使用波导的旋转传输系统的制作方法

本发明涉及旋转传输系统，该旋转传输系统用于在旋转设备之间提供非接触式高速数据链路，并且该旋转传输系统特别用于计算机断层扫描仪。

背景技术：

1、非接触式数据链路可用于将旋转设备耦合到静止部分，该旋转设备如计算机断层扫描(ct)扫描仪的台架的旋转部分。数据速率在1gbit/s以上甚至超过10gbit/s的范围内。这种数据链路也可以称为旋转接头或滑环。

2、由于ct扫描仪具有较大的用于容纳待扫描的患者的内孔，因此ct扫描仪中使用的旋转接头必须具有较大的直径，该直径通常在1m至1.5m的范围内。us 5,646,962公开了这种非接触式旋转接头，该非接触式旋转接头基于带状线和电容拾波器，该带状线用于围绕环形主体引导信号，电容拾波器可以移动到环形主体以接收所述信号。

3、在ep 0 093 468中公开的另一种方法使用波导来传输信号。包括环形形状的导电中空主体的静止波导具有固定的接收天线。此外，可旋转的传输天线可以在主体中在径向槽中移动，以将信号耦合到波导的内部中。这些信号沿着波导传播，直到信号到达接收天线。

4、问题是波导的相对带宽相对较小，这限制了可用的数据速率。此外，波导中的径向槽必须相对较窄以避免波导的退化。传输天线必须配装在该槽中，并且因此只能是较小的引脚。这种天线在天线的带宽和效率方面受到限制。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是在可旋转的部分之间提供改进的高速耦合。

2、在独立权利要求中描述了问题的解决方案。从属权利要求涉及本发明的进一步改进。

3、旋转接头包括环形通道，该旋转接头包含在可旋转的部分之间的高速数据链路。环形通道可以包含内环和外环。两个环可以围绕轴线相对于彼此旋转，该轴线可以是旋转接头的旋转轴线。外环具有比内环更大的直径，从而在环之间提供径向的间隙或空间。另外，内环和外环可以轴向地对准。基本上，环中的任何一个可以是静止的，而另一个是可旋转的。

4、环形通道还可以包含至少一个或两个侧壁。第一侧壁轴向地位于环的一个侧部上，而第二侧壁轴向地位于环的另一侧部或相反的侧部上。内环、外环、第一侧壁和第二侧壁形成环形通道，该环形通道可以具有矩形横截面或正方形横截面。基本上，侧壁中的任何一个可以是静止的或可旋转的。

5、侧壁对于通道的传输功能不是必需的，但可以通过使用反射侧壁或吸收侧壁来帮助解耦从环境或相邻通道传输的信号。因此，也可以使用例如ieee 802.11的标准无线总线，而不干扰用于其他目的的外部无线总线安装。

6、为了传输信号，内天线机械地耦合到内环，并且外天线机械地耦合到外环。内天线和外天线被导引到内环和外环之间的空间中。如果天线中的一个将信号辐射到通道中并且另一个天线从通道接收信号，则这允许在内天线和外天线之间输送微波信号。通道并且具体地内环和外环可以反射微波信号，使得微波信号通过环传播。为了改善信号的反射，通道并且具体地环和/或侧壁可以包含导电材料，该导电材料可以是金属。环和/或侧壁可以由这种导电材料制成，或者环和/或侧壁可以具有涂覆有这种导电材料的表面。

7、环(210、220)和/或侧壁(230、240)可以是电磁反射材料，例如导电材料，或者具有导电表面，或者是具有高介电常数的介电材料。

8、这种旋转接头可以用在ct扫描仪的台架中，该台架包括静止部分和旋转盘，该旋转盘围绕旋转轴线旋转。旋转盘可以包含如电源、x射线管、x射线检测器和数据采集系统等的部件。旋转接头可以从数据采集系统接收数据并且将这些数据耦合到静止部分。

