DE19610628A1 - Vorrichtung zur Hochfrequenzübertragung zwischen drehbaren Teilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Über­ tragung hochfrequenter Signale zwischen bewegten Teilen, bestehend aus einer Signalquelle und einer Signalsenke verbunden durch einen Übertragungskanal.

Hochfrequente Signale müssen häufig zwischen relativ zu­ einander drehbaren Teilen übertragen werden. Ein typisches Einsatzgebiet solcher Übertragungsstrecken liegt in der Radartechnik, wo Signale von der Sende- und Empfangsein­ heit zur Antenne übertragen werden. Gegenstand der Er­ findung ist hier nicht die Hochleistungs-Mikrowellen Übertragung, sondern die Übertragung hochfrequenter Signale wie z. B. Zwischenfrequenz-Signale oder auch digitale Daten.

Derartige Übertragungsstrecken werden in der Regel mittels Koppelkapazitäten oder als verkoppelte Resonanzkreise ausgebildet. Die auf Koppelkapazitäten basierenden Über­ tragungsstrecken werden meistens mit Kondensatorplatten­ paketen realisiert. Diese Paketbauweise erinnert an die bekannten Platten-Drehkondensatoren. Der Unterschied besteht in der Plattengeometrie so, daß bei Drehkondensatoren die Kapazität vom Drehwinkel abhängig ist, während sie bei Drehübertragungsstrecken unab­ hängig vom Winkel ist. Derart gestaltete Übertragungs­ strecken zeichnen sich durch eine relativ hohe Bandbreite im Gegensatz zu anderen Übertragungstechniken aus. Der Nachteil liegt im hohen technischen Aufwand der Plattenpakete und einer oberen Grenzfrequenz, die weit unter einer Wellenlänge liegt, die den Abmessungen des Plattenpaketes entspricht. Ein weiterer Nachteil dieser Anordnung ist die hohe Empfindlichkeit gegenüber mechanischen Beanspruchungen sowie Stoß und Vibration.

Die auf verkoppelten Resonanzkreisen basierenden Über­ tragungsstrecken besitzen gute Übertragungseigenschaften, sind aber naturgemäß nur sehr schmalbandig. Sie sind auch gekennzeichnet durch einen hohen fertigungstechnischen Aufwand und benötigen gegebenenfalls einen Abgleich. Für unterschiedliche Anwendungsfälle müssen diese Elemente jeweils unterschiedlich dimensioniert werden, so daß es kaum möglich ist, mit solchen Übertragungsstrecken in Standardbauform eine breite Produktpalette zu realisieren.

Um die Nachteile dieser Anordnungen zu vermeiden wurden von mehreren Seiten Versuche unternommen, die Hoch­ frequenzübertragungseigenschaften konventioneller Schleifringe zu verbessern. Ein solches Verfahren ist die gleichzeitige Einspeisung der Signale an mehreren Stellen, so daß in manchen Betriebszuständen Resonanzen erst bei höheren Frequenzen auftreten.

Ein anderes Verfahren versucht, einen Schleifring mit definiertem Wellenwiderstand auszubilden und diesen an einer geeigneten Stelle mit dem Wellenwiderstand ab zu­ schließen.

Beide Verfahren sind für eine breitbandige Hoch­ frequenzübertragung gänzlich ungeeignet, da sie von einer geschlossenen, ringförmigen Kontaktbahn ausgehen. Diese wird immer eine kapazitive Last darstellen. Selbst bei Anbringung eines dem Wellenwiderstand entsprechenden Widerstandes kann ein geschlossener Ring niemals re­ flexionsfrei gestaltet werden. Warum dies nicht möglich ist, soll anhand von Fig. 2 und Fig. 3 erläutert werden.

