KR101875299B1

KR101875299B1 - 비접촉 환상 전기 접속을 가진 회전 접합부

Info

Publication number: KR101875299B1
Application number: KR1020167026369A
Authority: KR
Inventors: 존 제이. 우탄; 클리프턴 콴; 차드 이. 패터슨; 마이클 디. 러니언
Original assignee: 레이던 컴퍼니
Priority date: 2014-03-24
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2018-07-05
Also published as: WO2015148303A1; KR20160127072A; JP6262370B2; IL247641A; US20150270671A1; EP3123555A1; EP3123555B1; US9413049B2; JP2017509255A

Abstract

회전 접합부는, 환상 형상을 갖는 비접촉 전기 접속을 포함하는데, 이는 환상 비접촉 전기 접속에 의해 규정되고 둘러싸인 중심 영역으로 확장되지 않는다. 전기 접속부들의 환상 형상은, 예를 들어, 회전 접합부를 통해 광 신호를 전달하는 경우와 같이, 중심 영역에 대해서 다른 용도를 허용한다. 피드들은, 신호들의 입력 및 출력을 위해, 회전 접합부의 양쪽 절반들에서 환상 도파관 구조에 결합된다. 피드들은, 예를 들어, 착신(및 발신) 신호들의 약 반-파장마다에서와 같이, 도파관 구조들 주위에 일정하게 이격된 원주상의 구간에 환상 도파관 구조들에 대한 접속들을 제공할 수 있다. 환상 도파관 구조들은, 회전 접합부의 회전축에 평행한 축 방향으로 신호들을 전파한다. 신호들은 2개의 환상 도파관 사이에 축 방향으로 갭을 가로질러 (비-전기-도전성으로) 비접촉으로 전파된다.

Description

비접촉 환상 전기 접속을 가진 회전 접합부{ROTARY JOINT WITH CONTACTLESS ANNULAR ELECTRICAL CONNECTION}

본 발명은 회전 전기 접속 분야에 관한 것이다.

전통적인 슬립 링들은 고정적인 것으로부터 회전하는 구조까지 전력 및 전기 신호들의 송신을 가능하게 하는 전기 기계 기술이다. 이런 전력/데이터의 송신은, 고정적인 브러시들(stationary brushes), 원통형 핀들(cylindrical pins), 또는 회전하는 원형 도전체들을 누르는 구(sphere)와 같은 디바이스들에 의해 이루어진 전기 접촉 접속들을 통해 가능하게 된다. 이런 압력 전기 접촉은, 사용 시 신뢰성 및 마모 문제들이 있다. 용량 및 유도 결합을 통해, 혹은 광 섬유 신호 송신에 의해 비접촉 회전 접합부들도 존재한다. 전통적인 회전 접합부들은, 이것들처럼, 중심축을 중심으로 회전 대칭을 활용하고, 회전에 관계없이 불변의 위상 및 진폭 송신을 유지하기 위해, 입력, 출력 포트들, 및 중요한 신호 경로가 회전의 중심축에 위치될 것을 요구한다. 이러한 결점을 회피한 회전 전기 접촉들을 갖는 것이 유리할 것이다.

회전 접합부는 비접촉 환상 전기 접속을 포함한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 회전 접합부는, 제1 부분; 및 회전축을 중심으로 상기 제1 부분에 대해 상대적으로 회전하는 제2 부분을 포함한다. 상기 제1 부분은 제1 전기 접속 환상부를 갖는다. 상기 제2 부분은 제2 전기 접속 환상부를 갖는다. 전기 접속 환상부들은, 서로에 대해 비접촉 전기 접속을 이룬다. 상기 전기 접속 환상부들은 함께, 전기 접속 환상부들 사이의 전기 접속이 이루어지지 않는, 코어 영역을 규정하고 둘러싼다. 상기 코어 영역은 회전축을 포함한다.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 회전 접합부를 가로질러 전기 신호를 전달하는 방법은, 착신 전기 신호를, 이 신호를 분리(split)하는 제1 피드에 입력하는 단계; 상기 제1 피드에서 횡방향 전자기(TEM: transverse electromagnetic) 파를 발생하는 단계 - 상기 TEM 파는 상기 제1 피드에 결합된 제1 환상 도파관 구조를 통해 축 방향으로 전파됨 -; 상기 제1 환상 도파관 구조로부터 제2 환상 도파관 구조로 축 갭을 가로질러 상기 TEM 파를 전달하는 단계 - 상기 제2 환상 도파관 구조는 상기 환상 도파관 구조들을 통과하지 않는 상기 회전 접합부의 회전축을 중심으로 상기 제1 환상 도파관 구조에 대해 상대적으로 회전할 수 있음 -; 및 상기 제2 환상 도파관 구조에 동작적으로 결합된 제2 피드에서 상기 TEM 파로부터 발신 전기 신호를 발생하는 단계를 포함한다.

