WO2001086899A1

WO2001086899A1 - Vorrichtung zur breitbandigen elektrischen signalübertragung mit beweglichem richtkoppler

Info

Publication number: WO2001086899A1
Application number: PCT/DE2001/001708
Authority: WO
Inventors: Georg Lohr
Original assignee: Schleifring & Apparatebau Gmbh
Priority date: 2000-05-05
Filing date: 2001-05-07
Publication date: 2001-11-15
Also published as: US20030132812A1; EP1282967A1; JP2003533130A; DE10191885B4; DE10191885D2; AU6891901A; US6825737B2; DE10021671A1

Abstract

Beschrieben wird eine Anordnung zur breitbandigen Signal- bzw. Energieübertragung zwischen mindestens zwei sich entlang einer beliebigen Trajektorie gegeneinander beweglichen Einheiten, bestehend aus einer ersten Einheit, welche eine symmetrische offene Leiterstruktur aus einer Vielzahl von Blindelementen, die an beiden Enden reflexionsfrei abgeschlossen sind, enthält, sowie mindestens einer zweiten Einheit, welche eine Koppeleinheit zur Ein- bwz. Auskoppelung elektrischer Signale enthält. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass mindestens eine der gegenüber der ersten Einheit beweglich angeordneten mindestens einen zweiten Einheit eine Treiberstufe zur Signaleinkoppelung in die erste Einheit besitzt und diese zumindest zeitweilig Signale in die Leiterstruktur der ersten Einheit einkoppelt.

Description

_VORRICHTUNG ZUR BREITBANDIGEN ELEKTRISCHEN SIGNALUBERTRAGUNG MIT BEWEGLICHEM RI CHTKOPPLER

BESCHREIBUNG

10

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung bzw. eine Anordnung zur Übertragung elektrischer Signale bzw. Energie zwischen mehreren gegeneinander bewegli- 15 chen Einheiten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Der Übersichtlichkeit halber wird in dieser Patentschrift nicht zwischen der Übertragung zwischen gegen- 20 einander 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

25 Energie unterschieden, da die Wirkungsmechanismen hier die selben sind. Weiterhin bezieht sich der Begriff Trajektorie auf den Bahnverlauf einer Bewegung. Sie kann also einer Geraden, einem Kreis oder eine anderen Kurve entsprechen. 30

Stand der Technik

Bei linear beweglichen Einheiten wie Kran- und Förderanlagen und auch bei drehbaren Einheiten wie Radaranlagen oder auch Computertomographen ist es notwendig zwi-

35 sehen gegeneinander beweglichen Einheiten elektrische

Signale bzw. Energie zu übertragen. Zur Signalübertra- gung sind kontaktierende, wie auch kontaktlose Verfahren bekannt. In der US-Patentschrift US 520 85 81 wird ein Verfahren beschrieben, welches mit einer geschlossenen Leiterbahn eine Signalübertragung auf kontaktie- rendem Wege ermöglicht. Dieses Verfahren besitzt zwei entscheidende Nachteile. Zum Einen ist es nur auf geschlossene rotationssymmetrische Anordnungen anwendbar und stellt somit keine Lösung für lineare Übertragungseinrichtungen, wie sie z. B. bei Krananlagen benötigt werden, zur Verfügung. Weiterhin bietet dieses System im Falle der Signaleinspeisung einer beweglichen Einheit in die Signalbahnen sehr schlechte Hochfrequenzeigenschaften. Das Problem hierbei ist, dass diametral gegenüberliegend zum Einspeisepunkt ein Abschlusswider- stand über eine zweite Schleifkontaktanordnung angekoppelt werden muss. Die Signalübertragung funktioniert nur dann einwandfrei, wenn sowohl die Einspeiseankoppe- lung als auch der Abschluss einwandfrei angekoppelt sind. Dies ist in der Praxis mit den üblichen Schleif- kontaktanordnungen, wie Goldfederdrähten oder Silber- graphitkohlen, nur sehr schwer zu erreichen. Der Grund liegt darin, dass derartige KontaktSysteme einen Übergangswiderstand aufweisen, welcher breitbandigen Rauschcharakter bis zu mehreren Megahertz Bandbreite haben kann. Wird nun zur einwandfreien Funktion der Übertragungsstrecke eine Serienschaltung (Einspeisepunkt und Abschluss) von zwei derartigen Kontaktsystemen benötigt, so ist eine störarme Übertragung nur mit sehr hohem Aufwand realisierbar. Vorteile bieten hier kontaktlose Übertragungstechniken, wie sie im US-Patent

