angeordnete Leiter aufweist, die zu einer Spule aufgewickelt sind.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Spule in planarer Leiterplattentechnik vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Spule mit einen Kern aus ferromagnetischem Material vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sender mit einer symmetrischen Ausgangsstufe zur Abgabe symmetrischer Signale vorgesehen ist.