상기의 목적 및 관련된 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 이하 충분히 설명되고 특히 청구항들에서 지칭된 특징들을 포함한다. 이하의 설명 및 첨부된 도면들은 본 발명의 특정 예시적인 실시예들을 자세히 제시한다. 그러나, 이러한 실시예들은 본 발명의 원리들이 이용될 수 있는 다양한 방법들 중 수개만을 나타낸다. 본 발명의 다른 목적들, 이점들, 및 새로운 특징들은, 도면들과 함께 고려될 때 본 발명의 이하 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

첨부된 도면들은, 반드시 일정한 비례로 되어 있지 않으며, 본 발명의 다양한 양태들을 도시한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 회전 접합부의 부분들의 개략도.
도 2는 도 1의 회전 접합부의 피드들 중 하나의 레이아웃을 도시하는 평면도.
도 3은 도 1의 회전 접합부의 전기 접속의 측면 횡단면도.
도 4는 대안적인 실시예의 회전 접합부의 전기 접속의 부분의 측면 횡단면도.
도 5는 도 1의 회전 접합부의 피드의 상세를 도시한 평면도.
도 6은 도 5의 피드의 측면도.
도 7은 도 1의 회전 접합부의 환상 전기 접속의 코어를 통한 광 신호의 전달을 도시하는 부분 개략도.
도 8은 하나 이상의 회전 접합부를 가로질러 동시에 다중 신호를 송신하는 데에 사용 가능한 다중화 인터페이스를 나타내는 블록도.

회전 접합부는 환상 형상을 갖는 비접촉 전기 접속을 포함하는데, 이는 환상 비접촉 전기 접속에 의해 규정되고 둘러싸인 중심 영역으로 확장되지 않는다. 전기 접속부들의 환상 형상은, 회전 접합부를 통해 광 신호를 전달하는 경우와 같이, 중심 영역에 대해서는 다른 용도를 허용한다. 피드들은, 신호들의 입력 및 출력을 위해, 회전 접합부의 양쪽 절반들에서 환상 도파관 구조들에 결합된다. 피드들은, 도파관 구조들 주위에 일정하게 이격된 원주형 구간들에, 환상 도파관 구조로의 접속들을 제공할 수 있다. 구간들은, 착신(및 발신) 신호들의 약 반-파장마다 존재할 수 있거나, 임의의 다양한 다른 적절한 스페이싱으로 존재할 수 있다. 환상 도파관 구조들은, 회전 접합부의 회전축에 평행한 축 방향으로 신호들을 전파한다. 신호들은 2개의 환상 도파관 사이에서 축 방향으로 갭을 가로질러 (비-전기-도전성으로) 비접촉으로 전파된다.

도 1은, 회전 접합부(10)의 회전축(16)을 중심으로 제2 부분(14)에 대해 상대적으로 회전하는 제1 부분(12)을 포함하는 회전 접합부(10)의 몇몇 부분들을 도시한다. 부분(12 및 14)들은 각각의 환상 도파관 구조(22 및 32), 및 각각의 피드(24 및 34)를 포함한다. 피드(24 및 34)들은, 도파관 구조(22 및 32)들에 신호들을 공급하고, 이들로부터 신호들을 수신하기 위해 사용된다. 환상 도파관 구조(22) 및 피드(24)는, 함께 제1 전기 접속 환상부(26)를 이루고, 환상 도파관 구조(32) 및 피드(34)는, 함께 제2 전기 접속 환상부(36)를 이룬다. 전기 접속부(26 및 36)들은, 함께 회전 접합부(10)의 부분인 전기 접속(40)을 구성한다. 이하 더 상세히 설명된 바와 같이, 전기 접속(40)의 구조는, 축 방향으로 전파되고, 환상 도파관 구조(22 및 32)들 사이의 갭을 가로질러 전파될 수 있는 횡방향 전자기(TEM) 파를 확립한다. 따라서, 부분(26 및 36)들 사이의 전기 접속은 비접촉이며, 이는 부분(12 및 14)으로부터 전기 신호들이 송신되는 주된 방식이 2개의 부분(12 및 14)의 전기-도전성 재료의 접촉에 의한 전기 전도를 통해서가 아니라는 점에서 그러하다.

