EP1516438A1 - Device for the wideband electrical connection of two units which can be displaced in relation to each other - Google Patents

Device for the wideband electrical connection of two units which can be displaced in relation to each other

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Publication number
EP1516438A1
EP1516438A1 EP03756947A EP03756947A EP1516438A1 EP 1516438 A1 EP1516438 A1 EP 1516438A1 EP 03756947 A EP03756947 A EP 03756947A EP 03756947 A EP03756947 A EP 03756947A EP 1516438 A1 EP1516438 A1 EP 1516438A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductor arrangement
conductor
electrical signals
balancing
arrangement
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03756947A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Harry Schilling
Georg Lohr
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schleifring und Apparatebau GmbH
Original Assignee
Schleifring und Apparatebau GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Schleifring und Apparatebau GmbH filed Critical Schleifring und Apparatebau GmbH
Publication of EP1516438A1 publication Critical patent/EP1516438A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H04B5/28—

Definitions

  • the invention relates to a device for transmitting electrical signals or energy between a plurality of mutually movable units.
  • the term conductor structures refers to all conceivable forms of conductor structures which are suitable for carrying electrical signals.
  • the signals are coupled out in the near field of the conductor structure.
  • the signal should be extracted only in the area of the second unit.
  • a further signal transmission in other areas of the conductor structure is usually undesirable since the broadband signals can lead to interference in other parts of the device or devices.
  • Leakage lines as described for example in US Pat. No. 5,936,203, cannot be used for this type of conductor structure. Leakage lines are specifically designed to radiate a certain proportion of the guided radio frequency energy to the outside over the entire length. This is exactly what should be avoided here.
  • Contacting signal extraction is also technically similar to contactless signal extraction.
  • contactless decoupling is usually preferred because it is more reliable and maintenance-free.
  • the conductor structures described here can be made either contacting or contactless.
  • adjustments are possible according to the transfer task.
  • a conductor structure for contacting transmission can have a particularly highly conductive surface, for example with a silver coating.
  • a conductor structure for contactless transmission can be provided with a lacquer layer on the surface as a corrosion protection.
  • the basic principles for designing the conductor structures are identical.
  • a special embodiment of a contacting transmission device is described in US Pat. No. 5,208,581. An asymmetrical conductor system is also described here.
  • the geometry here is symmetrical, but the conductor system is fed with an asymmetrical signal.
  • the signal flow takes place via the middle conductor from the transmitter to the receiver and partly via one or both outer conductors or the computer tomography system itself.
  • the reference surface here is the device itself.
  • the geometry of the reference surface is not clearly symmetrical here. Due to the unbalanced signals with a not clearly defined signal path and the undefined reference area, this system emits high RF power. Even with data rates of 50 Mbaud, the current EMC standards can no longer be met without additional, expensive shielding.
  • the conductor arrangements used here for transmission are usually strip lines or conductor Structures built using double-sided circuit boards.
  • a glass fiber reinforced plastic is usually used as the carrier and dielectric.
  • This carrier is provided on one side with a continuous conductor surface as an electrical reference surface or ground and on the other side with a strip-shaped conductor or the conductor structure.
  • the signal level of the transmitter cannot normally be increased arbitrarily. Despite high symmetry, there is always little radiation. With higher symmetry, the radiation becomes lower and the signal levels can be increased further. At high bandwidth and data rates in the range of a few 100 MHz to 'several GHz no longer negligible attenuation and distortion of the signals occur. At usual conductor materials and a frequency of 1 GHz, attenuations of the order of 10 dB per meter were measured. With long lengths, this leads to unacceptable damping. In addition, there is an increased risk of asymmetries, since the dielectric cannot be manufactured symmetrically or homogeneously.
  • the object is to design a broadband and cost-effective device for signal transmission which, based on a conductor arrangement with conductors or conductor structures, has high immunity to interference or low interference radiation.
  • a device for signal transmission comprises at least one transmitter which generates the electrical signals to be transmitted and feeds them into a conductor arrangement. At least one such conductor arrangement is arranged along the path of the movement and carries the signals fed in by the transmitter. At least one receiver, which is movable relative to the transmitter and conductor arrangement, is used to decouple the signals from the conductor arrangement. Depending on the application, a transmitter can also feed several conductor arrangements. A conductor arrangement can also be fed by several transmitters. Furthermore, it is possible to use any number of receivers for decoupling signals on a conductor arrangement.
  • Means for balancing electrical signals are provided. These means of symmetrization increase the electrical rical symmetry of signals carried in the conductor arrangement. If the symmetry of electrical signals when passing through the conductor arrangement is reduced by asymmetries of the conductor arrangement, it can be increased again by means of symmetrization according to the invention. This increased symmetry of the signals in turn enables increased immunity to interference or reduced interference radiation. Means according to the invention for balancing allow symmetrical signals or signal components to pass through on the conductor arrangement and dampen asymmetrical signals or signal components.
  • the interference immunity is increased by damping external interference signals, which are preferably coupled into the conductor arrangement as asymmetrical signals (common mode signals), by means of the balancing means.
  • the radiation is reduced due to the fact that preferably symmetrical in the conductor structure
  • a conductor arrangement comprises at least one conductor structure in which electrical signals can be carried.
  • Such a conductor structure contains one or more conductors made of a material that is preferably highly conductive.
  • a conductor arrangement preferably contains a conductor structure composed of two symmetrically arranged conductors which are fed with symmetrical signals.
  • conductor structures in asymmetrical designs or with several conductors can also be used. see two-wire system only worse values of immunity or radiation can be achieved.
  • additional means for balancing electrical signals between at least one transmitter and the conductor arrangement are provided.
  • Such additional means for balancing can already feed a well-balanced electrical signal into the conductor arrangement.