US 553 04 22 und in der deutschen Patentschrift DE 197 00 110 beschrieben sind. Die erste dieser Übertragungstechniken benutzt zur Übertragung eine Streifenleitung, während die zweite dieser Übertragungstechniken eine aus einer Vielzahl von diskreten Blindelementen bestehende Leiterstruktur einsetzt. Diese bietet den Vorteil einer sehr hohen Störunterdrückung. Beide Leitersysteme sind nicht wie das zuerst zitierte Leitersystem an den Enden zu einem geschlossenen Ring verbunden. Sie sind offen und können damit jeder beliebigen Trajektorie an- gepasst werden. An beiden Enden dieser Leiterstrukturen befindet sich jeweils ein Abschlusselement zum reflexionsfreien Abschluss. Die Signaleinspeisung erfolgt fest an einer geeigneten Stelle in die Leiterstruktur. Damit erfolgt die Signalübertragung immer von der Leiterstruktur zu einer gegenüber dieser beweglich angeordneten Einheit. Dieses System besitzt jedoch in verschiedenen Anwendungen gravierende Nachteile. Wird z. B. im Falle einer linearen Übertragung der Signale von beweglichen Krananlagen zu einer stationären Einheit gewünscht, so muss an dieser beweglichen Krananlage ein Antennenelement, welches die gesamte Länge des Verfahr- weges abdeckt, angebracht sein. Dies bedeutet, dass am Fuße der Krananlage ein z. B. 50 m langer Antennenträger befestigt sein muss. Dies ist in der Praxis nicht realisierbar. In anderen Anwendungsgebieten, wie z. B. Computertomographen, ist die Leiterstruktur auf einem mechanischen Schleifring aufgebracht, der sich mit dem rotierenden Teil dreht. Damit ist eine Datenübertragung vom rotierenden Teil zum stationären Teil problemlos möglich, aber eine Übertragung in umgekehrter Richtung erfordert einen zusätzlichen Ring zur Aufnahme einer stationären Leiterstruktur. Dies ist aber gerade im Be- reich der Compütertomographen aus Kostengründen nicht realisierbar. Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es entsprechend dem Anspruch 1 eine Vorrichtung zur kontaktlosen Übertragung elektrischer Signale vorzustellen, die eine Übertragung von einer beweglichen Einheit zur Leiterstruktur oder die gleichzeitige Übertragung von Signalen in beiden Richtungen ermöglicht.

Die Aufgabe wird mittels der im Anspruch eins und sei- nen Unteransprüchen dargestellten Mitteln gelöst.

Zur Signalübertragung zwischen zwei entlang einer beliebigen Trajektorie angeordneten gegeneinander beweglichen Teilen wird eine symmetrische mit einem Differenzsignal betriebene Leiterstruktur benutzt, die an beiden Enden re lexionsfrei abgeschlossen ist. Im Falle der unidirektionalen Übertragung erfolgt die Einspeisung in die Leiterstruktur durch eine ihr gegenüber beweglich angeordneten Einkoppeleinheit. Diese ist als Leiterstruktur ausgeführt, die derart ausgelegt ist, dass sie auf induktivem oder kapazitivem Wege Signale in die erste Leiterstruktur einkoppeln kann. Die Signa1auskoppelung erfolgt durch ein gegenüber der Leiterstruktur unbeweglich befestigtes Auskoppelelement.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung der Anordnung ist derart ausgelegt, dass in beide Richtungen Signale übertragen werden können. Im Folgenden wird die Signal- Übertragungsrichtung von der Leiterstruktur zu einem dazu beweglichen Element als die erste Übertragungs- richtung, die entgegengesetzte Richtung als die zweite