전기 접속(40)은 형상에 있어서 환상이고, 상기 환상부(26 및 36)들은, 함께 코어 영역(42)을 규정하고 둘러싸며, 여기서 환상부(26 및 36)들 사이의 전기 접속은 이루어지지 않는다. 코어 영역(42)은 회전축(16)을 포함한다.

부분(12 및 14)들은, 전기 접속(40)과 관련되지 않는 추가 컴포넌트들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 부분(12 및 14)들은, 케이싱의 부분들, 또는 다른 컴포넌트들을 포함할 수 있다.

도 2는 피드(24)에 대한 레이아웃을 도시한다. 피드(34)는 유사한 레이아웃을 갖고, 양쪽 피드(24 및 34)들은 실질적으로 동일한 레이아웃을 가질 수 있다. 피드(24)는 단일 전기 신호 형태의 입력 또는 출력(43), 및 환상 도파관 구조(22)(도 1) 둘레에 원주상으로 동등하게 펼쳐진 다수의 위치들(접속점들)에 그 신호를 분배하는 분기 피드들을 갖는 스플리터이다. 피드(24)는 256개의 접속들을 환상 도파관으로 분기시키는데, 이들 접속은, 접합부(10)가 전달하려고 의도한 신호 파장들의 범위에서 가장 작은 파장에 기초하여, 서로에 대해 대략 반 파장 이격되어 있다. 예를 들어, 회전 접합부(10)는, 전기 접속이 많은 다른 주파수 및 파장의 신호들을 전달하도록 구성될 수 있을지라도, 20-24 GHz 주위에 중심 주파수를 갖는 전기 신호들을 전달하도록 구성될 수 있다. 더 넓게는, 신호들이 Ka 대역에 있을 수 있는데, 이는 26.5-40 GHz의 주파수로 규정되고, 1 세티미터 약간 상회하는 것으로부터 0.75 센티미터 아래까지의 파장을 갖는다. 피드(24 및 34)들은, 인쇄 회로 기판 또는 다른 적절한 전기 스플리터 구조들일 수 있다. 피드(24 및 34)들은, 예시된 실시예에서의 것들과는 상이한 개수의 접속들, 및/또는 상이한 스페이싱의 접속들을 가질 수 있다.

예시된 실시예에서의 반-파장 스페이싱은, 제한적인 의도가 아니다. 예시된 실시예의 반-파장 스페이싱보다 큰 스페이싱과 같은 다른 적절한 파장들이 이용될 수 있다.

피드(24 및 34)들의 분기는, 개별 셀들의 크기(인접한 접속들 사이의 거리, 피드(24 및 34)들의 가장 정밀한 분기)가 환상 도파관 구조(22 및 32)들의 원주 둘레에 비하여 작을 수 있다는 것을 의미한다. 이는, 곡률이 무시할만한 영향을 가질 수 있고, 환상 도파관 구조가 무한 평행-판 도파관으로서 양호하게 근사하여 거동한다는 것을 의미한다.

이제 또한 도 3을 참조하면, 전기 접속(40)의 추가 상세가 도시되어 있다. 하나 이상의 베어링(44)은 도파관 구조(22 및 32) 사이의 축 갭(50)을 연결하고, 이는 도파관 구조(22 및 32)들 사이에 상대적인 회전을 허용한다. 베어링(44)들은 적절한 볼 베어링들일 수 있고, 임의의 다양한 적절한 재료로 이루어질 수 있다. 베어링(44)들을 통해 어떤 전기 전도가 있을 수 있지만, 이러한 전기 전도는 전기 신호들이 도파관 구조들 사이에 전달되는 주된 방식이 아니다.

전기 접속기(46 및 48)들은, 피드(24 및 34)들의 내부와 외부로 전기 신호들을 라우팅하기 위해, 각각 피드(24 및 34)들의 부분일 수 있다. 전기 접속기(46 및 48)들은, 동축 커넥터들 또는 다른 적절한 종류의 전기 접속기들일 수 있다.