Fig. 2 zeigt einen geschlossenen Ring, ausgebildet mit einem Wellenwiderstand von Z₀=50 Ω. An diesem ist ein reeller Widerstand (2) mit R=50 Ω angebracht. In Fig. 3 ist nun ein kleiner Ausschnitt des Ringes mit dem reellen Widerstand dargestellt. Unter der Prämisse, daß der Ring tatsächlich reflexionsfrei abgeschlossen ist, würde eine in Richtung (3) fortschreitende Welle vor dem Widerstand (2) eine Impedanz vorfinden, die sich aus einer Parallelschaltung von dem reellen Widerstand mit R=50 Ω sowie der hinter dem Widerstand weiterführenden Leitung mit Z₀=50 Ω ergibt. Der Wert der Parallelschaltung wäre damit 25 Ω. Damit kann für die Welle vor dem Widerstand die Leitung nicht reflexionsfrei sein. Auch mit allen anderen Kombinationen von Wellenwiderständen und Ab­ schlußwiderständen läßt sich hier keine reflexionsfreie Leitung realisieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Übertragung hochfrequenter Signale zwischen drehbaren Teilen bestehend aus einer Signalquelle und einer Signalsenke verbunden durch einen Übertragungskanal derart weiterzubilden, daß eine zuverlässige, breitbandige Über­ tragung gewährleistet ist, deren obere Grenzfrequenz über der Wellenlänge liegt, die durch den maximalen Weg der Bewegung vorgegeben ist.

Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Die Erfindung nutzt die breitbandigen Signalübertragungs­ eigenschaften einer reflexionsfrei abgeschlossenen Lei­ tung. Eine solche Leitung kann entsprechend dem Stand der Technik als Koaxialleitung, Streifenleitung, oder auch symmetrische Zweidrahtleitung aufgebaut sein. Selbst­ verständlich sind auch andere Leitungstypen zur Führung elektromagnetischer Wellen geeignet, die über die Länge einen konstanten, definierten Wellenwiderstand besitzen und an mindestens einem Ende mit einem dem Wellenwider­ stand entsprechenden Widerstand reflexionsfrei abge­ schlossen sind.

In der Regel sind derartige Leitungen an beiden Enden mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen. Ebenso kann aber auch eine Signalquelle mit unangepaßtem Innenwiderstand an eine Leitung, welche selbst mit einem dem Wellenwiderstand entsprechenden Widerstand reflexionsfrei abgeschlossen ist, angeschlossen werden. Am reflexionsfreien Abschluß kann keine Reflexion entstehen. Durch eine kreisförmige Anordnung einer solchen Leitung entsprechend dem Weg der Drehbewegung können die Informationen entlang der Leitung abgegriffen werden.

In der Darstellung der Erfindung wird auf den Begriff Leitung bezug genommen. Selbstverständlich bezieht er sich auch im Falle mehrerer Leitungen auf alle Leitungen. Der Begriff Drehbewegung bezieht sich auf eine drehende Beweg­ ung in einem beliebigen Winkelbereich und betrifft somit begrenzte Winkelbereiche bis hin zu kontinuierlichen Dreh­ bewegungen.

In einer besonders vorteilhaften Ausführung erfolgt die Auskopplung von Signalen dieser Leitung über eine hoch­ ohmige Auskoppelschaltung, die somit am Ort der Aus­ kopplung keine Reflexionen verursacht. Eine solche Aus­ koppelschaltung kann sich eines Übertragers oder auch eines Verstärkers mit hochohmigem Eingang oder eines Impedanzwandlers bedienen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt die Auskopplung des Signals mittels einer Feldsonde. Dies kann sowohl eine E-Feldsonde als auch eine H-Feldsonde oder eine Kombination aus beiden Typen wie eine zweite ver­ koppelte Leitung sein. Wichtig bei der Gestaltung der Feldsonde ist, daß sie das Feld der Leitung nicht so be­ einflußt, daß auf der Leitung Reflexionen entstehen. Eine Dämpfung des Signals auf der Leitung durch die Sonde ist zulässig, da hier keine weiteren Reflexionen auftreten.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung können auch kontaktierend Signale in die Leitung eingekoppelt werden.