Übertragungsrichtung bezeichnet. Grundsätzlich erfolgt die Signalübertragung in der ersten Richtung durch Einspeisung des Sendesignals an einem fest vorgegebenen Punkt in die Leiterstruktur. Bei drehbaren Anordnungen ist es sinnvoll, den Einspeisepunkt in die Mitte der LeiterStruktur, d. h., dem Ort, der von beiden Enden gleich weit entfernt ist, zu legen. Damit sind die Signallaufzeiten zu beiden Enden der Leiterstruktur gleich lang und entsprechend die Phasenverschiebung gleich Null . Dies führt beim Überfahren der Leiterenden zu einem kontinuierlichen Phasenverlauf ohne Sprünge. Die Signalübertragung in der zweiten Richtung erfolgt in der zuvor beschriebenen Weise von der beweglichen Einheit zur Leiterstruktur.

In einer besonders einfachen Ausführung der Anordnung kann hier der Empfänger der zweiten Richtung an der gleichen Einkoppelstelle wie der Sender für die erste Richtung an der Leiterstruktur angebracht werden. Bei dieser Ausführungsart ist allerdings nur ein Halbdu- plexbetrieb möglich, d. h. , es können in jeweils nur eine der beiden Richtungen zum gleichen Zeitpunkt Daten übertragen werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass mittels Richtkoppler die Signale der ersten und der zweiten Datenübertragungsrichtung voneinander getrennt werden. Dadurch ist die gleichzei- tige Übertragung in beiden Richtungen (Vollduplexbe- trieb) möglich.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird zumindest eines der beiden Signale für die erste oder die zweite Richtung zusätzlich auf einen

Träger moduliert. Wenn dieser Träger außerhalb des Übertragungsbereiches des jeweils anderen Signals gewählt wird, dann ist eine einfache Trennung der beiden Signale auch im Duplexbetrieb möglich. In einer weiteren Ausgestaltung der Anordnung ist mindestens ein Richtkoppler zur richtungsselektiven Aus- koppelung der Signale in den Träger der Leiterstruktur integriert .

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Richtkoppler zur Richtungstrennung der Signale in die Zuleitung zum Einkoppelpunkt der Leiter- Struktur integriert.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erfolgt sowohl die Ein- als auch die Auskoppelung von Signalen in die Leiterstruktur durch relativ gegenüber dieser beweglichen Einheiten. Damit ist eine Signalübertragung zwischen Einheiten, die sich mit unterschiedlichen relativen Geschwindigkeiten bewegen, möglich.

In einer weiteren Ausführung ist eine zusätzliche feste Ein- und Auskoppelung von Signalen an der Leiterstruktur vorgesehen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zumindest eine gegenüber der Leiterstruk- tur bewegliche Koppeleinheit als Richtkoppler ausgeführt. Damit können Signale richtungsabhängig ein- bzw. ausgekoppelt werden. Dies erlaubt eine bessere Trennung von Sende- und Empfangssignalen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird an beiden Enden der Leiterstruktur jeweils ein Empfänger fest angeschlossen. Weiterhin sind mindestens zwei bewegliche Sendeeinheiten vorhanden, welche als Richtkoppler ausgeführt sind. Diese Sendeeinheiten werden so angeordnet, dass die erste Sendeeinheit die Signale in Richtung des ihr zugeordneten ersten Empfängers aussendet. Die zweite Sendeeinheit wird so angeordnet, dass sie ihre Signale in der entgegengesetzten Richtung zu dem ihr zugeordneten Empfänger überträgt.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden an mindestens einem Ende der Leiterstruktur ein Sender für die erste Signalübertragungs- richtung sowie ein Empfänger für die zweite Signalübertragungsrichtung mittels eines Richtkopplers angekoppelt. Dieser Richtkoppler kann entsprechend dem Stand der Technik mit Leitungselementen oder auch diskreten Bauelementen, wie Übertragern, aufgebaut sein. Zum Emp- fang der Signale der ersten Übertragungsrichtung ist ein als Richtkoppler ausgeführtes Empfangselement vorgesehen. Das Senden bzw. die Einkoppelung der Sendesignale in der zweiten Übertragungsrichtung erfolgt über eine zweite gegenüber der Leiterstruktur bewegliche Koppeleinheit. Um ein Überkoppeln der Signale des beweglichen Senders zum beweglichen Empfänger zu vermeiden, muss sich dieser auf derjenigen Seite des Empfängers befinden, welche dem der ersten Signalübertragungsrichtung zugeordneten Sender abgewandt ist.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird jeweils zumindest ein Sender bzw. Empfänger über Richtkoppler fest an die Leiterstruktur angekoppelt, sowie ein beweglicher Sender, welcher ein als Richtkoppler ausgeführtes Einkoppelelement besitzt, vorgesehen. Die bewegliche Empfangseinheit kann hier ohne jede Richtungsselektion ausgeführt werden, wenn sie sich auf derjenigen Seite des beweglichen Senders befindet, welche demjenigen Ende der Leiterstruktur ab- gewandt ist, welches mit dem Empfänger der zweiten Signalübertragungsrichtung verbunden ist .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden bei einer festen Kontaktierung der Leiterstruktur mit Sender und Empfänger über Richtkoppler die beweglichen Koppelelemente für den beweglichen Sender sowie den beweglichen Empfänger als Richtkoppler ausgeführt .