신호들은, 도파관 구조(22 및 32)들에서 각각의 환상 갭(52 및 54)들을 따라 도파관 구조(22 및 32)들 사이에 이동한다. 도파관 구조(22)는 환상 노치(56 및 58)들을 갖고, 도파관 구조(32)는 환상 노치(62 및 64)들을 갖는다. 노치(56-64)들은, 도파관 구조(22 및 32)들 사이의 축 갭(50)으로부터 밖으로 도파관 구조(22 및 32)들의 재료의 깊이 부분 내로 확장된다. 노치(56 및 58)들은, 환상 갭(52)의 각각의 대향 측들에 존재하고, 노치(56)는 내부 노치이고, 노치(58)는 외부 노치이다. 노치(62 및 64)들도 마찬가지로 환상 갭(54)의 각각의 대향 측들에 존재한다. 노치(56-64)는 초크 점들 또는 무선 주파수(RF) 초크로서 동작하여, 축 갭(50)으로부터 방사상으로 내부 또는 외부로 신호의 누설을 막는다. RF 초크는 또한, 전기 접속(40) 내부로 또는 외부로 전력 누설을 막기 위해 동작할 수 있고, 및/또는 전자기 호환성(EMC) 및/또는 전자기 간섭(EMI)과 관련된 요건에 부합하는데에 도움이 될 수 있다.

도파관 구조(22 및 32)들은, 적절한 전기 도전성 재료, 예를 들어, 알루미늄으로 이루어질 수 있다. 대안적으로, 도파관 구조들은 전기 도전체로 코팅된 전기 비도전성 재료로 이루어질 수 있다.

도 4는, 단일 도파관 구조(32')에서, 환상 갭(54')의 대향 측들에 듀얼 내부 노치(66 및 68)들 및 듀얼 외부 노치(70 및 72)들을 갖는 대안적 구성을 도시한다. 도파관 구조(22' 및 32')들의 특징은, 도파관 구조(22 및 32)(도 3)들의 특징에 결합될 수 있다. 다른 도파관 구조(22')는 그 환상 갭(52') 주위에 어떤 노치도 갖지 않는다. 관련 치수의 예로서, 도파관 구조(22')는 6.35㎜(250 밀(mils))의 높이를 가질 수 있고, 도파관 구조 (32')는 8.9㎜(350 밀)의 높이를 가질 수 있다. 환상 갭(52' 및 54')들은 1.27㎜(50 밀)의 폭을 가질 수 있다. 노치(66-72)들은 각각 1.27㎜(50 밀)의 폭과 1.9㎜(150 밀)의 깊이를 가질 수 있다. 노치(66 및 68)들은 1.9㎜(150 밀)만큼 떨어져 있을 수 있고, 노치(70 및 72)들도 동일한 거리만큼 떨어져 있을 수 있다. 축 갭은 약 0.076㎜(3 밀)일 수 있다. 피드(24 및 34)들은 2.1㎜(81 밀)의 두께를 가질 수 있는데, 이는 전기 접속(40')을 이용하여 전달될 것으로 예상되는 전기 신호들의 파장의 약 4분의 1이다. 이하 더 상세히 설명된 바와 같이, 피드(24 및 34)들의 이러한 두께는, 신호 강도를 향상시키기 위해, 대략 동상으로 (착신 또는 발신하는) 피드(24 및 34)들에서 신호를 반사함으로써 더 양호한 신호 강도를 제공하도록 돕는다. 노치(66-72)들은 또한, 전기 회로들의 파장이 전기 접속(40)으로 전달되도록 하는 것에 관련하여 크기 조정될 수 있다. 상기 주어진 치수는 단일의 특정 실시예를 위한 것들이다. 매우 다양한 다른 치수가 다른 실시예들에서 가능하다.