Hierzu ist es allerdings notwendig, die Leitung an beiden Enden reflexionsfrei abzuschließen, da sich vom drehbaren Punkt der Einkopplung aus Wellen in beiden Lei­ tungsrichtungen fortpflanzen.

In einer anderen Ausgestaltung werden Signale über ein Koppelelement in die Leitung eingekoppelt, welches eine Verkopplung der E-Felder und/oder der H-Felder her­ stellt. Dieses Koppelelement kann im einfachsten Falle eine weitere Leitung sein, welche parallel zur ersten Leitung angeordnet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exempla­ risch beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 Schematisierte Darstellung einer er­ findungsgemäßen Anordnung,

Fig. 2 Übertragungseinrichtung gemäß dem Stand der Technik und

Fig. 3 Ausschnitt aus Darstellung gemäß Fig. 2.

Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Anordnung. Eine Übertragungsstrecke zur Signalübermittlung bestehend aus einem Sender und/oder Empfänger (3) sowie einem relativ dazu rotierenden Empfänger und/oder Sender (4) welche mittels einer Leitung (1), die mit einer Im­ pedanz (2) entsprechend ihrem Wellenwiderstand abge­ schlossen ist, Signale austauschen.

Fig. 2 stellt eine dem Stand der Technik entsprechende Anordnung dar. Sie besteht aus einem Sender und/oder Empfänger (3) verbunden mit einer zu einem Ring ge­ schlossenen Leitung (5), die mit einem Ab­ schlußwiderstand (2) verbunden ist. Die Signalübertragung zu dem relativ dazu rotierenden Empfänger und/oder Sender (4) erfolgt meistens durch galvanische Kontaktgabe mit der Leitung (5).

Fig. 3 dient zur Erläuterung der Impedanzverhältnisse einer dem Stand der Technik entsprechenden Anordnung nach Fig. 2. Eine Elektromagnetische Welle, die sich in Richtung (6) ausbreitet findet unter der Annahme, der Leitungsring sei entsprechend seinem Wellenwiderstand abgeschlossen, eine Parallelschaltung der Impedanzen des Leitungsringes (5) und des Abschlußwiderstandes (2) vor. Der Gesamtwert der Impedanz ist in jedem Fall kleiner als die Impedanz des Leitungsringes und stellt damit eine Fehlanpassung dar.

Claims (5)

1. Anordnung zur Hochfrequenzübertragung zwischen re­ lativ zueinander drehbaren Teilen, bestehend aus einer Signalquelle und einer Signalsenke verbunden durch einen Übertragungskanal, dadurch gekennzeichnet, daß im Signalpfad des Über­ tragungskanals mindestens eine Leitung vorgesehen ist, die zumindest an einem Ende mit einem Widerstand ent­ sprechend ihrem Wellenwiderstand reflexionsfrei abge­ schlossen ist und den Empfänger speist und/oder wahlweise vom Sender gespeist wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Signalpfad des Über­ tragungskanals die Auskopplung der Signale aus der Leitung über eine hochohmige Auskoppelschaltung er­ folgt, welche keine zusätzlichen Reflexionen auf der Leitung verursacht.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Signalpfad des Über­ tragungskanals die Auskopplung der Signale aus der Leitung über eine Feldsonde erfolgt, welche keine zus­ ätzlichen Reflexionen auf der Leitung verursacht.

4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Signalpfad des Über­ tragungskanals die Einkopplung der Signale in die Lei­ tung kontaktierend erfolgt, und gleichzeitig die Lei­ tung an beiden Enden entsprechend ihrem Wellenwider­ stand reflexionsfrei abgeschlossen ist.

5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Signalpfad des Über­ tragungskanals die Einkopplung der Signale in die Lei­ tung über ein Koppelelement erfolgt, das über elektrische und/oder magnetische Felder Signale in die Leitung einkoppelt.