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungs- beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exempla- risch beschrieben, auf die im übrigen hinsichtlich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1 : Ausführungsform der Erfindung mit einer beweglichen Einkoppeleinheit;

Fig. 2 : Anordnung mit einer zusätzlichen festen Auskoppeleinheit ;

Fig. 3 : Anordnung mit verschiedenen Ein- und Auskop- peleinheiten;

Fig. 4 : Anordnung mit fest angeschlossener Auskoppel- einheit;

Fig. 5 : Anordnung mit fest angeschlossener Einkoppel- einheit; Fig. 6 : Anordnung mit fest angeschlossener Ein- und

Auskoppeleinheit ; Fig. 7 .- Anordnung zur gleichzeitigen Übertragung von zwei Signalen der bewegten Einheiten zur stationären Einheit; Fig. 8 : Anordnung zur gleichzeitigen Übertragung von zwei Signalen der stationären Einheit zu den bewegten Einheiten;

Fig. 9 : Anordnung richtungsselektiver Signalauskopp- lung und richtungsunselektiver Signaleinkopplung der bewegten Einheit;

Fig. 10 : Anordnung richtungsunselektiver Signalauskopplung und richtungsselektiver Signaleinkopplung der bewegten Einheit; Fig. 11: Anordnung richtungsselektiver Signalein- und Auskopplung der bewegten Einheit;

Fig. 12: Anordnung richtungsselektiver Signalein- und Auskopplung der bewegten Einheit über rich- tungsunselektive Koppelemente; Fig. 13 : Anordnung optimiert für geschlossene Trajek- torie;

Fig. 14 : Weitere Anordnung optimiert für geschlossene

T rajektorie;

Fig. 15 : Bidirektionale Übertragung mit richtungsunse- lektiven Koppelelementen.

Darstellung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt beispielhaft eine besondere Ausführungsform der Erfindung.

Eine Leiterstruktur, bestehend aus den beiden symmetrisch angeordneten Leitern (la) und (1b) , ist an beiden Enden mit den Abschlüssen (2) und (3) reflexions- frei abgeschlossen. In diese wird ein von der Treiber- stufe (4) erzeugtes, symmetrisches Signal über das Koppelelement (5) eingekoppelt. Dieses Koppelelement kann ein mechanischer Schleifkontrakt oder auch eine kontaktlose Anordnung zur induktiven bzw. kapazitiven Ein- koppelung sein.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungs orm der Erfindung, welche ein zusätzliches Empfangselement enthält . Der Emp- fang der eingespeisten Signale erfolgt hier über ein

Empfangselement (6) , welches fest an die Leiterstruktur kontaktiert ist.