이제 또한 도 5 및 도 6을 참조하면, 피드 구조(24)는, 피드 구조(24)의 상단 및 하단의 대향 측들에 한 쌍의 접지 평면(92 및 94)들 사이에 위치된 스트립라인(90)과 같은, 일련의 스트립라인 또는 마이크로스트립 라인을 포함한다. 스트립라인들은, 어떤 추가 공동(기계적 공동 등)도 도파관 구조 내에 필요로 하지 않고, 인쇄 회로 기판 내에 위치될 수 있다. 예시된 실시예에서의 스트립라인들은 이용 가능한 다양한 송신 라인들의 일례이다. 접지 평면(92 및 94)들은 일련의 도전성 접지 비아(98)들을 통해 서로 접속된다. 스트립라인(90)은, 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 핑거(104 및 106)들 내로, 스트립라인(90)의 마지막 스플릿(102)의 양측에, 다양한 적절한 폭을 가진 도전성 재료의 세그멘트들에 의해 임피던스 변환이 제공되는 구성을 가질 수 있다. 셀 크기, 인접한 핑거들 사이의 거리는, 약 반 파장, 예를 들어, 3.5㎜(138 밀)일 수 있다. 스트립라인(90)은 하단 접지 평면(94)의 긴 슬롯(108)을 가로질러 확장된다. 도전성 신호 비아(110)들은 스트립라인(90)을 하단 접지 평면(94)에 전기적으로 결합하는 데에 사용될 수 있는데, 신호 비아(110)들은 착신 또는 발신 신호들을 위한 접속점(112)들에서 접속을 이룬다. 긴 슬롯(108)은, 일례 값을 제시하자면, 0.18㎜(7 밀)의 폭을 가질 수 있다. 피드(24)의 구성은, 긴 슬롯(108)에서 TEM 파를 발생한다. 그것은 회전 접합부(10)를 가로질러 신호를 반송하기 위해 축 방향으로 전파되는 TEM 파이다.

스트립라인(90)은 상단 접지 평면(92)보다 하단 접지 평면(94)에 더 가까울 수 있다. 일 예시적인 실시예에서, 스트립라인(90)은 하단 접지 평면(94)으로부터 0.13㎜(5.1 밀) 떨어져 있을 수 있고, 상단 접지 평면(92)으로부터 약 1.9㎜(75 밀) 떨어져 있을 수 있다. 이들 거리는 단지 예일 뿐이고, 많은 다른 거리들이 가능하다.

피드(24 및 34)들은 회전 접합부의 부분(12 및 14)들이 서로에 대해 상대적으로 회전할 때에 정렬된 채로 있지 않는다. 피드(24 및 34)들과 환상 도파관 구조(22 및 32)의 셀들의 정렬 불량이 존재할 수 있으며, 이는 절반의 셀 폭(4분의 1 파장)만큼의 정렬 불량일 수 있다. 그러나, 이 정렬 불량은 전기 신호들을 정확하게 전달하기 위한 전기 접속(40)의 능력에 대해 어떤 주목할만한 영향도 주지 않는다는 것이 발견되었다.

일 실시예에서, 전기 접속(40)(도 1)은 20-30dB의 손실로 전기 신호들을 전달한다. 신호 강도는, 필요에 따라 혹은 소망에 따라, 회전 접합부(10)(도 1)의 적절한 증폭기 업스트림 및/또는 다운스트림을 사용하여 상승될 수 있다.

이제 또한 도 7을 참조하면, 회전 접합부(10)가 갖는 한 가지 장점은, 전기 접속(40)에 의해 둘러싸인 중심 코어 영역(42)이 다른 목적, 예를 들어, 회전 접합부(10)의 일측의 광학적 송신기(142)로부터 회전 접합부(10)의 다른 일측의 광학적 수신기(144)로 광 신호(140)들을 송신하기 위해 사용될 수 있다는 것이다. 광학적 송신기(142) 및 광학적 수신기(144)는 코어 영역(42)을 통해 어느 한 방향 또는 양쪽 방향 모두로 광 신호들을 송신, 수신 및/또는 달리 조작하기 위한 임의의 다양한 적절한 광 소자들일 수 있다. 광학적 송신기(142) 및/또는 광학적 수신기(144)는 회전 접합부(10)에 직접적으로 연결되거나 그 부분에 연결될 수 있고, 또는 대안적으로 회전 접합부(10)로부터 떨어져 있을 수 있다. 코어 영역(42)을 통한 광 신호들의 전달은, 전기 신호들의 전달 외의 다른 목적을 위해 코어 영역(42)을 사용하는 단지 일례일 뿐이다. 코어 영역(42)의 많은 다른 용도는, 예를 들어, 코어 영역(42)에 만들어진 또 다른 전기 접속을 이용하여 가능하다. 예를 들어, 코어 영역(42)은, 대안적인 용도의 몇몇 예를 바로 나열하자면, 수력 전력 전송을 위해, 냉각 공기 이송을 위해, RF 전력 전송을 위해, (계산된 토모그래피(CT) 스캐너 또는 자기 공명 영상(MRI) 스캐너와 같은 스캐너에서와 같이) 시료를 검사하기 위한 신호들의 전달을 위해, 또는 굴착 장비에서와 같이 기계적 디바이스들의 통로를 위해, 선택적으로 사용될 수 있다.