  • the requirements for the means for symmetrization in the course of the conductor arrangement are lower, or a higher symmetry of the signal can be achieved.
  • additional means for balancing electrical signals between the conductor arrangement and at least one receiver are provided.
  • Such additional means for balancing the conductor arrangement and at least one receiver can reduce the level of unbalanced interference (common mode signals). This increases the interference immunity of the receiver.
  • Another advantageous embodiment of the invention provides for a symmetrical design of the conductor arrangement.
  • an embodiment of the transmission device according to the invention is also possible with an asymmetrical conductor arrangement in which means for balancing electrical signals are provided at preferably small intervals. This makes it possible to create a symmetrical one even over longer distances Get signal. However, it is much cheaper to choose a symmetrical design of the conductor arrangement from the outset. This means that the requirements for the means of symmetrization are significantly lower. It can also be used to achieve a much more symmetrical signal.
  • a conductor arrangement comprises at least one electrically conductive reference surface assigned to each conductor structure. At least one dielectric for isolating the conductor structure and the reference surface is located between the conductor structure and the reference surface.
  • a dielectric optionally has a high degree of homogeneity or a high degree of symmetry with respect to the electrical center of the longitudinal axis of the conductor structure.
  • the concept of symmetry here refers to a symmetry of the electric field. Starting from the electrical center of the conductor structure, the electrical field lines should run symmetrically. This can be achieved, for example, with a mirror-symmetrical arrangement.
  • the layer sequence of the dielectric can be different for the conductors if the total dielectric constants are the same on both sides and the areas are the same size.
  • the symmetry of the electric field is related to an equipotential surface with a potential which - lo ⁇
  • the ladder structure is usually open on one side towards the free space.
  • the receivers are connected from this side.
  • the opposite side and optionally also its boundary are closed off by surfaces that are as symmetrical as possible with a conductive surface.
  • transmitters or balancing elements are attached in the immediate vicinity of the conductor arrangement. This can minimize additional interference. A possible mismatch can also be minimized with this. Furthermore, a particularly space-saving construction can be achieved in this way.
  • Another embodiment of the invention provides that the means for balancing are integrated into the conductor arrangement itself.
  • This integration enables a simpler structure with lower manufacturing costs.
  • the integration takes place by means of multilayer printed circuit board technology. In this way, elements of the conductor arrangement and elements for symmetrization can be attached to different conductor layers.
  • additional elements such as, for example, ferromagnetic elements, are applied to the conductor arrangement itself.
  • These can optionally be individual discrete ferromagnetic elements which are applied to the conductor arrangement at specific intervals. Likewise, however, this can also be a longer distance of the conductor arrangement or a structure made of ferromagnetic material applied over its entire length.
  • a line consisting of two conductors which are routed in parallel is provided for balancing electrical signals.
  • the conductors run in parallel result in a coupling of electrical and magnetic fields. A balancing effect is thereby achieved.
  • Appropriate configuration taking into account the geometry and the dielectric, allows adaptation to the characteristic impedance of the conductor arrangement. The symmetry device thus does not cause any additional reflections and interference on the conductor arrangement.
  • At least one transformer preferably a balun or guanella
  • at least one transformer is provided for the balancing.
  • Symmetry elements are disclosed, for example, in Meinke, Gundlach, “Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", Springer-Verlag, Berlin, 1968, in particular on p. 398.
  • symmetry elements in the form of a flexible printed circuit board which has two conductors arranged parallel to one another and which is wound up into a coil.
  • the flexible printed circuit board is wound up like a cable to form a coil.
  • the design of the coils in planar printed circuit board technologies is particularly advantageous.
  • Particularly space-saving components can be realized here in particular through the use of multi-layer techniques.
  • a spiral-shaped conductor routing of at least two parallel conductor tracks on different layers of the circuit board is advantageously selected.
  • At least one coil has a core made of ferromagnetic material.
  • Another embodiment of the invention provides at least one transmitter which has a symmetrical output stage for generating symmetrical output signals.
  • the balancing is preferably carried out by active means, such as difference amplifiers.
  • FIG. 1 shows, in general form, a device according to the invention schematically.
  • Fig. 2 shows a conductor arrangement with means for balancing ferrite material.
  • FIG. 3 shows a section of a conductor arrangement according to FIG. 2 in a top view.
  • Fig. 4 shows a simple means for balancing in the form of a printed circuit board with two parallel conductor tracks.
  • Fig. 5 shows a particularly advantageous of the means for balancing with a spiral conductor arrangement.
  • FIG. 6 shows the arrangement of a means for symmetrization in relation to the conductor arrangement.
  • FIG. 8 shows a particularly advantageous arrangement of a transmitter
  • Fig. 9 shows the arrangement of a ferromagnetic material along the conductor arrangement.
  • FIG. 10 shows a particularly space-saving arrangement of a ferromagnetic material along the conductor arrangement.
  • a device according to the invention is shown by way of example in FIG. 1.
  • a transmitter (10) feeds electrical signals into the conductor arrangement (11a, 11b, 11c, lld).
  • the receiver (12) is movably arranged in relation to the conductor arrangement and the transmitter (10) connected to it.
  • Means for symmetrization (13a, 13b, 13c) are provided between the individual sections of the conductor arrangement. This balancing means that the signal is routed along the conductor arrangement.
  • the relative movement takes place on predefined paths.
  • Such tracks can be linear or circular, for example.
  • the conductor arrangement (11a, 11b, 11c, lld) is along at least one of these tracks
  • Movement arranged so that there is only a short distance between the conductor arrangement (11a, 11b, 11c, lld) and the receiver (12) at each point of the movement at which signals are to be transmitted.
  • the distances are typically in a range from 0.1 mm to approx. 10 mm. Direct contact with a distance of 0 is possible. This is the case with galvanic transmission.