Fig. 3 zeigt eine besonders flexible Ausführung der Er- findung. Hier ist zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Elementen noch eine weiteres Empfangselement (14) mit zugeordnetem Einkoppelelement (15) , welche wahlweise zusammen oder unabhängig mit der ersten Treiberstufe gegenüber der Leiterstruktur bewegt werden kann. Da- durch ist eine Kommunikation zwischen beiden bewegten Einheiten möglich. Weiterhin können beliebig viele der beweglichen Einheiten vorgesehen werden.

Weiterhin ist beispielhaft eine zusätzliche Treiberstu- fe (16) vorhanden, welche fest mit der Leiterstruktur verbunden ist .

Die hier gezeigte Anordnung ist grundsätzlich auch ohne die beiden fest installierten Einheiten (6) und (16) funktionsfähig.

Fig. 4 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer fest an die Leiterstruktur angeschlossenen Empfangseinheit (17) wobei deren Eingangsimpedanz zusammen mit der Abschlussimpedanz (3) für einen reflexionsfreien Abschluss der Leiterstruktur sorgt.

Fig. 5 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer fest an die Leiterstruktur angeschlosse- nen Sendeeinheit (18) wobei deren AusgangsImpedanz für einen reflexionsfreien Abschluss der Leiterstruktur sorgt. Es ist grundsätzlich vorteilhaft, auch das zur stationären Einkopplung verwendete Leiterstrukturende reflexionsfrei abzuschließen. Es gibt jedoch auch Anwendungen, bei denen eine Reflexion an diesem Ende toleriert werden kann. In solchen Fällen ist eine nieder- ohmige Einspeisung wegen der damit erreichbaren höheren Signalamplitude vorteilhaft.

Fig. 6 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Anordnung mit einer fest an die Leiterstruktur angeschlossenen Empfangseinheit (17) und einer fest an die Leiterstruktur angeschlossenen Sendeeinheit (18) .

Fig. 7 zeigt eine Abbildung zur gleichzeitigen Übertragung von zwei Kanälen. Dabei ist an jedem Ende der Leiterstruktur eine Empfangseinrichtung angeordnet. Die Einkoppelung der Signale von den beweglichen Einheiten erfolgt über Koppelelemente, welche als Richtkoppler

(20) , (21) ausgeführt sind. Die Koppelrichtung beider Richtkoppler (20) , (21) zeigt in entgegengesetzte Richtungen zu den jeweils zugeordneten Empfängern. Es ist jeweils der Sender für die erste Übertragungsrichtung mit Tl, der zugehörige Empfänger mit RI bezeichnet. Die Elemente der zweiten Übertragungsrichtung sind mit T2 und R2 gekennzeichnet .

Der Einfachheit halber sind in dieser und den folgenden Darstellungen die symmetrisch ausgeführten Leiterstrukturen (1) als einfache Linien dargestellt. Für diejenigen Fälle, in denen die Koppelelemente zur Signaleinbzw. Auskopplung als Richtkoppler ausgeführt sind, sind diese als symmetrische Bauelemente realisiert. Sind Richtkoppler über Leitungen an Leiterstruktur oder Koppelemente angekoppelt, so können diese wahlweise symmetrisch oder auch asymmetrisch aufgebaut werden. Ein asymmetrischer Aufbau ist sinnvoll, wenn der Richt- koppler über ein Symmetrierelement wie z.B. ein Balun mit der symmetrisch aufgebauten Leiterstruktur verkoppelt ist.

Fig. 8 zeigt eine ähnliche Anordnung mit umgekehrter Datenübertragungsrichtung. Dabei sind an beiden Enden der Leiterstruktur Sender (Tl) , (T2) angeordnet. Die zugehörigen Empfänger (RI) , (R2) sind über Koppelelemente, welche als Richtkoppler (20) , (21) ausgeführt sind, beweglich angeordnet. Dabei ist die Koppelrich- tung der beiden Richtkoppler entgegengesetzt, so dass jeder Empfänger ausschließlich die Signale des ihm zugeordneten Senders empfängt .