회전 접합부(10)는 동시에 다중 신호를 전달하는데 사용될 수 있다. 다중 신호는 회전 접합부의 어느 일측에 수집될 수 있고, 단일 직렬 디지털 데이터 스트림으로 다중화될 수 있다. RF 반송파 신호는, 회전 접합부(10)를 통해 반송되고 회전 접합부(10)와 직렬로 연결된 다른 유사한 회전 접합부들을 통해 반송되도록, 직렬 디지털 데이터 스트림으로 변조될 수 있다. 다중 송신기 및 수신기는, 시간, 주파수 및/또는 코드 분할 다중화의 임의의 조합을 통해 동일한 RF 도관을 공유할 수 있다.

도 8을 참조하면, 다중화 및 역다중화는 인터페이스(200)에서 이루어질 수 있다. 적절하게는, 후술되는 인터페이스(200)의 다양한 부분들은, 하드웨어 및/또는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 인터페이스(200)는, 회전 접합부(10)를 가로질러 송신하기 위한 신호들을 구성하고 해석할 수 있는 기가비트 미디어 액세스 제어기(GMAC)(202)를 포함할 수 있다. GMAC(202)는 커맨드 스택(204)에 출력하고, 그것은 차례로 신호들을 적절한 다중화기(208)에 송신한다. 다중 신호는 다중화기(208)에서 다중화될 수 있고, 그것은 차례로 GPS(global positioning system)(214)로부터 초당 펄스(PPS: a pulse per second) 신호를 수신한 TOD(time of day) 클록 마스터(210)로부터 입력을 수신한다. GPS(214)는 또한, 마스터 오실레이터(220)에 펄스 신호를 제공하고, 그것은 TOD 클록 마스터(210) 및 주파수 발생기(224) 양쪽에 10MHz(또는 다른 적절한 주파수) 신호를 제공한다.

주파수 발생기(224)는, 송신 반송파 신호(Tx 반송파) 및 수신 반송파 신호(Rx 반송파)를 발생하고, 이들은 송신기(230) 및 수신기(232)에서 RF 신호를 송신 및 수신할 때에 이용된다. 반송파 신호들은, 비제한적인 예시적인 값들을 제공하도록, 22GHz 및 24GHz에 있을 수 있다.

다중화기(208)로부터의 출력은, 데이터 링크 계층(DLL)(244)을 갖는 직병렬 변환기(serializer/deserializer)(240)를 통해 전달된다. 직병렬 변환기(240)는 또한, 수신기(232)로부터 입력을 수신하고 응답 스택(246)에 데이터를 전달하며, 이는 응답 스택(246)의 다운스트림 종단에 있는 GMAC(202)에 결합되어 있다.

송신기(230) 및 수신기(232)는, 회전 접합부(10)로 신호들을 송신하고 그로부터 신호들을 수신하도록 구성된 트리플렉서(250)에 결합되어 있다. 트리플렉서(250)는 또한, 기저대역 센서 데이터(256)를 GMAC(202)에 제공하기 위해, 수신된 신호들을 저잡음 증폭기(254)를 통해 송신한다.

상기에 언급된 바와 같이, 인터페이스(200)는, 시간, 주파수 및/또는 코드 분할 다중화의 임의의 적절한 조합을 이용하여 다중화된 신호들을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 신호들은 각각의 회전 접합부(10) 이후의 신호들을 역다중화할 필요 없이, 다수의 회전 접합부(10)를 통해 전달될 수 있다. 다중화된 신호는, 도중에, 예를 들어, 제어 다중화기 및 애드/드롭(CMAD: control multiplexer and add/drop) 인터페이스(300)와 상호작용할 수 있다. 인터페이스(300)는 회전 접합부(10)의 부분 또는 전부를 따라 이를 통해 다중화된 신호들을 송신 및 수신하기 위해 인터페이스(200)의 것들과 유사한 컴포넌트들을 사용한다. CMAD 인터페이스(300)는 다중화된 신호로부터 신호들을 수신할 수 있고, 및/또는 다중화된 신호의 부분으로서 송신되도록 신호들을 송신할 수 있는 하드웨어와 상호작용하기 위한 하드웨어 인터페이스(310)를 포함할 수 있다.