  • it is necessary to design the surfaces in a special way. Normally, however, a contactless and thus low-wear transmission is desirable.
  • There are larger distances than approx. 10 mm not excluded, but undesirable in most cases, since the radiation of the entire conductor arrangement should be so low that there is no interference or interference with other device parts or devices. Therefore, the transmission system is specifically designed so that the electromagnetic far field of the conductor arrangement is as small as possible and ideally zero.
  • Means for symmetrization (13a, 13b, 13c) are arranged at predetermined intervals. These are advantageously ferromagnetic components, such as ferrite cores. In order to enable movement of the receiver (12) in the immediate vicinity of the conductor arrangement, the means for balancing are lowered.
  • Fig. 3 shows a section of an arrangement with ferrite cores in a top view.
  • a ferrite core (14) (shown here in section) is provided as a means of balancing, which surrounds the two conductors.
  • This ferrite core could, for example, be a ring core or a core with a rectangular cross section.
  • the conductors have a smaller cross section at the location of the ferrite core.
  • the cross section can also remain unchanged. 4 shows a particularly advantageous embodiment of a means for balancing electrical signals.
  • a conductor structure (1) consists of a symmetrically arranged pair of conductors, comprising a first conductor (la) and a second conductor (lb), which are spaced apart from a reference surface (2) by a dielectric (3).
  • a conductor arrangement itself already has a certain symmetrizing effect, which can be significantly strengthened, for example, by winding it onto a ferrite core, preferably a ring core.
  • the conductor structure is advantageously manufactured with a small geometry. For example, an overall width of two millimeters has proven effective.
  • An additional layer of ferromagnetic material can be provided below the reference surface (2) in order to improve the symmetry effect.
  • a second reference surface can be attached above the first and second conductors. This means that the conductors are completely shielded.
  • a second layer of ferromagnetic material can also be provided above the conductor.
  • the complete conductor structure can also be enclosed by ferromagnetic material.
  • FIG. 5 shows another advantageous embodiment of a means for balancing.
  • an arrangement of several conductors preferably two conductors, is arranged in parallel on different layers of a carrier (6), wound in a spiral.
  • An optional ferrite core can be used to increase the inductance or balancing effect.
  • a first ladder (la) is visible on the top layer.
  • This arrangement can be contacted either by wire pins or a circuit board perpendicular to the support.
  • the length of the conductors is preferably to be made substantially smaller than the smallest wavelength of the signal to be transmitted. For this reason, this type of device is used for balancing in miniaturized technology, for example in fine conductor technology, by laser cutting, sputtering or as a microstructure.
  • a conductor arrangement in which the conductors (not shown here) are attached to a carrier (6) is used.
  • the dielectric (3) between the conductors and the reference surface can be, for example, air or any other dielectric, such as the known plastics.
  • At least one symmetrizing means (13) is arranged within the dielectric.
  • FIG. 7 shows a perspective view of an arrangement in which a means for balancing (13) directly between a transmitter (10), which preferably already delivers a symmetrical output signal, and the conductor arrangement (11) comprising at least one first conductor (la) and a second conductor (lb) is arranged.
  • the two conductors consist of a structure with individual ones
  • Resonators Of course, any other conceivable conductor structure, for example in strip lines tion technology can be used. Such balancing means can also be used in the further course of the conductor arrangement.
  • a first conductor (la) and a second conductor (lb) are arranged on a carrier (6).
  • a reference surface (2) is also provided, which is electrically conductive.
  • At least one dielectric (3) is provided between the reference surface and the conductors.
  • the circuit board (15) is arranged in the space of the dielectric. This arrangement enables particularly short and symmetrical conductor paths to be implemented.
  • a signal is fed to the transmitter by means of a line (16).
  • FIG. 9 shows a particularly expedient arrangement in section, in which the ferrite material is arranged along the conductor structure. This results in a continuous balancing of the signal. It is essential here that the major part of the magnetic field is led around the two conductors and does not run through them. Such a guidance of the magnetic field can be achieved by the legs protruding on both sides of the conductor structure. Of course, a planar surface made of ferrite material without protruding legs can also be arranged on the back of the conductor structure. However, the symmetrization effect is less here.
  • FIG. 10 shows a particularly space-saving arrangement analogous to FIG. 9.

Abstract

The invention relates to a device for transmitting signals between units which can be displaced along pre-determined paths. Said device comprises at least one transmitter for producing electrical signals, at least one conductor configuration for guiding the electrical signals along the path of displacement, and at least one receiver for decoupling electrical signals from a conductor configuration. Means for balancing the electrical signals are provided in the conductor configuration, in order to reduce the interference radiation or interference sensitivity.

Description

Vorrichtung zur breitbandigen elektrischen Verbindung zweier gegeneinander beweglicher Einheiten Device for broadband electrical connection of two mutually movable units
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Übertragung elektrischer Signale bzw. Energie zwischen mehreren gegeneinander beweglichen Einheiten.The invention relates to a device for transmitting electrical signals or energy between a plurality of mutually movable units.
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.For the sake of clarity, no distinction is made in this document between the transmission between mutually movable units and a stationary and movable units, since this is only a question of location and has no influence on the functioning of the invention. Likewise, no further distinction is made between the transmission of signals and energy, since the mechanisms of action are the same here.