Fig. 9 zeigt eine Anordnung, bei der an einem Ende der Leiterstruktur ein Sender (Tl) sowie ein Empfänger (R2) über Richtkoppler angekoppelt sind. Dabei speist der Sender (Tl) für die erste Übertragungsrichtung das Signal in die Leiterstruktur ein, während der Richtkoppler (22) selektiv das Signal, welches aus der Leiter- Struktur kommt, zum Empfänger (R2) der zweiten Übertragungsrichtung leitet. Als Auskoppelelement für die erste Übertragungsrichtung ist ein Richtkoppler (20) vorgesehen, der selektiv die Signale aus der Richtung des ihm zugeordneten Senders (Tl) zum Empfänger (R2) über- trägt. Auf einer zweiten beweglichen Einheit, welche fest mit der ersten beweglichen Einheit verbunden sein kann, befindet sich ein Sender (T2) , welcher seine Signale mittels eines richtungsunselektiven Koppelelementes (27) in die Leiterstruktur überträgt. Das Signal dieses Senders breitet sich nun in beiden Richtungen in der Leiterstruktur aus. Dabei wird es einerseits über den mit der Leiterstruktur verbundenen Richtkoppler, dem Empfänger (R2) der zweiten Signalrichtung zuge- führt, andererseits wird die zweite in entgegengesetzter Richtung laufende Welle vom reflexionsfreien Abschluss (3) der Leiterstruktur absorbiert.

Fig. 10 zeigt eine Anordnung bei der gegenüber der vor- hergehenden Anordnung die richtungsselektiven Elemente vertauscht sind. Hier ist nun der Sender (T2) der zweiten Übertragungsrichtung über einen Richtkoppler (20) an die Leiterstruktur angekoppelt. Der bewegliche Empfänger wird über ein richtungsunselektives Koppelele- ment (29) mit der Leiterstruktur verkoppelt. Bei dieser Anordnung ist eine Richtungsselektivität im beweglichen Empfänger nicht notwendig, da das Signal des beweglichen Senders (T2) ausschließlich in die Richtung des mit der Leiterstruktur fest verbundenen Empfängers (RI) übertragen wird.

Fig. 11 zeigt eine weitere Anordnung, bei der zur Signalein- und Auskoppelung der beweglichen Einheiten Richtkoppler eingesetzt werden. Diese Anordnung besitzt gegenüber den beiden vorhergehenden Anordnungen den

Vorteil, dass die Entkoppelung zwischen dem beweglichen Sender und dem beweglichen Empfänger wesentlich höher ist.

Fig. 12 zeigt eine Anordnung, bei der der Sender (Tl) für die erste Übertragungsrichtung sowie der Empfänger (R2) für die zweite Übertragungsrichtung mittels eines Richtkopplers (22) fest an die Leiterstruktur angeschlossen sind. Weiterhin ist eine bewegliche kombi- nierte Sende- und Empfangseinheit vorgesehen, bei der die Signale von Sender (T2) und Empfänger (RI) ebenfalls über Richtkoppler (23) getrennt werden. Zur Einbzw. Auskopplung der Signale wird ein richtungsunselek- tives Koppelelement (29) verwendet.

Fig. 13 zeigt eine Anordnung, wie sie vorzugsweise zur Drehübertragung oder zumindest bei geschlossenen Tra- jektorien eingesetzt werden kann. Hierbei erfolgt bei- spielsweise die Ankoppelung des Senders für die erste Signalübertragungsrichtung (Tl) sowie des Empfängers (R2) für die zweite Signalübertragungsrichtung durch einen Richtkoppler (26) näherungsweise in der Mitte der Leiterstruktur. Grundsätzlich kann die Einkopplung an jedem beliebigen Punkt der Leiterstruktur erfolgen. Sind die beiden Enden der Leiterstruktur jedoch nahe beieinander angeordnet, so sollten die Signalphasen der Signale an den Enden möglichst gleich sein. Dies lässt sich durch die gleiche Signallaufzeit beider Signale und damit durch gleiche Leiterlängen erreichen. Die gegenüber dieser Leiterstruktur bewegliche Einheit ist derart ausgeführt, dass sie von jeder Position der Leiterstruktur aus Daten senden bzw. empfangen kann. Das Senden der Daten (T2) von der beweglichen Einheit er- folgt mit dem richtungsunselektiven Koppelelement (27) .