9、通道可以具有矩形横截面或正方形横截面。因此，通道可以被描述为中空的矩形环件或方形环件。通常，通道可以是空隙空间，该空隙空间填充有空气，但是通道也可以包含介电材料，该介电材料可以至少部分地填充通道。

10、在实施例中，内环可以安装和/或连接到第一侧壁，并且因此外环可以安装和/或连接到第二侧壁。这导致可以相对于彼此旋转的两个部分。在这两个部分之间可以存在两个间隙，该两个间隙可以非常接近或者该两个间隙可以通过滑动接触件、弹簧、垫圈或可以在这两个部分之间提供低电阻抗的任何其它装置来桥接，该其它装置可以是电容重叠部。这改善了屏蔽并且避免了不期望的辐射。如果将内环安装和/或连接到第二侧壁并且将外环安装和/或连接到第一侧壁，则基本上是相同的。

11、在实施例中，内环可以安装到第一侧壁并且安装到第二侧壁，使得内环可以与第一侧壁和第二侧壁一起旋转。为了允许旋转，可以在外环的两个侧部设置间隙，使得外环可以相对于内环和侧壁自由地运动。倒置的实施例可以包含安装到第一侧壁和第二侧壁的外环。

12、基本上，可以存在连接的部分的任何组合，只要内环可以相对于外环旋转。可旋转的部分之间的任何间隙可以通过滑动接触件、弹簧、垫圈或可以在这两个部分之间提供低电阻抗的任何其它装置来桥接，该其它装置可以是电容重叠部。间隙可以具有0.5mm至4mm的宽度，该宽度可以刚好大到足以允许那种尺寸的物体的旋转和机械公差。

13、在实施例中，内环和外环可以具有相同的宽度并且轴向地对准。另外，第一侧壁和第二侧壁可以是平的盘形环，该平的盘形环覆盖内环和外环之间的空间。侧壁中的至少一个可以与至少一个环重叠以桥接侧壁和环之间的间隙并且以至少提供电容耦合。重叠部可以定尺寸为波长的四分之一或多个四分之一。

14、在实施例中，内环和外环之间的距离接近波长的五倍。距离可以是波长的五倍，其中，公差为正负50％。这可以允许具有最低反射次数的信号路径和具有最高反射次数的信号路径之间的最低色散。

15、在实施例中，内天线和/或外天线具有可调整的方向性，其中，发射功率和接收器灵敏度连同内环和外环的反射表面的导电性能可以被配置用于环之间的预定次数的反射，从而在一圈传播后产生足够低的信号。

16、在实施例中，内天线和/或外天线被导引到环形通道中。如果微波信号被辐射到通道中，则微波信号将通过通道被反射，从而可以从通道接收微波信号。因此，通常，实施例可以在非特定天线简单辐射到通道中并且从通道接收的情况下运作。通过将内天线朝向外环导引并且将外天线朝向内环导引，可以实现改善的传输。这确保了通过环的合适的反射以输送信号。在另外的实施例中，天线可以具有可配置的方向性。这意味着天线具有可调整的辐射模式。这可以简单地通过相控阵天线来实现。辐射模式可以被调整成使得获得特定反射角度，该特定反射角度可以在内天线和外天线之间产生良好限定的信号路径。还可以存在不同的信号路径或多个信号路径，该信号路径可以进一步用于多个通道。这可以增加传输速率和/或传输质量。在示例中，可以存在具有两次反射的第一信号路径和具有三次反射的另一个信号路径。由于信号路径的不同的反射角度，通过选择性天线，信号路径可以被很好地分开。可以存在任意数量的信号路径。