Stand der TechnikState of the art
Bei linear beweglichen Einheiten wie Kran- und Förder- anlagen 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 Offenle- gungsschrift DE 44 12 958 AI 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 vonIn the case of linearly movable units such as cranes and conveyor systems and also in the case of rotatable units such as radar systems or computer tomographs, it is necessary to transmit electrical signals or energy between units which are movable relative to one another. A device suitable for this is described in German laid-open specification DE 44 12 958 AI. The signal to be transmitted is here in a strip line of the first unit, which is arranged along the path of the movement of the mutually movable units, fed. The signal is tapped from the second unit by means of capacitive or inductive coupling. An improved device for transmission, as described for example in WO 98/29919, is based on a special conductor structure which at the same time has filter properties. With such structures, extremely broadband transmission systems in the range from a few MHz to GHz can be implemented. In the following explanations, the term conductor structures refers to all conceivable forms of conductor structures which are suitable for carrying electrical signals. The signals are coupled out in the near field of the conductor structure. Ideally, the signal should be extracted only in the area of the second unit. In contrast to the known leakage lines, a further signal transmission in other areas of the conductor structure is usually undesirable since the broadband signals can lead to interference in other parts of the device or devices. The construction and dimensioning principles of
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.Leakage lines, as described for example in US Pat. No. 5,936,203, cannot be used for this type of conductor structure. Leakage lines are specifically designed to radiate a certain proportion of the guided radio frequency energy to the outside over the entire length. This is exactly what should be avoided here.
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 Korrosions- schütz 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.Contacting signal extraction is also technically similar to contactless signal extraction. However, contactless decoupling is usually preferred because it is more reliable and maintenance-free. The conductor structures described here can be made either contacting or contactless. Of course, adjustments are possible according to the transfer task. For example, a conductor structure for contacting transmission can have a particularly highly conductive surface, for example with a silver coating. In contrast to this, a conductor structure for contactless transmission can be provided with a lacquer layer on the surface as a corrosion protection. In these cases, however, the basic principles for designing the conductor structures are identical. A special embodiment of a contacting transmission device is described in US Pat. No. 5,208,581. An asymmetrical conductor system is also described here. The geometry here is symmetrical, but the conductor system is fed with an asymmetrical signal. The signal flow takes place via the middle conductor from the transmitter to the receiver and partly via one or both outer conductors or the computer tomography system itself. The reference surface here is the device itself. The geometry of the reference surface is not clearly symmetrical here. Due to the unbalanced signals with a not clearly defined signal path and the undefined reference area, this system emits high RF power. Even with data rates of 50 Mbaud, the current EMC standards can no longer be met without additional, expensive shielding.
Die hier zur Übertragung verwendeten Leiteranordnungen sind üblicherweise als Streifenleitungen bzw. Leiter- Strukturen 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.The conductor arrangements used here for transmission are usually strip lines or conductor Structures built using double-sided circuit boards. A glass fiber reinforced plastic is usually used as the carrier and dielectric. This carrier is provided on one side with a continuous conductor surface as an electrical reference surface or ground and on the other side with a strip-shaped conductor or the conductor structure.
Zu den schwierigsten technischen Probleme bei derarti- gen 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 beiOne of the most difficult technical problems with such transmission systems is achieving high immunity to interference and low radiation. In order to achieve particularly low-interference signal transmission, for example, two lines or conductor structures running in parallel are fed symmetrically with a difference signal. This will at least
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 Stδrfestigkeit ist die Symmetrie der gesamten Anordnung.Conductor spacings that are smaller than the wavelength make the far field approximately zero. This means that only very little energy is emitted. In the opposite case, the same signal is generated in both conductors in the event of undesired coupling of electromagnetic waves from the outside. This can now be filtered out by a receiving circuit with high common mode rejection. The symmetry of the entire arrangement is essential for high immunity to interference.
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 Unsym etrien, da das Dielektrikum nicht beliebig symmetrisch bzw. homogen fertigbar ist.In order to increase the immunity to interference, the signal level of the transmitter cannot normally be increased arbitrarily. Despite high symmetry, there is always little radiation. With higher symmetry, the radiation becomes lower and the signal levels can be increased further. At high bandwidth and data rates in the range of a few 100 MHz to 'several GHz no longer negligible attenuation and distortion of the signals occur. At usual conductor materials and a frequency of 1 GHz, attenuations of the order of 10 dB per meter were measured. With long lengths, this leads to unacceptable damping. In addition, there is an increased risk of asymmetries, since the dielectric cannot be manufactured symmetrically or homogeneously.
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 . A solution that avoids these problems from the outset is given in US Pat. No. 5,287,117. Herein the conductor arrangement is replaced by several small antenna segments. These can be made on small area printed circuit boards with high quality materials. The supply over long distances can be achieved with high-quality coaxial cables with high shielding and low attenuation. However, here too, the large number of antenna segments results in a high use of materials and, in particular, a high outlay on assembly, which leads to high production costs.
Darstellung der ErfindungPresentation of the invention
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.The object is to design a broadband and cost-effective device for signal transmission which, based on a conductor arrangement with conductors or conductor structures, has high immunity to interference or low interference radiation.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den in den unab- hängigen Ansprüchen angegebenen Mitteln gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen weiteren Ansprüche .The object is achieved according to the invention with the means specified in the independent claims. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent further claims.
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.A device for signal transmission according to the invention comprises at least one transmitter which generates the electrical signals to be transmitted and feeds them into a conductor arrangement. At least one such conductor arrangement is arranged along the path of the movement and carries the signals fed in by the transmitter. At least one receiver, which is movable relative to the transmitter and conductor arrangement, is used to decouple the signals from the conductor arrangement. Depending on the application, a transmitter can also feed several conductor arrangements. A conductor arrangement can also be fed by several transmitters. Furthermore, it is possible to use any number of receivers for decoupling signals on a conductor arrangement.