회전 접합부(10)는 종래 회전 전기 접속에 비해 많은 장점을 제공한다. 전기 접속은 비접촉이며, 이는 상기 부분들이 서로에 대해 상대적으로 회전될 때에, 전기 접촉이 유지되어야 할 필요로부터의 어떤 마모 및 소모가 있지 않다는 것을 의미한다. 또한, 회전 접합부(10)는 360도 회전으로 동작할 수 있으며, 이는 예를 들어, 동축 케이블에 의해서는 달성될 수 없다. 또한, 이전에 언급한 바와 같이, 중심 코어 영역을 개방된 채로 유지함으로써, 광 신호들을 송신하는 것은 회전축을 따라 달성될 수 있다. 회전과 관계없이 거의 불변의(near-constant) 위상 및 진폭 성능이 유지될 수 있다.

회전 접합부(10)는 임의의 다양한 상황들에 사용될 수 있다. 용도의 일례는, 항공기의 포드에서와 같이, 광 센서를 위치시키기 위한 회전 모터들용의 신호들을 송신하는 것이다. 회전 접합부(10)에 대한 많은 다른 용도가 가능하다.

본 발명은 특정 바람직한 실시예 또는 실시예들과 관련해서 도시 및 설명되었지만, 본 명세서 및 첨부된 도면들을 판독 및 이해할 때 본 기술분야의 다른 숙련자들에게서 동등한 변경들 및 수정들이 발생할 것임이 명백하다. 특히, 상기 설명한 요소들(컴포넌트들, 어셈블리들, 디바이스들, 조성물 등)에 의해 행해지는 다양한 기능들에 관련하여, 이러한 요소들을 설명하는데 사용되는 용어("수단"에 대한 참조를 포함함)는, 달리 지시되지 않는 한, 본원에 도시된 본 발명의 예시적인 실시예 또는 실시예들에서의 기능을 수행하는 개시된 구조에 구조적으로 동등하지는 않더라도, 설명된 요소의 특정 기능을 수행하는 임의의 요소에 대응하도록(즉, 기능상으로 동등하도록) 의도된다. 또한, 본 발명의 특정한 특징은 수개의 도시된 실시예들 중 단지 하나 이상의 실시예들에 관련해서 상술될 수 있지만, 이러한 특징은, 임의의 주어진 또는 특정 애플리케이션을 위해 소망되고 유익할 수 있는, 다른 실시예들의 하나 이상의 다른 특징과 조합될 수 있다