17、另一个实施例涉及可移动的部分之间的数据链路，该可移动的部分通常包括中空通道。该中空通道可以具有线性形状，但也可以具有任何其它形状，如线性部段和/或弯曲部段的组合等。中空通道可以包含四个侧壁，该四个侧壁可以限定矩形横截面或正方形横截面。该实施例与本文中公开的环形通道的实施例相当。线性中空通道可以包含第一侧壁和第二侧壁，该第一侧壁具有第一天线，第二侧壁与第一侧壁相对，具有第二天线。第一侧壁和第二侧壁可以彼此平行，以允许在第一侧壁和第二侧壁之间进行反射。在第一侧壁和第二侧壁的侧部处可以存在第三侧壁和第四侧壁，以形成中空通道。

18、环形通道可以具有高度和宽度。线性中空通道也可以具有高度和宽度。如果微波信号的波长短于宽度或高度中的较大者的2倍，则通道才能引导微波信号。如果微波信号的至少一个波长短于宽度或高度中的较大者的1/2、1/3、1/4、1/5、或1/10、或1/20、或1/50、或1/100，则实施例效果最佳，该微波信号可以具有多个不同的波长。信号的波长与通道的宽度或高度相比越小，在不同角度下的传输路径可能越多。由于主要传输可以是在内环和外环之间的反射，或者是在第一侧壁和第二侧壁之间的反射，所以微波信号的至少一个波长可以短于该距离的1/2、1/3、1/4、1/5、或1/10、或1/20、或1/50、或1/100。

19、内环和外环之间的距离可以显著大于传输信号的波长的一半以允许信号的多模型传播。

20、本文中，术语微波用于范围大于300mhz的射频信号。在实施例中，可以使用2ghz以上范围内的信号。60ghz范围内的信号已获得非常好的传输特性。实施例还可以使用数百ghz或更高的频率。

21、在实施例中，实施的数据传输可以符合无线标准，例如ieee802.11ad或ieee802.11 ay。

22、内环和外环的尺寸可以被优化以在微波信号传播一圈的情况下实现典型的反射次数。优化角度的策略是找到天线具有限定方向性的角度，从而产生高振幅的发射窄波束、波束外的强衰减以及少的旁瓣。在接收侧部处可以存在相同的方向性分布。角度也可以不那么陡，使得在相对的环处的反射返回到天线中。这可以通过将二维贴片天线用作具有足够角分辨率的相控阵天线来实现。

23、通过导电性和反射角度限定的反射衰减也可以被优化，材料的较高的导电性导致较低的衰减，较低的导电性导致较高的衰减。策略是为了减少具有不同反射次数的信号之间的色散(延迟扩展)，因为每次反射都会导致较高的衰减。

24、一个反射角度是天线的主波束的方向性特性所优选的，并且旁瓣可能存在，但会经历更高的反射衰减，该更高的反射衰减会额外地衰减这些路径，使得大多数的信号路径在该信号路径的总路径长度和角度方面仅轻微地变化。

25、发射器和接收器的轴向位移可以减小在最小信号路径0度和信号路径360度之间接收信号强度的动态范围。

26、衰减材料可以轴向于天线安装到环中的至少一个并且在天线附近，以衰减信号的传播超过一整圈的部分，从而减少直接接收的信号和传播超过一圈的信号的干扰。

27、实施例可以使用无线标准，例如ieee802.11 ad或ieee802.11 ay的特征：保护间隔连同ofdm或具有频域均衡的单载波。收发器可以周期性地训练通道的特性，可以采用多个传输路径，如顺时针传输和逆时针传输。可以选择所应用的标准的保护间隔，使得保护间隔比通过通道的信号传播时间短。对于给定的保护间隔，内环和外环之间的距离可以适于获得预定的最大路径长度，从而产生预定的最大信号传播时间。

28、上面提及的无线标准的保护间隔可以用于允许多路径传播。可以存在优化保护间隔的训练。

29、可以存在径向地或轴向地布置的若干平行通道。轴向布置优选地具有耦合的多个天线，该轴向布置具有侧壁以隔开通道。因此，在通道之间存在足够的衰减的情况下，总的传输容量可以增加。

30、收发器处的发射频率和接收频率可以是不同的，以便在通信通道之间实现更好的信号分离。