Erfindungsgemäß sind im Verlauf der LeiteranordnungAccording to the invention are in the course of the conductor arrangement
Mittel zur Symmetrierung elektrischer Signale vorgesehen. Diese Mittel zur Symmetrierung erhöhen die elekt- rische 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 erfin- dungsgemäße 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.Means for balancing electrical signals are provided. These means of symmetrization increase the electrical rical symmetry of signals carried in the conductor arrangement. If the symmetry of electrical signals when passing through the conductor arrangement is reduced by asymmetries of the conductor arrangement, it can be increased again by means of symmetrization according to the invention. This increased symmetry of the signals in turn enables increased immunity to interference or reduced interference radiation. Means according to the invention for balancing allow symmetrical signals or signal components to pass through on the conductor arrangement and dampen asymmetrical signals or signal components.
Eine Erhöhung der Störfestigkeit ergibt sich dadurch, dass externe Storsignale, welche bevorzugt als unsymmetrische Signale (Gleichtaktsignale) in die Leiteranordnung eingekoppelt werden, durch die Mittel zur Symmetrierung gedämpft werden.The interference immunity is increased by damping external interference signals, which are preferably coupled into the conductor arrangement as asymmetrical signals (common mode signals), by means of the balancing means.
Eine Verringerung der Abstrahlung ergibt sich dadurch, dass in der Leiterstruktur bevorzugt symmetrischeThe radiation is reduced due to the fact that preferably symmetrical in the conductor structure
Signale (Gegentaktsignale) geführt werden, welche nur zu geringen Abstrahlungen führen.Signals (push-pull signals) are carried, which only lead to low emissions.
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 wer- den. Alternativ sind auch Leiterstrukturen in unsymmetrischen Ausführungen bzw. mit mehreren Leitern einsetzbar, allerdings sind hier im Vergleich zum symmetri- sehen Zweileitersystem nur schlechtere Werte der Störfestigkeit bzw. der Abstrahlung erzielbar.A conductor arrangement comprises at least one conductor structure in which electrical signals can be carried. Such a conductor structure contains one or more conductors made of a material that is preferably highly conductive. A conductor arrangement preferably contains a conductor structure composed of two symmetrically arranged conductors which are fed with symmetrical signals. As an alternative, conductor structures in asymmetrical designs or with several conductors can also be used. see two-wire system only worse values of immunity or radiation can be achieved.
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 Leiteran- Ordnung 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 a particularly advantageous embodiment of the invention, additional means for balancing electrical signals between at least one transmitter and the conductor arrangement are provided. Such additional means for balancing can already feed a well-balanced electrical signal into the conductor arrangement. As a result, the requirements for the means for symmetrization in the course of the conductor arrangement are lower, or a higher symmetry of the signal can be achieved.
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 Leiteran- Ordnung und mindestens einem Empfänger können unsymmetrische Störungen (Gleichtaktsignale) im Pegel reduziert werden. Dadurch erhöht sich die Störfestigkeit des Empfängers .In another advantageous embodiment of the invention, additional means for balancing electrical signals between the conductor arrangement and at least one receiver are provided. Such additional means for balancing the conductor arrangement and at least one receiver can reduce the level of unbalanced interference (common mode signals). This increases the interference immunity of the receiver.
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 vorzugs- weise 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.Another advantageous embodiment of the invention provides for a symmetrical design of the conductor arrangement. In principle, an embodiment of the transmission device according to the invention is also possible with an asymmetrical conductor arrangement in which means for balancing electrical signals are provided at preferably small intervals. This makes it possible to create a symmetrical one even over longer distances Get signal. However, it is much cheaper to choose a symmetrical design of the conductor arrangement from the outset. This means that the requirements for the means of symmetrization are significantly lower. It can also be used to achieve a much more symmetrical signal.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst eine Leiteranordnung mindestens eine jeder Leiterstruktur zugeordnete elektrisch leitende Bez.ugsflache. Zwischen der Leiterstruktur und der Bezugsfläche befindet sich mindestens ein Dielektrikum zur Isolation von Leiterstruktur und Bezugsfläche. Ein solches Dielektrikum besitzt wahlweise eine hohe Homo- genität 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 Bezugsflä- ehe. 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.In a further advantageous embodiment of the invention, a conductor arrangement comprises at least one electrically conductive reference surface assigned to each conductor structure. At least one dielectric for isolating the conductor structure and the reference surface is located between the conductor structure and the reference surface. Such a dielectric optionally has a high degree of homogeneity or a high degree of symmetry with respect to the electrical center of the longitudinal axis of the conductor structure. The concept of symmetry here refers to a symmetry of the electric field. Starting from the electrical center of the conductor structure, the electrical field lines should run symmetrically. This can be achieved, for example, with a mirror-symmetrical arrangement. However, other implementations are also conceivable, such as in the case of a layered dielectric for conductors parallel to the reference surface. In principle, the layer sequence of the dielectric can be different for the conductors if the total dielectric constants are the same on both sides and the areas are the same size.
Die Symmetrie des elektrischen Feldes wird bezogen auf eine Äquipotentialfläche mit einem Potential, welches - lo ¬The symmetry of the electric field is related to an equipotential surface with a potential which - lo ¬
dern 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 Leiter- Struktur die erforderliche Symmetrie erreicht werden, da verschiedene Bauteile bzw. Baugruppen des Gerätes nicht beliebig symmetrisch anzuordnen wären.the mean potential between the active, i.e. Corresponds to conductors used for signal routing. The ladder structure is usually open on one side towards the free space. The receivers are connected from this side. The opposite side and optionally also its boundary are closed off by surfaces that are as symmetrical as possible with a conductive surface. This means that a defined impedance of the conductor system can be achieved on the one hand and a defined symmetrical limitation can be implemented on the other. If there were no defined reference surface here, at least part of the device in which the device is mounted would serve as an electrical reference. The required symmetry would certainly not be achieved here over the entire length of the conductor structure, since different components or assemblies of the device would not have to be arranged symmetrically as desired.
