[发明专利]分级频率响应非接触式滑环探针

说明书

一种用于跨滑环的接口接收来自发送器的电信号的传输的探针包括信号捕获区域，该区域包括与滑环的发送器间隔开布置用于接收跨滑环的接口发送的信号的至少一个分段的信号接收条带。分段的信号接收条带被配置为接收信号的频率信号内容范围并且具有具有第一频率响应的第一信号接收段、电耦合到所述第一信号接收段并且具有小于第一频率响应的第二频率响应的第二信号接收段，以及耦合到第一信号接收段并且具有小于第一频率响应的第三频率响应的第三信号。

技术领域

本发明涉及一种滑环探针，更特别地，涉及一种具有分段分级频率响应探针的滑环。

背景技术

用于在相对于彼此可旋转的两个构件之间传导电信号的设备在本领域中是众所周知的。一般称为旋转接头或旋转电接口的这种设备包括滑环和扭囊等。当需要在构件之间无限制旋转时通常使用滑环，而当仅需要在构件之间有限旋转时通常使用扭囊。

滑环允许从静止结构到旋转结构或以其他方式在相对于彼此旋转的两个结构之间传输电力和信号，包括数据。滑环可以用于任何在传输电力或信号时需要旋转的机电系统。滑环还可以提高机械性能、简化系统操作，并消除悬挂在可移动接头上的易损坏电线。传统上，滑环设计仅在滑环区域的很小一部分上传送数据。

常规的滑环通常在构件之间采用滑动电触点。这些在某些应用中工作良好，但它们具有固有的弱点，即，限制了更高频率下的电气性能。非接触式滑环在现有技术中也是已知的。这种旋转接头系统使得能够在转子和定子之间传输高频电信号，而无需滑动电触点。这种非接触式系统包括用于回收跨信号源和信号接收器之间的空间发送的电磁能的设备。在射频(“RF”)通信系统中，这样的设备被称为天线(antennas)(或天线(antennae))，并且通常在自由空间的经典远场电磁辐射中操作。相比之下，利用电磁近场在非常短的距离内实现电气通信并从电磁近场中回收能量的旋转接头被称为“场探针”，或简称为“探针”。

旨在在电磁源的无功近场中起作用的设备采用与其远场对应物不同的形式，其中磁回路、电压探针和电阻加载偶极子在现有技术中是已知的。近场应用包括RF ID标签和安全低速数据传输，它们在近场中利用磁感应。如本文所使用的，“探针”是在电磁源的近场中操作的结构，并且“天线”是为旨在主要作为远场设备的那些辐射结构保留的。本公开的主题包括在诸如滑环之类的非接触式旋转接头的近场中操作的电磁场探针。

常规天线和近场探针表现出多种行为，当以大于1Gbps的数据传输速率操作时，这些行为妨碍或损害了它们在非接触式旋转接头系统中的使用。这种旋转接头系统需要超宽带(“UWB”)频率响应来传递数千兆比特数字数据的必要频率分量，并表现出高回波损耗和低失真脉冲响应以保持信号的时域特性。此外，非接触式旋转接头表现出使捕获跨旋转间隙发送的能量所需的天线和场探针的设计复杂化的特性。通常，非接触式旋转接头随着转子和定子之间的旋转而表现出场强变化、当信号作为波在传输线中从信号源到传输线终端传播时表现出定向行为，并且甚至可能在近场是不连续的。高频非接触式旋转接头对近场探针的设计提出了一系列独特的挑战。

大多数现有技术的天线和探针是窄带驻波设备，它们缺乏频率响应和时域响应来适应多吉比特数据流的宽带能量。小的近场电压和电流探针可能表现出合理的频率和脉冲响应，但对于可接受的信噪比通常缺乏足够的捕获区域。

美国专利No.10,033,074公开了非接触式旋转接头，用于跨限定在两个相对可移动构件之间的接口发送电信号，解决了现有旋转接头解决方案的一些缺点。美国专利No.10,033,074公开了一种非接触式旋转接头，它广泛地包括可操作地布置以提供高速数字数据输出信号的信号源、具有源间隙和终端间隙的受控阻抗差分传输线、可操作地布置为从信号源接收高速数字数据输出信号并将其提供给受控阻抗差分线的源间隙的功率分配器、布置为与传输线间隔开，用于接收跨接口发送的信号的近场探针，以及可操作地布置为接收由探针接收的信号的接收电子器件。