Claims

회전 접합부로서,
제1 부분; 및
회전축을 중심으로 상기 제1 부분에 대해 상대적으로 회전하는 제2 부분
을 포함하고,
상기 제1 부분은 제1 전기 접속 환상부를 갖고;
상기 제2 부분은 제2 전기 접속 환상부를 갖고;
상기 전기 접속 환상부들은 서로에 대해 비접촉 전기 접속을 이루고;
상기 전기 접속 환상부들은 함께, 상기 전기 접속 환상부들 사이의 전기 접속이 이루어지지 않는, 코어 영역을 규정하고 둘러싸며;
상기 코어 영역은 상기 회전축을 포함하고;
상기 제1 전기 접속 환상부는,
제1 환상 도파관 구조; 및
상기 제1 환상 도파관 구조에 전기적으로 결합된 제1 피드를 포함하고;
상기 제2 전기 접속 환상부는,
제2 환상 도파관 구조; 및
상기 제2 환상 도파관 구조에 전기적으로 결합된 제2 피드를 포함하고;
상기 환상 도파관 구조들은, 상기 환상 도파관 구조들 내의 각각의 환상 갭, 및 그들 사이의 축 갭을 규정하고;
제1 피드는, 상기 제1 환상 도파관 구조의 상기 환상 갭으로부터 상기 축 갭을 가로질러 상기 제2 환상 도파관 구조의 상기 환상 갭으로 전파되는 횡방향 전자기(TEM: transverse electromagnetic) 파를 발생하도록, 상기 제1 환상 도파관 구조에 동작적으로 결합되고,
상기 제1 및 제2 피드들은, 각각 한 쌍의 접지 평면들 사이에 있는 송신 라인들을 포함하고,
상기 송신 라인들은 상기 접지 평면들 중 하나의 갭을 가로지르는 핑거들을 포함하고;
상기 TEM 파는 상기 접지 평면들 중 하나의 상기 갭에서 발생되는, 회전 접합부.
제1항에 있어서,
상기 제1 부분과 상기 제2 부분 사이에 베어링을 더 포함하는, 회전 접합부.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 접지 평면들 중 다른 하나는 상기 접지 평면들 중 상기 하나의 상기 갭에서 발생된 상기 TEM 파를 반사 및 보강하는, 회전 접합부.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 피드들은, 단일 입력 또는 출력과, 피드들이 상기 환상 도파관 구조들에 동작적으로 결합되는 접속점들 사이의 전기 접속을 제공하는 스플리터들인, 회전 접합부.
제4항에 있어서,
상기 접속점들은, 상기 피드의 원주 둘레에 원주상으로 실질적으로 동등하게 펼쳐져 있는, 회전 접합부.
제3항에 있어서,
상기 피드들은 인쇄 회로 기판들을 포함하는, 회전 접합부.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 환상 도파관들 중 하나는 적어도 2개의 환상 노치를 포함하고, 상기 환상 노치들 중 적어도 하나는 상기 환상 도파관들 중 상기 하나의 상기 환상 갭 내부에 방사상으로 있고, 상기 환상 노치들 중 적어도 또 다른 하나는 상기 환상 도파관들 중 상기 하나의 상기 환상 갭 외부에 방사상으로 있는, 회전 접합부.
제7항에 있어서,
상기 환상 노치들은, RF 초크로서 기능하고, 상기 환상 도파관 구조들의 상기 환상 갭들 사이에 전달되는 전기 신호들에 대한 밀폐(containment) 또는 격리(isolation)를 제공하는, 회전 접합부.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 환상 도파관 구조는 상기 제2 환상 도파관 구조와 실질적으로 동일한, 회전 접합부.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 피드는 상기 제2 피드와 실질적으로 동일한, 회전 접합부.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 코어를 통해 광 신호들을 전달하는 광 신호 송신과 결합된 회전 접합부.
제1항 또는 제2항의 회전 접합부를 가로질러 전기 신호를 전달하는 방법으로서,
착신 전기 신호를, 이 신호를 분리하는 제1 피드에 입력하는 단계;
상기 제1 피드에서 횡방향 전자기(TEM) 파를 발생하는 단계 - 상기 TEM 파는 상기 제1 피드에 결합되는 제1 환상 도파관 구조를 통해 축 방향으로 전파됨 -;
상기 제1 환상 도파관 구조로부터 상기 제2 환상 도파관 구조로 축 갭을 가로질러 상기 TEM 파를 전달하는 단계 - 상기 제2 환상 도파관 구조는 상기 환상 도파관 구조들을 통과하지 않는 상기 회전 접합부의 회전축을 중심으로 상기 제1 환상 도파관 구조에 대해 상대적으로 회전할 수 있음 -; 및
상기 제2 환상 도파관 구조에 동작적으로 결합되는 제2 피드에서 상기 TEM 파로부터 발신 전기 신호를 발생하는 단계를 포함하는, 방법.
제12항에 있어서,
상기 TEM 파를 발생하는 단계는 상기 제1 피드의 접지 평면의 환상 갭에서 상기 TEM 파를 발생하는 단계를 포함하는, 방법.
제13항에 있어서,
상기 발생하는 단계는 상기 제1 피드의 제2 접지 평면으로부터의 반사를 이용하여 상기 TEM 파를 보강하는 단계를 포함하고, 상기 보강하는 단계는, 상기 제2 접지 평면이 상기 환상 갭을 가진 상기 접지 평면으로부터 상기 전기 신호의 4분의 1 파장만큼 떨어져서, 동상으로(in phase) 보강하는 단계를 포함하는 것인, 방법.
제13항에 있어서,
상기 발생하는 단계는 상기 제1 피드의 원주 둘레에서 서로에 대해 절반 파장만큼 이격된 상기 제1 피드의 접속점들로부터 발생하는 단계를 포함하는, 방법.
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