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.In another embodiment of the invention, transmitters or balancing elements are attached in the immediate vicinity of the conductor arrangement. This can minimize additional interference. A possible mismatch can also be minimized with this. Furthermore, a particularly space-saving construction can be achieved in this way.
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 Sym- metrierung angebracht werden.Another embodiment of the invention provides that the means for balancing are integrated into the conductor arrangement itself. This integration enables a simpler structure with lower manufacturing costs. In a particularly advantageous embodiment, the integration takes place by means of multilayer printed circuit board technology. In this way, elements of the conductor arrangement and elements for symmetrization can be attached to different conductor layers.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind zusätzliche Elemente, wie beispielsweise ferromagneti- sche Elemente auf der Leiteranordnung selbst aufge- bracht. Dies können wahlweise einzelne diskrete ferro- magnetische 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 a further embodiment of the invention, additional elements, such as, for example, ferromagnetic elements, are applied to the conductor arrangement itself. These can optionally be individual discrete ferromagnetic elements which are applied to the conductor arrangement at specific intervals. Likewise, however, this can also be a longer distance of the conductor arrangement or a structure made of ferromagnetic material applied over its entire length.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zur Symmetrierung elektrischer Signale eine Leitung aus zwei parallel geführten Leitern vorge- sehen. 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.In a further advantageous embodiment of the invention, a line consisting of two conductors which are routed in parallel is provided for balancing electrical signals. The conductors run in parallel result in a coupling of electrical and magnetic fields. A balancing effect is thereby achieved. Appropriate configuration, taking into account the geometry and the dielectric, allows adaptation to the characteristic impedance of the conductor arrangement. The symmetry device thus does not cause any additional reflections and interference on the conductor arrangement.
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 .Another embodiment of the invention provides that at least one transformer, preferably a balun or guanella, is provided for the balancing. such Symmetry elements are disclosed, for example, in Meinke, Gundlach, "Taschenbuch der Hochfrequenztechnik", Springer-Verlag, Berlin, 1968, in particular on p. 398.
Besonders vorteilhaft ist die Ausführung von Symmetrie- relementen 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 .It is particularly advantageous to design symmetry elements in the form of a flexible printed circuit board which has two conductors arranged parallel to one another and which is wound up into a coil. The flexible printed circuit board is wound up like a cable to form a coil.
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.Furthermore, the design of the coils in planar printed circuit board technologies is particularly advantageous. Particularly space-saving components can be realized here in particular through the use of multi-layer techniques. A spiral-shaped conductor routing of at least two parallel conductor tracks on different layers of the circuit board is advantageously selected.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist mindestens eine Spule einen Kern aus ferromagnetisehern Material auf.In a further advantageous embodiment, at least one coil has a core made of ferromagnetic material.
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 Differenzver- stärker. Beschreibung der ZeichnungenAnother embodiment of the invention provides at least one transmitter which has a symmetrical output stage for generating symmetrical output signals. Here, the balancing is preferably carried out by active means, such as difference amplifiers. Description of the drawings
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs- beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.The invention is described below by way of example without limitation of the general inventive concept on the basis of exemplary embodiments with reference to the drawings.
Fig. 1 zeigt in allgemeiner Form schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung.1 shows, in general form, a device according to the invention schematically.
Fig . 2 zeigt eine Leiteranordnung mit Mitteln zur Symmetrierung aus Ferritmaterial .Fig. 2 shows a conductor arrangement with means for balancing ferrite material.
Fig. 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer Leiteranordnung nach Fig. 2 in der Draufsicht.FIG. 3 shows a section of a conductor arrangement according to FIG. 2 in a top view.
Fig. 4 zeigt einen einfaches Mittel zur Symmetrierung in Form einer Leiterplatte mit zwei parallelen Leiterbahnen.Fig. 4 shows a simple means for balancing in the form of a printed circuit board with two parallel conductor tracks.
Fig. 5 zeigt ein besonders vorteilhaft des Mittel zur Symmetrierung mit spiralförmiger Leiteranordnung.Fig. 5 shows a particularly advantageous of the means for balancing with a spiral conductor arrangement.
Fig. 6 zeigt die Anordnung eines Mittels zur Symmetrie- rung in Bezug zur Leiteranordnung.6 shows the arrangement of a means for symmetrization in relation to the conductor arrangement.
Fig. 7 zeigt eine Anordnung es Mittels zur Symmetrierung zwischen Sender und Leiteranordnung.7 shows an arrangement of the means for balancing the transmitter and the conductor arrangement.
Fig. 8 zeigt eine besonders vorteilhafte Anordnung eines Senders Fig. 9 zeigt die Anordnung eines ferromagnetisehern Materials entlang der Leiteranordnung.8 shows a particularly advantageous arrangement of a transmitter Fig. 9 shows the arrangement of a ferromagnetic material along the conductor arrangement.
Fig. 10 zeigt eine besonders Platz sparende Anordnung eines ferromagnetischem Materials entlang der Leiteranordnung .10 shows a particularly space-saving arrangement of a ferromagnetic material along the conductor arrangement.
In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung beispielhaft abgebildet. Ein Sender (10) speist elekt- risehe Signale in die Leiteranordnung (11a, 11b, 11c, lld) 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 .A device according to the invention is shown by way of example in FIG. 1. A transmitter (10) feeds electrical signals into the conductor arrangement (11a, 11b, 11c, lld). The receiver (12) is movably arranged in relation to the conductor arrangement and the transmitter (10) connected to it. Means for symmetrization (13a, 13b, 13c) are provided between the individual sections of the conductor arrangement. This balancing means that the signal is routed along the conductor arrangement.