Der Empfang der Signale (RI) erfolgt abhängig von der relativen Position der festen Einkoppeleinheit zur beweglichen Einkoppeleinheit wahlweise über einen der beiden Richtkoppler (24) oder (25) . So wird im darge- stellten Fall das Signal (Tl) in die Leiterstruktur eingekoppelt und über den Richtkoppler (25) zum Empfänger (RI) ausgekoppelt. Der Richtkoppler (24) kann hier wegen der falschen Richtung nur einen vernachlässigbaren Signalanteil auskoppeln. Die Verknüpfung der beiden Richtkoppler erfolgt in der Verknüpfungseinheit (28) wahlweise über einen Addierer oder aber auch über einen Umschalter, welcher beispielsweise durch einen Positionsencoder gesteuert werden kann.

Fig. 14 zeigt eine verbesserte Ausführung der in Fig. 13 dargestellten Anordnung. Befindet sich in der Anordnung aus Fig. 13 das Einkoppelelement (27) direkt über der stationären Ankoppelstelle des Sendesignals (Tl) bzw. des Empfangssignals (R2) , so ist ein Empfang nicht möglich, da sich das Sendesignal über die Leiterstruktur in den Richtungen der größten Koppeldämpfung entlang der Richtkoppler (24) und (25) bewegt. Damit kann nur ein sehr geringer Signalanteil ausgekoppelt werden. Dem hilft die in Fig. 14 dargestellte Anordnung ab.

Hier wird die Leiterstruktur in zwei Stücke unterteilt. Beide Stücke sind wie zuvor die gesamte Leiterstruktur an beiden Enden durch die Abschlussimpedanzen (2) , (12) bzw. (3), (13) reflexionsfrei abgeschlossen. Die sta- tionären Einspeisepunkte befinden sich nahe beieinander in einem Abstand, der jedoch mindestens so groß ist, wie einer der beiden zur beweglichen Signalauskoppelung eingesetzten Richtkoppler (24) oder (25) plus die Länge des Koppelelementes (27) . Dadurch ist sichergestellt, dass zumindest einer der beiden Richtkoppler (24) oder

(25) ein Signal der Richtung (Tl) in der Signalrichtung niedriger Dämpfung erhält. Zur Signalauskoppelung an den stationären Punkten werden die beiden durch die Richtkoppler (31) bzw. (32) ausgekoppelten Signale über eine Einheit (33) miteinander verknüpft. Diese Einheit

(33) kann als Addierer ausgestaltet sein oder aber auch einen Schalter enthalten, welcher positions- oder Signalstärkeabhängig zwischen den beiden Signalen aus dem Richtkoppler (31) oder (32) umschaltet. Fig. 15 zeigt eine besonders einfache Ausführung der Erfindung. Hier ist der Übersichtlichkeit halber nur die Koppeleinrichtung eines der beweglichen Elemente dargestellt. Die Signalein- bzw. Auskoppelung erfolgt über zwei voneinander unabhängige, möglichst räumlich getrennte Koppelelemente . Das Signal der zweiten Übertragungseinrichtung (T2) wird über das erste dieser beiden Koppelelemente (35) in die Leiterstruktur ausge- koppelt. Das Empfangssignal wird über das zweite Koppelelement (36) ausgekoppelt und an die Auswerteeinheit (34) weitergeleitet. Diese Auswerteeinheit hat die Aufgabe, das Empfangssignal, welches eine Summe der Signale des Senders (Tl) der ersten Übertragungseinsrichtung sowie des Senders (T2) der zweiten Übertragungseinrichtung enthält nach Übertragungsrichtungen zu trennen. Dies geschieht im einfachsten Falle durch die Subtraktion eines gewissen Anteils des Sendesignals (T2) welche in etwa der Signaldämpfung zwischen den beiden Kop- pelelementen und der Leiterstruktur entspricht. Die

Differenz ist das Empfangssignal für die erste Richtung (RI) .