Die relative Bewegung erfolgt auf vorgegebenen Bahnen. Derartige Bahnen können beispielsweise linear oder auch kreisförmig sein. Die Leiteranordnung (11a, 11b, 11c, lld) ist entlang mindestens einer dieser Bahnen derThe relative movement takes place on predefined paths. Such tracks can be linear or circular, for example. The conductor arrangement (11a, 11b, 11c, lld) is along at least one of these tracks
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, lld) und dem Empfänger (12) besteht. Typischerwei- se 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 er- folgt . Daher ist das Übertragungssystem gezielt so ausgelegt, dass das elektromagnetische Fernfeld der Leiteranordnung möglichst gering und im Idealfall gleich Null ist.Movement arranged so that there is only a short distance between the conductor arrangement (11a, 11b, 11c, lld) and the receiver (12) at each point of the movement at which signals are to be transmitted. The distances are typically in a range from 0.1 mm to approx. 10 mm. Direct contact with a distance of 0 is possible. This is the case with galvanic transmission. In order to maintain a long service life for the contact system, it is necessary to design the surfaces in a special way. Normally, however, a contactless and thus low-wear transmission is desirable. There are larger distances than approx. 10 mm not excluded, but undesirable in most cases, since the radiation of the entire conductor arrangement should be so low that there is no interference or interference with other device parts or devices. Therefore, the transmission system is specifically designed so that the electromagnetic far field of the conductor arrangement is as small as possible and ideally zero.
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.2 shows an example of a particularly simple embodiment of a conductor arrangement (11). Means for symmetrization (13a, 13b, 13c) are arranged at predetermined intervals. These are advantageously ferromagnetic components, such as ferrite cores. In order to enable movement of the receiver (12) in the immediate vicinity of the conductor arrangement, the means for balancing are lowered.
Fig . 3 zeigt einen Ausschnitt aus einer Anordnung mit Ferritkernen in der Draufsicht. Die LeiteranordnungFig. 3 shows a section of an arrangement with ferrite cores in a top view. The ladder arrangement
(11) weist beispielsweise einen ersten Leiter (la) sowie einen zweiten Leiter (lb) 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 Verkopp- lung der beiden Leiter zu erhöhen weisen die Leiter an der Stelle des Ferritkernes einen geringeren Quer- schnitt 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 (la) sowie einen zweiten Leiter (lb) , 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 Fer- ritkern, 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 ferromagne- tischem Material oberhalb der Leiter vorgesehen werden. Selbstverständlich kann die komplette Leiterstruktur auch von ferromagnetischem Material umschlossen werden.(11) has, for example, a first conductor (la) and a second conductor (lb). A ferrite core (14) (shown here in section) is provided as a means of balancing, which surrounds the two conductors. This ferrite core could, for example, be a ring core or a core with a rectangular cross section. In order to reduce the space requirement and to increase the coupling of the two conductors, the conductors have a smaller cross section at the location of the ferrite core. Of course, the cross section can also remain unchanged. 4 shows a particularly advantageous embodiment of a means for balancing electrical signals. A conductor structure (1) consists of a symmetrically arranged pair of conductors, comprising a first conductor (la) and a second conductor (lb), which are spaced apart from a reference surface (2) by a dielectric (3). Such a conductor arrangement itself already has a certain symmetrizing effect, which can be significantly strengthened, for example, by winding it onto a ferrite core, preferably a ring core. For this purpose, the conductor structure is advantageously manufactured with a small geometry. For example, an overall width of two millimeters has proven effective. An additional layer of ferromagnetic material can be provided below the reference surface (2) in order to improve the symmetry effect. Likewise, in such an arrangement, a second reference surface, not shown here, can be attached above the first and second conductors. This means that the conductors are completely shielded. In this case, a second layer of ferromagnetic material can also be provided above the conductor. Of course, the complete conductor structure can also be enclosed by ferromagnetic material.
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 (la) 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 .5 shows another advantageous embodiment of a means for balancing. In this arrangement, an arrangement of several conductors, preferably two conductors, is arranged in parallel on different layers of a carrier (6), wound in a spiral. An optional ferrite core can be used to increase the inductance or balancing effect. In the graphic representation, only a first ladder (la) is visible on the top layer. This arrangement can be contacted either by wire pins or a circuit board perpendicular to the support. The length of the conductors is preferably to be made substantially smaller than the smallest wavelength of the signal to be transmitted. For this reason, this type of device is used for balancing in miniaturized technology, for example in fine conductor technology, by laser cutting, sputtering or as a microstructure.
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.6 shows a further advantageous embodiment of the invention. A conductor arrangement in which the conductors (not shown here) are attached to a carrier (6) is used. The dielectric (3) between the conductors and the reference surface can be, for example, air or any other dielectric, such as the known plastics. At least one symmetrizing means (13) is arranged within the dielectric.
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 (la) sowie einen zweiten Leiter (lb) angeordnet ist. Die beiden Leiter bestehen hier beispielsweise aus einer Struktur mit einzelnen7 shows a perspective view of an arrangement in which a means for balancing (13) directly between a transmitter (10), which preferably already delivers a symmetrical output signal, and the conductor arrangement (11) comprising at least one first conductor (la) and a second conductor (lb) is arranged. For example, the two conductors consist of a structure with individual ones
Resonatoren. Selbstverständlich kann auch jede andere denkbare Leiterstruktur, beispielsweise in Streifenlei- tungstechnik eingesetzt werden. Derartige Mittel zur Symmetrierung können auch im weiteren Verlauf der Leiteranordnung eingesetzt werden.Resonators. Of course, any other conceivable conductor structure, for example in strip lines tion technology can be used. Such balancing means can also be used in the further course of the conductor arrangement.
In Fig. 8 ist eine besonders vorteilhafte Art der8 is a particularly advantageous type of
Anordnung eines Senders (10) , welcher auf einer Leiterplatte (15) angeordnet ist, dargestellt. Ein erster Leiter (la) sowie ein zweiten Leiter (lb) sind auf einem Träger (6) angeordnet. Ferner ist eine Bezugsflä- ehe (2) vorgesehen, welche elektrisch leitend ist.Arrangement of a transmitter (10), which is arranged on a circuit board (15), shown. A first conductor (la) and a second conductor (lb) are arranged on a carrier (6). A reference surface (2) is also provided, which is electrically conductive.
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) .At least one dielectric (3) is provided between the reference surface and the conductors. The circuit board (15) is arranged in the space of the dielectric. This arrangement enables particularly short and symmetrical conductor paths to be implemented. A signal is fed to the transmitter by means of a line (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 Füh- rung 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.9 shows a particularly expedient arrangement in section, in which the ferrite material is arranged along the conductor structure. This results in a continuous balancing of the signal. It is essential here that the major part of the magnetic field is led around the two conductors and does not run through them. Such a guidance of the magnetic field can be achieved by the legs protruding on both sides of the conductor structure. Of course, a planar surface made of ferrite material without protruding legs can also be arranged on the back of the conductor structure. However, the symmetrization effect is less here.
Vorzugsweise ist noch zwischen dem Dielektrikum (3) und dem Ferritmaterial (14) eine elektrische Bezugsfläche (2) vorgesehen.Is preferably between the dielectric (3) and an electrical reference surface (2) is provided for the ferrite material (14).
In Fig. 10 ist eine besonders platzsparende Anordnung analog zu Fig. 9 dargestellt. 10 shows a particularly space-saving arrangement analogous to FIG. 9.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Leiterstruktur la erster Leiter lb zweiter Leiter1 conductor structure la first conductor lb second conductor
2 Bezugsfläche2 reference surface
3 Dielektrikum 6 Träger3 dielectric 6 carriers
10 Sender 11 Leiteranordnung10 transmitters 11 conductor arrangement
12 Empfänger12 recipients
13 Mittel zur Symmetrierung13 means of symmetrization
14 Ferritkern, Ferritmaterial14 ferrite core, ferrite material
15 Leiterplatte 16 Leitung 15 circuit board 16 line

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Vorrichtung zur Signalübertragung zwischen entlang vorgegebenen Bahnen beweglichen Einheiten umfassend mindestens einen Sender (10) zur Erzeugung e- lektrischer Signale mindestens eine Leiteranordnung (11) zur Füh- rung 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.1. Device for signal transmission between units movable along predetermined paths, comprising at least one transmitter (10) for generating electrical signals, at least one conductor arrangement (11) for guiding at least one of the electrical signals along the path of movement, at least one receiver (12) for decoupling electrical signals from the conductor arrangement, characterized in that means for symmetrizing electrical signals are provided in the course of the conductor arrangement.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Mittel zur Symmetrierung elektrischer Signale zwischen mindestens einem Sender und der Leiteranordnung vorgesehen sind.2. Device according to claim 1, characterized in that additional means for balancing electrical signals between at least one transmitter and the conductor arrangement are provided.
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.3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that additional means for balancing electrical signals between the conductor arrangement and at least one receiver are provided.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteranordnung symmetrisch ausgebildet ist.4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor arrangement is symmetrical.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteranordnung eine elektrisch leitende Bezugsfläche umfasst, und weiterhin mindestens ein Dielektrikum zwischen Signalleitern und Bezugsflä- ehe vorgesehen ist .5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the conductor arrangement comprises an electrically conductive reference surface, and furthermore at least one dielectric is provided between the signal conductors and the reference surface.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sender bzw. Mittel zur Symmetrierung elektrischer Signale in unmittelbarer Nähe der Leiteranordnung angeordnet sind.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that transmitters or means for balancing electrical signals are arranged in the immediate vicinity of the conductor arrangement.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü- ehe , dadurch gekennzeichnet, dass7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that
Mittel zur Symmetrierung elektrischer Signale in die Leiteranordnung selbst integriert sind.Means for symmetrizing electrical signals are integrated into the conductor arrangement itself.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass8. Device according to one of the preceding claims, characterized in that
Mittel zur Symmetrierung elektrischer Signale sowie die Leiteranordnung selbst in eine mehrlagige Leiterplatte integriert sind. Means for symmetrizing electrical signals and the conductor arrangement itself are integrated into a multilayer printed circuit board.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche passive Elemente wie ferromagnetische Bauelemente an der Leiteranordnung angeordnet sind.9. Device according to one of the preceding claims, characterized in that additional passive elements such as ferromagnetic components are arranged on the conductor arrangement.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Symmetrierung elektrischer Signale eine Leitung aus zwei parallel geführten Leitern vorgesehen ist.10. Device according to one of the preceding claims, characterized in that a line made of two parallel conductors is provided for symmetrizing electrical signals.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden11. Device according to one of the preceding
Ansprüche , dadurch gekennzeichnet, dass zur Symmetrierung elektrischer Signale ein Ü- bertrager mit symmetrierender Wirkung, vorzugswei- se ein Balun oder Guanella vorgesehen ist.Claims, characterized in that a transmitter with a symmetrizing effect, preferably a balun or guanella, is provided for symmetrizing electrical signals.
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. 12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one means for balancing is present, which has two conductors arranged parallel to each other, which are wound up into a coil.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Spule in planarer Leiterplatten- technik vorgesehen ist.13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one coil is provided in planar printed circuit board technology.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Spule mit einen Kern aus ferromagnetischem Material vorgesehen ist.14. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one coil is provided with a core made of ferromagnetic material.
15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sender mit einer symmetrischen Ausgangsstufe zur Abgabe symmetrischer Signale vorgesehen ist. 15. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one transmitter is provided with a symmetrical output stage for emitting symmetrical signals.
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