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Anordnung zur breitbandigen Signal- bzw. Energieübertragung zwischen mindestens zwei sich entlang einer beliebigen Trajektorie gegeneinander beweglichen Einheiten, bestehend aus einer ersten Einheit, welche eine vorzugsweise symmetrische offene Leiterstruktur aus einer Vielzahl von Blindelementen, die an beiden Enden reflexionsfrei abgeschlossen sind, enthält, sowie mindestens einer zweiten Einheit, welche eine Koppeleinheit zur Ein- bzw. Auskoppelung elektrischer Signale ent- hält, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine bzw. die gegenüber der ersten Einheit beweglich angeordnete zweite Einheit eine Treiberstufe zur Signaleinkoppelung in die erste Einheit besitzt und diese zumindest zeitweilig Signale in die Leiterstruktur der ersten Einheit einkoppelt .

2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein beweg- liches Leiterpaar zur kontaktlosen induktiven oder kapazitiven Signaleinkoppelung in die Leiterstruktur vorgesehen ist .

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein mit der

LeiterStruktur ortsfest verbundenes Empfangselement zum Empfang der Signale vorhanden ist.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein gegen die Leiterstruktur beweglich angeordnetes Empfangselement vorhanden ist .

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine weitere zur Leiterstruktur feststehende Treiberstufe vorhanden ist, welche Signale in die Leiterstruk- tur einspeist.

6. Anordnung nach Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass der Einspeisepunkt der Treiberstufe im Falle einer geschlossenen, insbesondere einer kreisförmigen Trajektorie am Punkt halber Leiterlänge angebracht ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberstufen bzw. Empfangselemente mittels Richtkopplern an die

Leiterstruktur angekoppelt werden, um Sende- bzw. Empfangssignale zu trennen.

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Richtkoppler zur Ein- bzw. Auskoppelung der Signale in die Leiterstruktur integriert ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Treiberstufe mit einem Modulator zur Modulation der Sendesignale vorhanden ist und zumindest ein Emp- fangselement einen entsprechenden Demodulator besitzt.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine gegenüber der Leiterstruktur bewegliche Koppeleinheit als Richtkoppler zur richtungsabhängigen Signalein- bzw. Auskoppelung ausgeführt ist.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Enden der Leiterstruktur jeweils ein Empfänger fest angeschlossen ist, sowie weiterhin eine erste bewegliche als Richtkoppler ausgeführte Koppeleinheit derart angeordnet ist, dass sie Signale überwiegend in Richtung des ihr zugeordneten ersten Empfängers sendet und weiterhin mindestens eine zweite als Richtkoppler ausgeführte Koppeleinheit derart angeordnet ist, dass sie ihre Signale überwie- gend in Richtung der ihr zugeordneten zweiten Empfangseinheit überträgt.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Ende der Leiterstruktur ein Sender für die erste Datenrichtung, sowie ein Empfänger für die zweite Datenrichtung mittels eines Richtkopplers angekoppelt sind und dass weiterhin eine erste beweglich ausgeführte Auskoppeleinheit, welche als Richtkoppler zum Empfang der Daten in der ersten Datenübertragungsrichtung ausgeführt ist, sowie weiterhin mindestens eine zweite bewegliche Koppeleinheit zur Einkoppelung der Signale in der zweiten Signal- übertragungsrichtung vorhanden ist .

13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass an mindestens einem

Ende der Leiterstruktur über Richtkoppler ein Sender für die erste Signalübertragungsrichtung sowie ein Empfänger für die zweite Signalübertragungs- richtung angekoppelt sind und dass eine bewegliche Koppeleinheit, welche mit einem Sender für die zweite Signalübertragungsrichtung verbunden ist, als Richtkoppler ausgeführt ist, sowie eine weitere bewegliche Empfangseinheit für die erste Signalübertragungsrichtung vorhanden ist .

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite bewegliche Koppeleinheit zur Einkoppelung der Signale in der zweiten Datenübertragungsrichtung als Richtkoppler ausgeführt ist.